Arquitetura de Redes: Camadas de Protocolos (Parte I) Prof. Eduardo

Transcrição

1 Arquitetura de Redes: Camadas de Protocolos (Parte I) Prof. Eduardo

2 Aula 8 Introdução Camadas de protocolos e modelos de serviços Arquitetura de camadas Protocolo Multiplexação Modelo OSI e camadas MAC e introdução ao protocolo ARP

3 Introdução Durante os primeiros tempos das RC os fabricantes trabalharam de forma separada no desenvolvimento de suas tecnologias, muitas delas incompatíveis entre si. Para estabelecer uma padronizção e permitir uma integração entre as diversas tecnologias, a ISO (International Standard Organization), juntamente com o ITU (International Telecommunication Union), deniram um modelo de referência com sete camadas de protocolos.

4 Introdução Este modelo é conhecido como modelo OSI (open system interconnection), no qual cada camada deveria criar um nível de abstração diferente, devendo realizar uma função bem definida a camada superior.

5 Camadas de Protocolos e seus Modelos de Serviços Em sistemas de redes o desafio é identificar abstrações que ofereçam um serviço em um número de situações e que possa ser implementado de modo eficiente; Essas abstrações que levam à camadas; A ideia é que se iniciem com os serviços oferecidos pelo hw básico, acrescentando uma sequência de camadas, cada uma oferecendo um nível mais alto (mais abstrato) de serviço.

6 Camadas de Protocolos e seus Modelos de Serviços Com isso, no momento podemos pensar que o sistema de rede funciona basicamente da seguinte maneira: Os serviços oferecidos nas camadas mais altas são implementados em termos dos serviços oferecidos pelas camadas baixas; A rede (inlcuindo a internet) é um sistema complexo: inúmeras aplicações e protocolos, vários tipos de sistemas finais e conexões entre eles, roteadores, além dos vários tipos de meios físicos de enlace.

7 Arquitetura de Camadas Em uma analogia humana, o tempo todo lidamos com sistemas complexos; Ex.: Sistema de companhia aérea

8 Arquitetura de Camadas Se descrevermos o sistema, observamos as seguintes ações: - Compra a passagem, despacha as malas, dirige-se ao portão de embarque e entra no avião, que decola e segue sua rota até o destino; - Após a aterrissagem, desembarca no portão designado e recupera suas malas. Se a viagem foi ruim, poderá reclamar para quem vendeu a passagem.

9 Arquitetura de Camadas Uma simples analogia com as redes de computadores: - a pessoa está sendo despachada da origem ao destino; (pessoa) - um pacote é despachado da máquina de destino. (rede) Nosso objetivo agora é encontrar uma estrutura melhor com o que está acontecendo no sistema;

10 Arquitetura de Camadas Há uma função referente à passagem em cada ponta; Há também uma função de bagagem de passageiros que já apresentaram a passagem; Outra função de portão de embarque para passageiros que já apresentaram a passagem e despacharam a bagagem Para os que já passaram pelo portão, há uma função de decolagem e de aterrissagem Durante o voo, uma função de roteamento do avião.

11 Arquitetura de Camadas Podemos agora examinar a funcionalidade dessa forma:

12 Arquitetura de Camadas A funcionalidade da linha aérea foi dividida em camadas; Em cada camada, combinada com as abaixo dela, implementa alguma funcionalidade, algum serviço;

13 Arquitetura de Camadas Cada camada provê um serviço: - realizando certas ações dentro da camada; - utilizando serviços da camada imediatamente inferior. Os protocolos são organizados em camadas, realizando uma função. Os serviços que cada camada oferece à camada acima dela é denominado Modelo de Serviço.

14 Arquitetura de Camadas Função geral de cada camada:

15 Arquitetura de Camadas

16 O que é um protocolo? No nosso dia-a-dia o relacionamento humano exige alguns protocolos (ou boas maneiras); Um exemplo de protocolo humano para perguntar as horas, há mensagens específicas que são emitidas e ações específicas que são realizadas em função das respostas recebidas

17 O que é um protocolo?

18 O que é um protocolo? No caso de um protocolo de rede temos a interação entre componentes de software e hardware dos computadores; Na Internet todas as atividades de comunicação são governadas por protocolos de comunicação; Ex.: protocolos fim-a-fim garantem a integridade dos dados transmitidos através de mecanismos de reconhecimento e retransmissão; protocolos de roteamento determinam o caminho de um pacote de dados da fonte até o destino; protocolos de hardware em um adaptador de rede controlam o fluxo de bits sobre os fios que interligam dois computadores; etc.

19 O que é um protocolo? Em um protocolo de rede, considere o que acontece quando você requisita uma página de um servidor Web: - primeiro seu computador envia uma mensagem requisitando uma conexão com o servidor remoto (TCP conection request); - o servidor Web eventualmente vai receber sua requisição e responder afirmativamente; - sabendo que a conexão está estabelecida, seu computador requisita então a página procurada (GET e o servidor remoto envia o arquivo com o código HTML correspondente.

20 O que é um protocolo? Os protocolos definem o formato e a ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da rede bem como as ações que são tomadas quando da transmissão ou recepção de mensagens.

21 Camada de Protocolo Uma camada de protocolo pode ser implementada em sw (ex. Aplicação e Transporte), em hw (ex. Enlace e Física), ou em uma combinação dos dois (ex. Rede); Um protocolo de camada n é distribuído entre os sistemas finais, comutadores de pacotes e outros componentes que formam a rede;

22 Multiplexação Como fazer com que todos os hosts que precisam se comunicar compartilhem a rede, especialmente se todos eles quiserem usá-la ao mesmo? Como vários hosts compartilham o mesmo enlace quando todos eles querem utilizá-lo ao mesmo tempo?

23 Multiplexação A multiplexição, que significa que um recurso do sistema é compartilhado entre os diversos usuários; Os dados sendo enviados por diversos usuários podem ser multiplexados pelos enlaces físicos que compõem uma redes;

24 Multiplexação Os três fluxos de dados são multiplexados em um único enlace físico pelo switch 1 e depois demultiplexados pelo switch 2.

25 O Modelo de Referência OSI Define o particionamento da funcionalidade da rede em sete camadas, onde um ou mais protocolos implementam a funcionalidade atribuída a cada camada; As camadas de protocolos facilitam o projeto e a implementação das redes de computadores, e no nosso caso, também o ensino e a aprendizagem das redes. Através das camadas de protocolos, o problema de construir uma rede fica decomposto em diversos módulos, onde cada camada pode ser implementada separadamente, sem afetar as demais.

26 O Modelo de Referência OSI

27 O Modelo de Referência OSI

28 O Modelo de Referência OSI

29 O Modelo de Referência OSI Na transmissão de um dado, cada camada pega as informações passadas pela camada superior, acrescenta informações pelas quais ela seja responsável e passa os dados para a camada inferior.

30 O Modelo de Referência OSI

31 O Modelo de Referência OSI

32 Camada Física Trata da transmissão de bits brutos por um canal de comunicação; Transforma em sinais compatíveis com o meio onde os dados serão transmitidos; A maneira com que os dados serão enviados ou recebidos; Efetuado pela placa de rede dos dispositivos da rede (não inclui o meio);

33 Camada Enlace (Link de Dados) Faz com que o transmissor divida os dados de entrada em quadros de dados; Transmite os quadros seqüencialmente; Se o serviço for confiável, o receptor confirmará a recepção correta de cada quadro, enviando de volta um quadro de confirmação; É necessário algum mecanismo que regule o tráfego para informar ao transmissor quanto espaço o buffer do receptor tem no momento;

34 Camada Enlace (Link de Dados) Em redes de Difusão, é necessário controlar o acesso ao canal compartilhado (Controle de Fluxo e Tratamento de Erros). Uma subcamada especial da camada de enlace de dados, a subcamada de controle de acesso ao meio (MAC Medium Access Control); Protocolos usados para determinar quem será o próximo em um canal de multiacesso.

35 Camada Enlace (Link de Dados) Controle de fluxos - os nós de cada lado de um enlace têm a capacidade limitada de armazenar quadros; - um nó receptor pode receber quadros a uma velocidade maior do que a sua capacidade de processar; - o buffer pode transborbar e quadros podem ser perdidos; - evita que o nó remetente congestione o nó receptor.

36 Camada Enlace (Link de Dados) Tratamento de erros - detecção de erros: o nó transmissor envia bits de detecção de erros, fazendo com que o nó receptor realize uma verificação; - correção de erros: o receptor não somente detecta os erros, mas também determina em que lugar do quadro os erros ocorrem, corrigindo-os.

37 Camada Enlace (Link de Dados) Resumindo: Esta camada detecta e, opcionalmente, corrige erros que possam acontecer no nível físico. É responsável pela transmissão e recepção (delimitação) de quadros e pelo controle de fluxo. (realizado por meio da medição do buffer do receptor )

38 Camada de Rede É responsável pelo endereçamento dos pacotes de rede (ou datagrama), associando endereços lógicos (IP) em endereços físicos (MAC); determina a maneira como os pacotes são roteados da origem até o destino; Se houver muitos pacotes na sub-rede ao mesmo tempo, eles dividirão o mesmo caminho, provocando gargalos (controle de congestionamento);

39 Camada de Rede Permitir que redes heterogêneas sejam interconectadas (diferentes endereçamentos tamanho de pacotes, protocolos,...); Obs: a rota é baseada em fatores como condições de tráfego e prioridades e também quer dizer que a rede possui mais de um segmento, com isso, há mais de um caminho para um pacote de dados percorrer da origem ao destino.

40 Camada de Transporte Divide os quadros em unidades menores; Repassa essas unidades à camada de rede; Determina que tipo de serviço deve ser fornecido à camada de sessão; - Controle de Conexão - Fragmentação - Endereçamento - Confiabilidade

41 Camada de Sessão permite que os usuários de diferentes máquinas (duas aplicações) estabeleçam sessões (de comunicação) entre eles; Serviços: - controle de diálogo (mantendo o controle de quem deve transmitir em cada momento; - o gerenciamento de símbolos (impedindo que duas partes tentem executar a mesma operação crítica ao mesmo tempo); - a sincronização (realizando a verificação periódica de transmissões longas para permitir que elas continuem a partir do ponto em que estavam ao ocorrer uma falha).

42 Camada de Apresentação gerencia essas estruturas de dados abstratas e permite a definição e o intercâmbio de estruturas de dados de nível mais alto (por exemplo, registros bancários); converte o formato do dado recebido em um formato comum a ser usado na transmissão desse dado (ex. Padrão ASCII, compressão de dados e criptografia)

43 Camada de Aplicação contém uma série de protocolos comumente necessários para os usuários; ex.: o HTTP (HyperText Transfer Protocol), que constitui a base para a World Wide Web outros protocolos de aplicação são usados para transferências de arquivos, correio eletrônico,...

44 MAC e ARP

45 MAC Media Access Control (Controle de Acesso ao Meio) O adaptador do nó possui um endereço na camada de enlace; Endereço de LAN, endereço físico ou endereço MAC; Não existem dois adaptadores com o mesmo MAC; Mas como isso é possível? O IEEE gerencia o espaço físico de endereços MAC

46 MAC Media Access Control (Controle de Acesso ao Meio)

47 MAC Media Access Control (Controle de Acesso ao Meio)

48 MAC Media Access Control (Controle de Acesso ao Meio) MAC CPF IP Endereço Postal

49 ARP Address Resolution Protocol) (Protocolo de Resolução de Endereços) Tradução entre endereços das camadas de rede e enlace;

50 ARP Address Resolution Protocol) (Protocolo de Resolução de Endereços) Ex.: - cada nó tem um único endereço IP e o adaptador um único endereço MAC; - IP: decimal com pontos - MAC: hexadecimal - o nó remetente deve dar ao seu adaptador os dois endereços (IP e MAC) do destino; - Como o nó remetente determina isso? ARP, que toma como entrada um IP e retorna o MAC correspondente. Discutiremos em breve mais sobre o ARP!