IESGO Redes de Computadores I

Transcrição

1 IESGO Redes de Computadores I Modelo de referência TCP/IP; Introdução à protocolos da pilha TCP/IP. 2º Sem 2016

2 Quando foram criadas as redes de rádio e satélite, começaram a surgir problemas com os protocolos existentes, o que forçou a criação de uma nova arquitetura de referência. Desse modo, a habilidade para conectar várias redes de maneira uniforme foi um dos principais objetivos de projeto, desde o início. Mais tarde, essa arquitetura ficou conhecida como Modelo de Referência TCP/IP, graças a seus dois principais protocolos. Esse modelo foi definido pela primeira vez em (Cerf(IP) e Kahn(TCP), 1974). Redes de Computadores I 2

3 Diante da preocupação do Departamento de Defesa dos EUA de que seus hosts, roteadores e gateways de interconexão de redes fossem destruídos de uma hora para outra, definiu-se também que a rede deveria ser capaz de sobreviver à perda do hardware de sub-redes, com as conversações existentes sendo mantidas em atividade. Redes de Computadores I 3

4 O Departamento de Defesa dos EUA queria que as conexões permanecessem intactas enquanto as máquinas de origem e de destino estivessem funcionando, mesmo que algumas máquinas ou linhas de transmissão intermediárias deixassem de operar repentinamente. Além disso, era necessária uma arquitetura flexível, capaz de se adaptar a aplicações com requisitos divergentes como, por exemplo, a transferência de arquivos e a transmissão de dados de voz em tempo real. 4

5 O primeiro modelo de referência de camadas para comunicações de rede foi criado no início dos anos 70 e é chamado de modelo da Internet. Ele define quatro categorias de funções que devem ocorrer para que as comunicações tenham êxito. A arquitetura do conjunto de protocolo TCP/IP segue a estrutura deste modelo. Por causa disso, o modelo da Internet é comumente chamado de modelo TCP/IP. 5

6 A maioria dos modelos de protocolo descreve uma pilha de protocolo específica de um fornecedor. No entanto, uma vez que o modelo TCP/IP é um padrão aberto, uma empresa não controla a definição do modelo. As definições do padrão e dos protocolos TCP/IP são discutidas em um fórum público e definidas em um conjunto de documentos publicamente disponíveis. 6

7 Esses documentos são chamados de Requests for Comments (RFCs). Eles contêm a especificação formal de protocolos de comunicação de dados e recursos que descrevem o uso dos protocolos. As RFCs também contêm documentos técnicos e organizacionais sobre a Internet, incluindo as especificações técnicas e documentos de política produzidos pela Internet Engineering Task Force (IETF). 7

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9 O modelo TCP/IP descreve a funcionalidade dos protocolos que compõem o conjunto de protocolo TCP/IP. Esses protocolos, que são implementados nos hosts de origem e destino, interagem para fornecer entrega de aplicações fim-a-fim por uma rede. Um processo de comunicação completo inclui os seguintes passos: 1. Criação de dados na camada de aplicação do dispositivo final de origem 2. Segmentação e encapsulamento de dados à medida que estes passam pela pilha de protocolo no dispositivo final de origem 3. Geração dos dados no meio físico na camada de acesso à rede da pilha 9

10 4. Transporte dos dados através da rede, que consiste de meio físico e quaisquer dispositivos intermediários 5. Recepção dos dados na camada de acesso à rede do dispositivo final de destino 6. Desencapsulamento e remontagem dos dados à medida que estes passam na pilha no dispositivo de destino 7. Transferência desses dados à aplicação de destino na camada de Aplicação do dispositivo final de destino 10

11 À medida que os dados da aplicação são passados pela pilha de protocolo em seu caminho para serem transmitidos pelo meio físico de rede, vários protocolos agregam informações a eles a cada nível. Isso é comumente conhecido como o processo de encapsulamento. A forma que um pedaço do dado assume em qualquer camada é chamada de uma Unidade de Dados de Protocolo (PDU). Durante a encapsulamento, cada camada sucessora encapsula a PDU que recebe da camada acima de acordo com o protocolo sendo usado. 11

12 Em cada estágio do processo, uma PDU possui um nome diferente para refletir sua nova aparência. Embora não haja uma convenção de nomes universal para PDUs, as PDUs são chamadas de acordo com os protocolos do conjunto TCP/IP. Dados O termo geral para a PDU usada na camada de Aplicação Segmento PDU de Camada de Transporte Pacote PDU de Camada de Rede Quadro PDU de Camada de Acesso à Rede Bits - Uma PDU usada ao se transmitir dados fisicamente através do meio físico 12

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14 Ao se enviar mensagens em uma rede, a pilha de protocolo em um host opera de cima para baixo. No exemplo do servidor web, podemos usar o modelo TCP/IP para ilustrar o processo de envio de uma página web em HTML a um cliente. O protocolo da camada de Aplicação, neste caso, o HTTP, inicia o processo ao entregar os dados da página web formatados em HTML à camada de Transporte. Lá, os dados de aplicação são quebrados em segmentos TCP. 14

15 Cada segmento TCP recebe um rótulo, chamado de cabeçalho, contendo informações sobre qual processo sendo executado no computador de destino deve receber a mensagem. Ele também contém as informações para permitir que o processo no destino remonte os dados de volta a seu formato original. A camada de Transporte encapsula os dados HTML da página web dentro do segmento e os envia à camada de Internet, onde o protocolo IP é implementado. 15

16 Aqui, todo o segmento TCP é encapsulado dentro de um pacote IP, que agrega outro rótulo, chamado de cabeçalho IP. O cabeçalho IP contém os endereços IP do host de origem e de destino, bem como as informações necessárias para entregar o pacote a seu processo de destino correspondente. 16

17 A seguir, o pacote IP é enviado ao protocolo Ethernet da camada de Acesso à Rede, onde é encapsulado dentro de um cabeçalho de quadro e trailer. Cada cabeçalho de quadro contém um endereço físico de origem e de destino. O endereço físico identifica unicamente os dispositivos na rede local. O trailer contém informações de verificação de erros. Finalmente, os bits são codificados no meio Ethernet pela NIC. 17

18 Os protocolos que compõem o conjunto de protocolo TCP/IP podem ser descritos em termos do modelo de referência OSI. No modelo OSI, a camada de Acesso à Rede e a camada de Aplicação do modelo TCP/IP são, posteriormente, divididas para descrever funções discretas que precisam ocorrer nessas camadas. 18

19 Na Camada de Acesso à Rede, o conjunto de protocolo TCP/IP não especifica quais protocolos usar ao se transmitir sobre um meio físico; ele descreve somente a transmissão da Camada de Internet aos protocolos de rede físicos. As Camadas OSI 1 e 2 discutem os procedimentos necessários para se acessar o meio físico para se enviar dados por uma rede. Os paralelos chave entre os dois modelos de rede ocorrem nas Camadas 3 e 4 do modelo OSI. 19

20 A Camada 3 do Modelo OSI, a camada de Rede, é usada quase que universalmente para discutir e documentar a cadeia de processos que ocorrem em todas as redes de dados para endereçar e rotear mensagens através de uma rede. O protocolo IP é o protocolo do conjunto TCP/IP que inclui a funcionalidade descrita na Camada 3. 20

21 A Camada 4, a camada de Transporte do modelo OSI, é frequentemente usada para descrever serviços gerais ou funções que gerenciam conversas individuais entre hosts de origem e destino. Essas funções incluem reconhecimento, recuperação de erros, e seqüenciamento. Nessa camada, os protocolos TCP/IP, o protocolo TCP e o protocolo UDP fornecem a funcionalidade necessária. 21

22 A camada de Aplicação TCP/IP inclui um número de protocolos que fornecem funcionalidade específica a uma variedade de aplicações de usuário final. As Camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI são usadas como referências para desenvolvedores e fornecedores de software para produzir produtos que precisam acessar redes para comunicações. 22

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24 A camada de Acesso a Rede O modelo de referência TCP/IP não especifica muito bem o que acontece aqui, exceto o fato de que o host tem de se conectar à rede utilizando algum protocolo para que seja possível enviar pacotes IP. Esse protocolo não é definido e pode variar de host para host e de rede para rede. Os livros e a documentação que tratam do modelo TCP/IP raramente descrevem esse protocolo. 31

25 A camada inter-redes(internet) Todas essas necessidades levaram à escolha de uma rede de comutação de pacotes baseada em uma camada de interligação de redes sem conexões. Essa camada, chamada camada interredes, integra toda a arquitetura. Sua tarefa é permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer rede e garantir que eles trafegarão independentemente até o destino (talvez em uma rede diferente). Eles podem chegar até mesmo em uma ordem diferente daquela em que foram enviados, obrigando as camadas superiores a reorganizá-los, caso a entrega em ordem seja desejável. 24

26 A camada inter-redes(internet) Observe que, nesse caso, a expressão "inter-rede" é usada em sentido genérico, muito embora essa camada esteja presente na Internet. A camada inter-redes define um formato de pacote oficial e um protocolo chamado IP (Internet Protocol). A tarefa da camada inter-redes é entregar pacotes IP onde eles são necessários. 25

27 A camada inter-redes(internet) O roteamento de pacotes é uma questão de grande importância nessa camada, assim como a necessidade de evitar o congestionamento. Por esses motivos, é razoável dizer que a função da camada inter-redes do TCP/IP é muito parecida com a da camada de rede do OSI. 26

28 A camada de transporte No modelo TCP/IP, a camada localizada acima da camada interredes é chamada camada de transporte. A finalidade dessa camada é permitir que as entidades pares dos hosts de origem e de destino mantenham uma conversação, exatamente como acontece na camada de transporte OSI. Dois protocolos fim a fim foram definidos aqui. 27

29 A camada inter-redes(internet) O primeiro deles, o TCP (Transmission Control Protocol protocolo de controle de transmissão), é um protocolo orientado a conexões confiável que permite a entrega sem erros de um fluxo de bytes originário de uma determinada máquina em qualquer computador da inter-rede. Esse protocolo fragmenta o fluxo de bytes de entrada em mensagens discretas e passa cada uma delas para a camada inter-redes. No destino, o processo TCP receptor volta a montar as mensagens recebidas no fluxo de saída. O TCP também cuida do controle de fluxo, impedindo que um transmissor rápido sobrecarregue um receptor lento com um volume de mensagens maior do que ele pode manipular. 28

30 A camada de aplicação O modelo TCP/IP não tem as camadas de sessão e de apresentação. Como não foi percebida qualquer necessidade, elas não foram incluídas. A experiência com o modelo OSI demonstrou a correção dessa tese: elas são pouco usadas na maioria das aplicações. 29

31 A camada de aplicação Acima da camada de transporte, encontramos a camada de aplicação. Ela contém todos os protocolos de nível mais alto. Dentre eles estão o protocolo de terminal virtual (TELNET), o protocolo de transferência de arquivos (FTP) e o protocolo de correio eletrônico (SMTP). 30

32 Protocolos de redes no modelo TCP/IP inicial 32

33 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Os dois se baseiam no conceito de uma pilha de protocolos independentes. As camadas têm praticamente as mesmas funções. Por exemplo, em ambos os modelos estão presentes as camadas que englobam até a camada de transporte para oferecer um serviço de transporte fim a fim independente da rede a processos que desejam se comunicar. Mais uma vez, em ambos os modelos, as camadas acima da camada de transporte dizem respeito aos usuários orientados a aplicações do serviço de transporte. Apesar dessas semelhanças fundamentais, os dois modelos também têm muitas diferenças. 33

34 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP O modelo OSI tem três conceitos fundamentais: Serviços Interfaces Protocolos Provavelmente, a maior contribuição do modelo OSI seja tornar explícita a distinção entre esses três conceitos. 34

35 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Cada camada executa alguns serviços para a camada acima dela. A definição do serviço informa o que a camada faz, e não a forma como as entidades acima dela o acessam ou como a camada funciona. Essa definição estabelece a semântica da camada. A interface de uma camada informa como os processos acima dela podem acessá-la. A interface especifica quais são os parâmetros e os resultados a serem esperados. Ela também não revela o funcionamento interno da camada. 35

36 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Finalmente, os protocolos utilizados em uma camada são de responsabilidade dessa camada. A camada pode usar os protocolos que quiser, desde que eles viabilizem a realização do trabalho (ou seja, forneçam os serviços oferecidos). Ela também pode alterar esses protocolos sem influenciar o software das camadas superiores. 36

37 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Originalmente, o modelo TCP/IP não distinguia com clareza a diferença entre serviço, interface e protocolo, embora as pessoas tenham tentado adaptá-lo ao modelo OSI. Por exemplo, os únicos serviços reais oferecidos pela camada inter- redes são SEND IP PACKET (enviar pacote IP) e RECEIVE IP PACKET (receber pacote IP). Por essa razão, os protocolos do modelo OSI são mais bem encapsulados que os do modelo TCP/IP e podem ser substituídos com relativa facilidade, conforme as mudanças da tecnologia. Um dos principais objetivos das diversas camadas de protocolos é permitir a implementação dessas Alterações. 37

38 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP O modelo de referência OSI foi concebido antes de os protocolos correspondentes terem sido criados. Isso significa que o modelo não foi desenvolvido com base em um determinado conjunto de protocolos, o que o deixou bastante flexível e genérico. No entanto, por não terem experiência no assunto, os projetistas não tinham muita noção sobre a funcionalidade que deveria ser incluída em cada camada. Por exemplo, a camada de enlace de dados lidava originalmente com redes ponto a ponto. Quando surgiram as redes de difusão, foi preciso criar uma nova camada no modelo. 38

39 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Quando as pessoas começaram a criar redes reais com base no modelo OSI e nos protocolos existentes, elas perceberam que as especificações de serviço obrigatórias não eram compatíveis. Portanto, foi necessário enxertar no modelo subcamadas de convergência que permitissem atenuar as diferenças. Por fim, como acreditava que cada país teria uma rede controlada pelo governo e baseada nos protocolos OSI, o comitê não se preocupou com as conexões inter-redes. 39

40 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Com o TCP/IP, ocorreu exatamente o contrário: como os protocolos vieram primeiro, o modelo foi criado como uma descrição desses protocolos. Os protocolos não tiveram problemas para se adaptar ao modelo. O único problema foi o fato de o modelo não se adaptar a outras pilhas de protocolos. Consequentemente, ele não tinha muita utilidade para descrever outras redes que não faziam uso do protocolo TCP/IP. 40

41 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP Outra diferença está na área da comunicação sem conexão e da comunicação orientada a conexões. Na camada de rede, o modelo OSI é compatível com a comunicação sem conexão e com a comunicação orientada a conexões; no entanto, na camada de transporte, o modelo aceita apenas a comunicação orientada a conexões, onde ela de fato é mais importante (pois o serviço de transporte é visível para os usuários). 41

42 Comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP O modelo TCP/IP só tem um modo de operação na camada de rede (sem conexão), mas aceita ambos os modos na camada de transporte, oferecendo aos usuários a possibilidade de escolha. Essa escolha é especialmente importante para os protocolos simples de solicitação/resposta. 42

43 Perguntas 44