1 Arquitecturas e protocolos de comunicação

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1 Arquitecturas e protocolos de comunicação 1 Arquitecturas e protocolos de comunicação 1/33

2 Arquitectura dos protocolos de comunicações Arquitectura do sistema de comunicação É um bloco complexo de software e hardware Tem que realizar um conjunto muito diversificado de funções Possíveis arquitecturas do sistema de comunicação Monolítica ou num único bloco fechado Difícil de testar, corrigir e melhorar Qualquer alteração implica o desenvolvimento e modificação de todo o bloco Por camadas ou Layers (Modelo hierárquico rquico) Implementação independente de cada camada de software Divisão de tarefas por cada camada Fácil reutilização e troca de partes de códigoc Alterações, correcções e melhoramentos apenas afectam uma camada, não sendo necessário alterar todo o bloco de software (ou pilha) de protocolos 2/33

3 Modelo hierárquico rquico ou por camadas Exemplo de divisão de tarefas Arquitectura dos protocolos de comunicações Emissor e Receptor falam línguas l diferentes Inglês para Francês 3 Location A I like rabbits Message Philosopher Location B J'aime bien les lapins 3 Tradutora (Só necessita de falar com o seu par) Falam Holandês 2 L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote translator Translator L: Dutch Ik vind konijnen leuk 2 Secretária ria : Formata e envia os dados para o par Correios : Garantem a entrega fiável dos dados no destinatário 1 Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote secretary Nó Nó Rede Secretary Nó 3/33 Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk 1

4 Arquitectura dos protocolos de comunicações Relação entre serviços e protocolos Camadas fornecem serviços às camadas superiores Protocolos são procedimentos entre camadas iguais residentes no sistema de origem e destino (peer entities) Por exemplo para detecção e recuperação de erros 4/33

5 Protocolos Arquitectura dos protocolos de comunicações Um protocolo humano e um protocolo entre computadores Olá Olá Que horas são? 2:00 tempo TCP connection req TCP connection response Get <file> Protocolos definem o formato, a ordem das mensagens enviadas e recebidas entre entidades de rede e define quais as acções a tomar por cada mensagem recebida / enviada 5/33

6 Operação do modelo por camadas Arquitectura dos protocolos de comunicações Cabeçalho adicionado Cabeçalho removido Desencapsulamento Encapsulamento Nota: Todo este processo introduz um conceito novo: Overhead Cada camada adiciona um cabeçalho correspondente aos dados 6/33

7 Modelo OSI 2 Modelo OSI 7/33

8 Modelo OSI OSI Open Systems Interconnection (Interligação de sistemas abertos) Modelo de referência da ISO (International( Standards organization) Surgiu em 1984 Primeiro passo na definição de um modelo standard de protocolos de comunicações entre sistemas a nível n internacional Composto por sete camadas. Cada camada fornece um conjunto de funções à camada superior, baseando-se nas funções que lhe são fornecidas pela camada inferior 8/33

9 Modelo OSI Organização do modelo 3 3 Camadas superiores : orientadas à aplicação Sessão, Apresentação e Aplicação Estão relacionadas com o sistema operativo e o computador 1 1 Camada intermédia: de interface Transporte Fornece uma interface independente da rede para ser usado pelas camadas orientadas à aplicação 3 3 Camadas inferiores : dependentes da rede Física, ligação de dados e rede Dependem do meio físico f de transmissão e da topologia de rede Os sistemas de transmissão e comunicação de dados, operam normalmente nas três camadas dependentes da rede (física, ligação e rede) 9/33

10 Modelo OSI Funções de cada nível n ou camada 7 Aplicação ou interface com o utilizador 6 Formatação dos dados. Encriptação de dados 5 4 Sincronização de aplicações Transferência de dados extremo a extremo 3 l 2 l 1 l Endereçamento lógico l e encaminhamento na rede. Estabelecimento e libertação de ligações Controlo da ligação de dados. Detecção de erros Definições mecânicas e eléctricas da interface de rede. Modulação do sinal. Codificação. As unidades de informação mudam consoante a camada 10/33

11 Modelo OSI Funções do nível n físico f (camada 1) 11/33

12 Modelo OSI Funções do nível n físico f (camada 1) Unidade de dados deste nível n é o bit Define a interface mecânica: Tipos de ficha, cablagem e quantidade de de pinos do conector Define as características eléctricas do sinal: Tensões para representar 0 e 1, duração dos bits, balanceamento do sinal,tipo de modulação, tipo de codificação, sincronismo. Define as características de procedimentos de ligação: forma de utilização dos pinos, forma de estabelecer e terminar a ligação Controlo de fluxo ou congestionamento de dados por hardware (RTS/CTS). Este controlo está associado aos buffers de recepção de dados do computador ou nón de rede. Define se a comunicação é bi-direccional direccional, full duplex, half duplex, etc. Define o débito d binário (ritmo binário de transmissão) 12/33

13 Modelo OSI Funções do nível n de ligação de dados (camada 2) 13/33

14 Modelo OSI Funções do nível n de ligação de dados (camada 2) Unidade de dados deste nível n é a trama de dados (frame( frame) Delimitação ou estrutura os pacotes de dados em tramas usando padrões especiais eciais de bits no início e no fim (Flag( Flag, start bit, SYNC) Retransmissão de tramas erradas ou sem resposta. (através s de mecanismos de ack/nack ou timers) Sequenciamento das tramas (implementação de números n de sequência na emissão e na recepção) de modo a re-enviar enviar uma trama fora de sequência. Controlo de fluxo ou congestionamento de tráfego por software através s de envio de mensagens (RR/RNR, XON/XOFF). Este controlo está associado aos buffers de recepção de dados do computador ou nón de rede. As redes locais (difusão em acesso partilhado) lidam ainda com a questão do acesso ao canal compartilhado e implementam mecanismos de contenção. 14/33

15 Modelo OSI Funções do nível n de rede (camada 3) 15/33

16 Modelo OSI Funções do nível n de rede (camada 3) Unidade de dados deste nível n é o pacote de dados Responsável pelo encaminhamento dos pacotes na rede até ao destino Encaminhamento estático tico ou manual é definido pelo operador Encaminhamento dinâmico ou automático tico é definido pela rede, baseando- se em parâmetros de qualidade e custo pré-definidos. Reencaminha os Já dados automaticamente em casos de falha na rede implementados Indicam a qualidade de serviço o pretendida pela aplicação à rede no nível n 2! Detecção,recuperação de erros da camada 2 e reenvio de pacotes Sequenciamento dos pacotes (implementação de números n de sequência na emissão e na recepção) de modo a re-enviar enviar um pacote fora de sequência. Controlo de fluxo ou congestionamento de tráfego por software através s de envio de mensagens (RR/RNR ou windowing). Este controlo está associado às s condições de tráfego da rede 16/33

17 Modelo OSI Funções do nível n de transporte (camada 4) Funcionamento extremo a extremo 17/33

18 Modelo OSI Funções do nível n de transporte (camada 4) Unidade de dados deste nível n é Transport PDU (unidade protocolar de dados de transporte) Responsável pela entrega dos dados à aplicação correcta do destino (Endereçamento extremo a extermo) Já Responsável pela segmentação (emissor) e reassemblagem (destino) das implementados mensagens no nível n 3! Responsável pela multiplexagem / desmultiplexagem das mensagens das diversas aplicações num fluxo de pacotes de dados (através s da segmentação e endereçamento) Estabelece e termina ligações extremo a extremo Detecção,recuperação de erros da camada 3 e reenvio da mensagem Controlo de fluxo ou congestionamento de tráfego por software extremo a extremo (windowing). Este controlo está associado às s condições processamento dos extremos 18/33

19 Modelo OSI Críticas ao modelo OSI Modelo extremamente complexo e pouco eficiente (Controlo de fluxo, endereçamento e controlo de erros reaparecem em várias v camadas) As camadas de baixo (rede e ligação de dados) têm funcionalidades a mais e repetitivas. As camadas de cima (sessão e apresentação) são vazias em termos de funcionalidade e ignoradas em algumas implementações Surgiu tardiamente (1984) e jáj existiam outros modelos no mercado onde tinha havido grande investimento por parte das empresas (ex( ex: : TCP/IP) Implementações inicias lentas e pesadas, aparecendo associado a baixa qualidade. O O TCP/IP jáj fazia parte do Sistema Operativo UNIX muito utilizado em ambientes académicos Lento a desenvolver. Congela o desenvolvimento da tecnologia 19/33

20 Modelo OSI Vantagens do modelo OSI O O modelo OSI mostrou-se se útil para a discussão de redes de computadores Embora não sendo um sucesso ainda é muito usado pelos fabricantes Europeus Extremamente robusto.. Adequado para ambientes onde a qualidade das linhas de transmissão seja baixa 20/33

21 Modelo TCP/IP 3 Modelo TCP/IP 21/33

22 Modelo TCP/IP Arquitectura O modelo TCP/IP é constituído apenas por 4 camadas Apenas 3 das camadas (2 a 4 equivalente L3 a L7 OSI) definem protocolos Os protocolos da primeira camada (Interface de rede + física ) não são definidos, recorrendo a outros já existentes (X.25, PPP, Ethernet,F.Relay, etc.) Analogia com o OSI L5-L7 L4 L3 L1-L2 Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Ligação de dados Físico 22/33

23 Modelo TCP/IP Funções de cada camada Camada de transporte Providencia um fluxo de dados fiável ou não fiável entre duas aplicações extremo a extremo. É responsável também pela segmentação e reagrupamento das mensagens Protocolos de transporte mais utilizados TCP transport control protocol (Unidade de dados TCP PDU é chamado segmento TCP) Providencia um fluxo fiável de dados entre duas aplicações Implementa mecanismos de controlo de erros, acknowledge e retransmissão dos pacotes de dados Implementa mecanismos de controlo de fluxo e sequência de mensagens UDP User datagram protocol Serviço simples, rápido e não fiável de entrega de dados entre duas aplicações (apenas envia os pacotes chamados datagramas para o computador remoto -> Sem confirmação ) Não implementa mecanismos de controlo de fluxo, de erros, ACK e retransmissão. Qualquer fiabilidade necessária nos dados tem que ser da responsabilidade da aplicação. 23/33

24 Modelo TCP/IP Funções de cada camada Camada de rede (internet layer) É responsável pelo encaminhamento dos dados através dos vários nós de rede. Verifica a validade dos pacotes IP recebidos (checksum) Providencia um endereço único para cada computador ligado à internet Camada de interface de rede (Ligação de dados + física) Tem as mesmas funções que as camadas de ligação de dados e física do modelo OSI Encapsula / Desencapsula os pacotes IP em tramas de dados, de acordo com o tipo de meio físico utilizado. Desta forma garante-se uma clara separação entre a camada de rede (internet), e os diversos tipos de interfaces de rede existentes e standards. A camada IP é independente dos detalhes das camadas inferiores 24/33

25 Modelo TCP/IP Requisitos de endereçamento no TCP/IP Endereçamento no nível de rede - identifica o computador na Internet Endereço IP (Internet Protocol) Endereço ao nível da aplicação Identifica a aplicação no computador Port number (TCP/IP) 25/33

26 Modelo TCP/IP Arquitectura Protocol data Units no TCP/IP Encapsulamento 26/33

27 Modelo TCP/IP Arquitectura Alguns protocolos utilizados no TCP/IP 27/33

28 Modelo TCP/IP Comparação TCP/IP e Modelo OSI 28/33

29 Modelo TCP/IP Críticas modelo TCP/IP Não háh distinção entre serviço, protocolo e interface Não é um modelo geral A A 1ª 1 camada (Network( Network) ) não é verdadeiramente uma camada Não especifica as camadas física f e de ligação de dados 29/33

30 Modelo OSI e TCP/IP Resumo Arquitecturas e protocolos de comunicação Modelo OSI Modelo TCP/IP 30/33

31 Exercicios Modelo OSI e TCP/IP Exercicios de aplicação 1) Um sistema de comunicações, utiliza um modelo hierárquico com n camadas. A aplicação gera mensagens com um comprimento L byte. Cada camada adiciona um cabeçalho com H byte. Qual a percentagem de overhead transportado na rede devido aos cabeçalhos? 2) Considere um sistema de comunicação, cuja arquitectura é baseada num modelo hierárquico e constituído por 5 camadas numeradas de 1 a 5 (da inferior para a superior) Física, ligação de dados, Rede, Transporte e Aplicação. A delimitação dos dados é a seguinte: - Camada Física: Cabeçalho (H1) com 7 byte para sincronismo - Camada Ligação de dados: Header (H2) com 15 byte e Trailer (T2) com 4 byte. - 3 restantes camadas: Header (H3, H4, H5) com 7 byte. - O tamanho mínimo do campo de informação é 46 byte e o máximo é 1500 byte. a) Desenhe uma mensagem de dados para este sistema, mostrando cuidadosamente todos os campos e delimitações correspondentes a cada camada. b) Calcule o a percentagem de overhead causado pelas delimitações de cada camada, relativamente ao tamanho total da trama, introduzido por esta arquitectura no caso de se transmitir uma mensagem com 4516 byte. 31/33

32 Modelo OSI e TCP/IP Referências Stallings Cap. II (Modelo TCP/IP) Leon Garcia Cap. II (modelo TCP/IP) 32/33

33 FIM 33/33