Protocolos de Comunicação de Dados

Protocolos de comunicação de Dados Os protocolos podem ser entendidos como um conjunto de regras que determinam como deverá ocorrer a comunicação entre duas estações numa rede de comunicação (ou nas redes de computadores) e como os erros devem ser detectados e tratados.

Protocolos de comunicação de Dados Elementos básicos de um protocolo de comunicação:  O conjunto de símbolos denominados de conjunto de caracteres do protocolo.  O conjunto de regras que determinam a seqüência e o tempo das mensagens pertencentes ao conjunto de caracteres.  Os procedimentos que auxiliam na detecção de erros e em como devem ser tratados.

Protocolos de comunicação de Dados Dentre as inúmeras facilidades que um protocolo pode suportar, podemos imaginar os seguintes exemplos:  A comunicação entre um computador e o meio físico de uma rede de computadores (exemplo CSMA/CD).  O acesso de um computador a uma rede de comunicação (exemplo HDLC).  O transporte dos dados entre uma aplicação num determinado computador e outra aplicação em um outro computador (exemplos TCP e UDP).

Protocolos de comunicação de Dados Fragmentação e Remontagem Em termos de aplicação, a unidade enviada (ou recebida) é denominada de mensagem. O processo de envio de uma mensagem requer que, muitas vezes, nas camadas inferiores, seja efetuada uma quebra da mensagem em PDUs menores. Esta operação de quebra da mensagem é chamada de fragmentação. Quando as PDUs chegam ao destinatário, uma operação inversa é efetuada. Essa operação é chamada de remontagem da mensagem. Vantagens e Desvantagens

Protocolos de comunicação de Dados Encapsulamento A operação de adição de informações de controle aos dados que devem ser transmitidos é conhecida como encapsulamento. Uma PDU é caracterizada por conter, na maioria das vezes, dados e informações de controle (existem casos de PDUs que contêm apenas informações de controle). As informações de controle podem ser agrupadas em três categorias:  Endereço: indica o endereço do destinatário e (ou) remetente.  Detecção de erro: algum mecanismo é acrescido para auxiliar na detecção de erros.  Controle do protocolo: alguma função particular do protocolo pode ser efetuada pela inserção de informações adicionais.

Protocolos de comunicação de Dados Controle de Conexão Existem duas formas de conexões que os protocolos de comunicação consideram para transmissão de PDUs entre duas estações. Estas formas são conhecidas como conexão-orientada e conexão não- orientada.  Em um ambiente de conexão-orientada, primeiro é estabelecido uma ligação dedicada entre as estações de origem e destino. Em seguida, é efetuada a transmissão das PDUs. A etapa final é o fechamento da conexão.  Em uma conexão não-orientada, a transmissão é caracterizada pelo uso das ligações existentes da rede de comunicação para o envio das PDUs. Em outras palavras, as PDUs são enviadas da origem para o seu destino utilizando- se de ligações existentes e não dedicadas.

Protocolos de comunicação de Dados Entrega Ordenada Quando as PDUs estiverem sendo enviadas/recebidas por duas estações interligadas por uma rede comutada, é possível que cheguem fora de ordem. A razão para a chegada fora de ordem é explicada pela existência de diversos caminhos diferentes entre dois pontos numa rede comutada. Quando o protocolo emprega uma conexão-orientada, é, geralmente, garantida a ordenação das PDUs. Por outro lado, se o serviço oferecido pelo protocolo não é orientado, muito provavelmente ocorrerá a chegada fora de ordem das PDUs. Por este motivo, mecanismos de ordenação devem ser previstos para que a mesma seja efetuada.

Protocolos de comunicação de Dados Controle de Fluxo A função de controle é exercida pelo destinatário no processo de comunicação. A idéia é que o destinatário possa controlar a taxa de comunicação e a quantidade de PDUs enviadas pelo remetente que são exeqüíveis de serem processadas. Para efetuar o controle de fluxo é comum a adoção dos mecanismos de stop-and-wait e sliding windows.

Protocolos de comunicação de Dados Controle de Erro Como já mencionamos, o controle de erro pode ser implementado através da inclusão de campos especiais (como por exemplo FCS) que permitam ao destinatário detectar a ocorrência dos erros. Uma segunda abordagem é a retransmissão das PDUs.

Protocolos de comunicação de Dados Endereçamento O endereçamento num protocolo de comunicação é um dos pontos mais complexos e que requer uma atenção especial. Os endereços são, usualmente, classificados como endereços de nível, escopo e modo.

Protocolos de comunicação de Dados Endereçamento Um endereço de nível é aquele que identifica um elemento computacional (por exemplo: são computadores e roteadores) de uma forma única numa determinada arquitetura de protocolo. Em outras palavras, podemos dizer que o endereço de nível se refere ao endereço da camada de rede. Na arquitetura TCP/IP, o endereço de nível significa o endereço IP

Protocolos de comunicação de Dados Endereçamento O segundo tipo de endereço, o endereçamento de escopo, pode ser entendido como aquele endereço que irá servir para que computadores interligados nas redes de comunicação se comuniquem e não sejam confundidos com outros computadores. Um clássico exemplo é o endereço de acesso ao meio (MAC - Médium Access Control - Address). Cada computador ligado numa rede local tem uma placa de rede com um único endereço de rede.

Protocolos de comunicação de Dados Endereçamento O modo de endereçamento se refere à abrangência de endereço para qual(ais) elemento(s) queremos comunicar. Em outras palavras, uma estação pode enviar PDUs para um único destinatário, para um grupo de destinatários ou para todas estações de uma rede. O envio de PDUs para um único destinatário é conhecido como endereço unicast. Quando endereçamos PDUs para um grupo de estações, estamos utilizando um endereço de multicast. Por fim, o endereço de broadcast é aquele pelo qual todas as estações de uma determinada rede receberão as PDUs enviadas.

Modelos

Os modelos de referência dos protocolos são entendidos como uma estrutura onde existe um detalhamento da função de cada nível, das relações entre as interfaces das camadas e dos protocolos. Os modelos de referência permitem que um fabricante implemente de sua maneira um determinado conjunto de protocolos e, ainda assim, poderemos ter a interoperabilidade deste pacote de software com outro pacote padronizado desenvolvido por outro fabricante.

Modelos Algumas observações são: os protocolos de cada camada, de cada computador, se comunicam com seu respectivo par no outro computador. Este tipo de comunicação é chamado de fim-a-fim.

Arquitetura TCP/IP

O protocolo TCP/IP foi criado visando atender a necessidade de endereçamentos e de interconexão de redes. Devido à sua arquitetura e forma de endereçamento, o TCP/IP consegue realizar o roteamento de informações entre redes locais e externas, transferência de arquivos, emulação remota de terminais, e outras funções, permitindo a interoperabilidade de diferentes tipos de redes.

Arquitetura TCP/IP A figura, apresenta os inúmeros protocolos distribuídos nas quatro camadas segundo o modelo de referência TCP/IP

Arquitetura TCP/IP Conexões fim-a-fim Estabelecer, manter, terminar circuitos virtuais Controle de fluxo de detecção de falhas e de recuperações de informações. protocolo de transporte para operar em dois modos: Orientado a conexão (TCP) Não orientado a conexão (UDP) Dispositivo de Rede: Não há CAMADA DE TRANSPORTE

Transmission Control Protocol (TCP)  O TCP é um protocolo caracterizado por oferecer um serviço confiável entre aplicações. Com o objetivo de efetuar suas tarefas com sucesso, o protocolo identifica os pacotes recebidos fazendo uma correlação de cada pacote com suas respectivas conexões.  Exemplos de serviços providos pelo TCP são a identificação dos pacotes, a correção numa eventual perda de pacotes e a garantia da seqüência de entrega dos pacotes

CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP) Modelo TCP/IP O Modelo TCP/IP é um modelo composto por 04 camadas: Aplicação Aplicação – Fornece serviços de redes para aplicativos, é responsável pela representação de dados e estabelece, gerencia e encerra uma sessão; Transporte Transporte – Responsável pela comunicação fim- a-fim; Rede Rede – Endereçamento e determinação do melhor caminho; Acesso à Rede Acesso à Rede - Fornece acesso aos meios e transmissão binária.

CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP)

Números de portas TCP e UDP CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP)

Exemplo: Protocolo TCP/IP Portas são números inteiros de 16 bits Padronização do IANA (Internet Assigned Number Authority) PORTAS RESERVADAS PARA SERVIDORES PADRONIZADOS PORTAS UTILIZADAS POR CLIENTES E SERVIDORES NÃO PADRONIZADOS CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP)

CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP) Analogia Analogia: Uma carta que utilize CEP e caixa postal. O CEP encaminha a carta para a agência de triagem correta dos correios e a caixa postal garante que a carta será entregue para a pessoa a qual se destina. Da mesma forma, o endereço IP leva o pacote ao servidor correto, mas o número de porta TCP ou UDP garante que o pacote seja entregue ao aplicativo correto.

CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP) A abertura de uma conexão TCP é efetuada empregando-se uma técnica chamada de three-way handshake..

CAMADA DE TRANSPORTE Transmission Control Protocol (TCP) O TCP é conhecido por ser um protocolo pessimista, uma vez que o mesmo acredita que no envio dos segmentos sempre irão ocorrer perdas e que os pacotes vão chegar fora de ordem. TCP adota uma política Go-Back-n

CAMADA DE TRANSPORTE UDP (User Datagram Protocol) O UDP é um protocolo não-orientado à conexão e serve como suporte para protocolos de aplicações que cuidam da confiabilidade fim-a-fim; Protocolo otimista; Comunicação rápida entre os computadores envolvidos na transmissão.

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) O IP é o principal protocolo do nível de inter- rede na arquitetura TCP/IP. O endereçamento IP é o responsável pelo roteamento em ambientes de redes TCP/IP. A versão do protocolo IP, utilizada atualmente na Internet, é a versão IPv4. Todavia, já existe uma nova proposta do protocolo que visa atacar os problemas encontrados na versão atual. Esta nova implementação é conhecida como IPv6.

CAMADA DE INTER-REDE O IPv4 considera cinco endereços com quatro octetos, o significa dizer que cada endereço tem um tamanho total igual a 32 bits INTERNET PROTOCOL (IP)

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) O endereçamento IP é estruturado em classes, em que parte do endereço representa o endereço do computador e a outra parte o endereço de rede.

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) ClasseValores para "a" Endereço de rede Endereço de Hosts Número de redes Host por rede A 1-126ab.c.d B a.bc.d C a.b.cd Sumário das classes de endereços IP Considerando o endereço IP a.b.c.d (a, b, c. d entre 0 e 255)

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Classe A Nos endereços da Classe A, o primeiro byte indica o endereço de rede e os três bytes restantes indicam o endereço de host. Outra característica é que o primeiro bit dos endereços da Classe A é sempre 0. Considerando que os números com o primeiro bit em 0 vão de 0 a 127 e descartando os endereços de rede 0 e 127 (reservados), podemos ter então 126 redes com até hosts! (256 x 256 x 256 = , menos os dois endereços inválidos [0.0.0 e ] = ). Endereços de redes Classe A: a

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Classe B Nos endereços da Classe B, os dois primeiros bytes indicam o endereço de rede e os dois bytes restantes indicam o endereço de host. Os dois primeiros bits do primeiro byte dos endereços da Classe B são sempre 1 e 0. Com a combinação dos seis bits restantes do primeiro byte e o segundo byte, podemos ter 64 (26) x 256 = redes. Cada rede comporta até hosts (256 x 256 = , menos os dois endereços inválidos [0.0 e ] = ). ' Endereços de redes Classe B: a

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Classe C Nos endereços da Classe C, os três primeiros bytes indicam o endereço de rede e o byte restante indica o endereço de host. Os três primeiros bits do primeiro byte dos endereços da Classe C são sempre 1, 1 e 0. Com a combinação dos cinco bits restantes do primeiro byte e o segundo e terceiro bytes, podemos ter 32 (25) x 256 x 256 = redes. Cada rede comporta somente 254 hosts (pois 0 e 255 são inválidos). Endereços de redes Classe C: a

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Sub-redes Como existe uma quantidade muito grande de hosts em uma rede de endereço classe A, temos a necessidade de subdividi-la em sub- redes de forma a conseguirmos administrá-las. Esta subdivisão é feita por meio de máscaras de sub-redes. Uma empresa que tenha uma endereço classe A pode subdividir ou segmentar várias redes dentro da rede principal.

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Na Figura, apresentamos um caso de uso de uma rede da classe B e o uso do terceiro octeto como endereço de subrede.

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Máscaras de sub-rede Quando configuramos o TCP/IP num computador, devemos especificar o endereço IP e a máscara de sub-rede. A máscara serve para definir a classe de endereçamento, especificando que parte do endereço IP representa o host. A máscara confirma ou altera a classe do endereço.

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Máscaras de sub-rede Cada host de uma rede, além de receber um endereço IP único, deve também ser configurado com sua Máscara de Sub-rede (igual para todos os hosts da sub-rede). O número 255 na máscara confirma que o respectivo byte do endereço IP faz parte do endereço da rede. Podemos concluir que as Máscaras de Sub- rede padrão para endereços das Classes A, B e C são:

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) ClasseEndereços A B C ClasseMáscara Binária A B C

Exemplo A Imagine que uma empresa chamada Grid Computing tenha um endereço de rede da classe B igual a Um determinado computador da rede da empresa recebe a solicitação de envio de dois datagramas. Os endereços dos datagramas são, respectivamente, (a) e (b) Como saber se estes endereços são locais ou se precisam ser roteados para uma outra rede?

Após a aplicação da máscara padrão, o protocolo IP do computador entende que o datagrama é para ser entregue para um nó local. Em outras palavras, o endereço está na rede local e basta um broadcast para que o datagrama alcance seu destino.

Após a aplicação da máscara padrão, o protocolo IP do computador entende que o datagrama não deverá ser entregue para um computador local. Em outras palavras, o endereço está em outra rede, e precisa de um nó que faça o roteamento do datagrama para que este alcance seu destino.

Exemplo B Exemplo B Imagine que uma empresa chamada Grid Computing tenha um endereço de rede da classe B igual a O administrador local estabeleceu o terceiro octeto com endereço de subrede e ainda que a submáscara é igual a Ainda com relação à rede da empresa, existem as subredes e Um determinado computador da subrede da empresa recebe a solicitação de envio de dois datagramas. Os endereços dos datagramas são, respectivamente, (a) e (b) Como saber se estes endereços são locais à subrede ou se precisam ser roteados para a subrede ?

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Máscara de Sub-redes e Capacidade de Endereçamento Podemos calcular o número de sub-redes, e o número de host por sub-rede utilizando as seguintes fórmulas: M=número de bits usados para definir a sub-rede

CAMADA DE INTER-REDE INTERNET PROTOCOL (IP) Máscara de Sub-redes e Capacidade de Endereçamento U=número dos bits de hosts restantes

Complete a tabela abaixo, IP classe C. Bits de Sub-rede M Último Byte Máscara X Sub-redes 2 M -2 Host por sub-rede 2 U -2 Notação equivalente / / / / /30

Exercício 1: Para fornecer mais sub-redes, atribui-se um endereço de classe B à máscara de sub-rede de Quantos host são possíveis por sub-redes? Quantas sub-redes são possíveis? Decimal Binário Sub-rede = 2 M -2 = =14 Host por sub-rede = 2 U -2 = = 4094

Exercício 2: Para fornecer mais sub-redes, atribui-se um endereço de classe B à máscara de sub-rede de Quantos host são possíveis por sub-redes? Quantas sub-redes são possíveis? Decimal Binário Sub-rede = 2 M -2 = =126 Host por sub-rede = 2 U -2 = = 510

Exercício 3: Para fornecer mais sub-redes, atribui-se um endereço de classe B à máscara de sub-rede de Quantos host são possíveis por sub-redes? Quantas sub-redes são possíveis? Decimal Binário Sub-rede = 2 M -2 = =2046 Host por sub-rede = 2 U -2 = = 30

Exercício 4: Complete a tabela abaixo. IP e máscara Quant. Sub-redes Máscara de Sub- rede Número da Sub- Rede Endereço Broadcast Quant. IPs Restantes Decimal Binário Sub-rede = 2 M -2 = =14 Host por sub-rede = 2 U -2 = = REDE8421 BROADCAS T

Exercício 5: Complete a tabela

Exercício 6: Defina a máscara de sub-redes, quando o número de sub-redes é igual a 8. IP classe C. 2 M -2=8 2 M =10 log2 M =log10 M=3,33 M=3 U=5 M=4 U= ( ) Sub =2 3 -2= ( ) Sub = 14 Host = 14 Adotar:

Exercício 7: IP classe B e máscara Calcule a quantidade de host por sub-rede /21 M = 5 U = 11 Sub = =30 Host = =2046

Exercício 8: IP classe B e máscara Calcule host por sub-rede /26 M = 10 U = 6 Sub = =1022 Host = =62

Exercício 9: IP classe A e máscara Calcule host por sub-rede M = 2 U = 22 Sub = =2 Host = =

Exercício 10: IP classe A e máscara Calcule host por sub-rede M = 11 U = 13 Sub = =2046 Host = =8190