Tópicos em redes e sistemas distribuídos Carlos Oberdan Rolim Ciência da Computação Sistemas de Informação

Modelos de referência OSI e TCP/IP

Analogia Visão do mundo real Deslocamento de objetos, físico ou lógico chamado de fluxo Questões envolvidos no fluxo dos objetos

Analogia

Fluxo da mensagem Remetente Envelope Envelope Agência Agência Conceito de camadas Remetente Destinatário Mensagem Escrita Mensagem Escrita Envelope Envelope Agência Agência Rodovia/Malote

Meios de transmissão Um meio é um “material” através do qual os pacotes de dados trafegam. Cabo coaxial UTP e STP Fibra Óptica Ar (wireless)

Linguagem comum: Português Protocolo É uma descrição formal de um conjunto de regras e convenções que governam a maneira de comunicação entre os dispositivos em uma rede. Linguagem comum: Português

Camadas, meio físico e protocolos Comunicação em rede

O modelo OSI

Modelo de referência OSI A ISO (International Standards Organization) reconheceu a necessidade das redes trabalharem juntas e se comunicarem Por isso, a ISO lança em 1984, o modelo de referência OSI (Open System Interconnection) O Modelo de referência OSI é o modelo fundamental para comunicações em rede

OSI – Modelo em camadas Permite a visualização das funções de rede que acontecem em cada camada Decompõe as comunicações de rede em partes menores e mais simples. Padroniza os componentes de rede, permitindo o desenvolvimento e o suporte por parte de vários fabricantes.

OSI – Modelo em camadas Possibilita a comunicação entre tipos diferentes de hardware e de software de rede. Evita que as modificações em uma camada afetem as outras, possibilitando maior rapidez no seu desenvolvimento. Cada camada OSI individual tem um conjunto de funções que ela deve executar para que os pacotes de dados trafeguem de uma origem a um destino em uma rede.

OSI – Modelo em camadas O modelo possui 3 conceitos fundamentais: Serviços: aquilo que a camada faz Interfaces: como os processos acima dela podem acessá-la Protocolos: aqueles usados são de responsabilidade da camada. Pode ser usado qualquer um desde que viabilize a realização do trabalho Contribuição mais importante do modelo OSI

As 7 camadas do modelo OSI

Camada Física (Physical) Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Compreende as especificações de hardware (mecânicos, elétricos, físicos) todos documentados em padrões internacionais. É a camada onde efetivamente ocorre a comunicação entre emissor e receptor; Domínio do cabeamento estruturado, Normas sobre conectores, placas de rede, cabos, terminadores, etc. Ex. : Repetidor, HUB, Transceptores; Unidade de dados : BIT.

Camada enlace (Data link) Física Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Responsável pelo acesso lógico ao ambiente físico, como transmissão e reconhecimento de erros. Transforma a camada física em um ambiente livre de erros Detecção e correção de erros nos frames; Delimita e estabelece campos Delimitadores por padrão físico, tamanho ou codificação Subdividida nas redes IEEE802 (LLC e MAC); Controle de fluxo; Ex.: Placa de Rede, bridge, switch convencional; Unidade de dados : QUADRO (frame).

Camada rede (Network) Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Física Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Cuida do tráfego e roteamento dos dados na rede É a camada da interligação entre “padrões de rede” diferentes; Controle de operação e contabilização de recursos; Roteamento de pacotes e controle de transmissão entre estações; Ex. : Roteadores, switchs de camada 3, protocolo IP; Unidade de dados : PACOTE.

Camada transporte (Transport) Física Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Controla a transferência dos dados e transmissões isto é executado pelo protocolo utilizado. Primeira camada fim a fim ! Confiabilidade na entrega de dados no destino; Estabelece qualidade de serviço (QoS); Estabelecimento de conexões & multiplexação; Protocolos: TCP, UDP;

Camada sessão (Session) Física Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Estabelece as sessões entre os usuários de diferentes máquinas. Determina pontos de checagem intermediária Em caso de problema conexão continua a partir do último ponto Controle de fluxo (quem pode transmistir em que momento); Gerenciamento de tokens, sincronização;

Camada apresentação (Presentation) Física Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação Sintaxe e semântica; Representação da informação; Criptografia, compactação; Estruturas de dados. Ex.: protocolo NFS

Camada aplicação (Application) Física Enlace Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação É representada pelo usuário final. Faz a interface entre o protocolo de comunicação e a aplicação Aplicações associadas à comunicação de dados : Telnet Correio eletrônico Serviços de Sistemas Operacionais de Rede Serviços de Arquivo, FTP WEB Server

O modelo TCP/IP

História 1969 – DARPA (Departament of Defense Advanced Research Projects Agency) projeto ARPANET Universidade da Califórnia (Los Angeles + Santa Bárbara) + UTAH + Instituto de Pesquisa de Stanford TCP/IP sobre UNIX (Universidade da Califórnia de Berkeley) Anos 85 – National Science Foundation – NSFNET interconectou ARPANET e outras comunidades de pesquisa – padronizou TCP/IP 1990 – Brasil se conecta a NFSNET 1993 – Internet uso comercial = popularização

Responsável pelo TCP/IP ISOC – Internet Society Padronização do TCP/IP RFC - Request for Comments (Pedidos para Comentários) O IAB (Internet Activities Board) é o comitê responsável por definir os padrões e por gerenciar o processo de publicação dos RFCs. O IAB coordena dois grupos IRTF (Internet Research Task Force) Pesquisa sobre o TCP/IP IETF (Internet Engineering Task Force) Problemas ocorridos na Internet

Camada rede Aplicação Transporte Internet Rede Camada de abstração de hardware interface com os diversos tipos de redes (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, etc). Equivalente às camadas 1 e 2 (física e enlace) do modelo OSI Funções de identificação do meio e acesso ao meio LAN: IEEE 802.3, 802.4, 802.5, etc. WAN: X.25, HDLC, etc. Aplicação Transporte Internet Rede

Camada internet Estabelece a troca de pacotes sem conexão através da malha da rede física. Roteamento entre as diferentes sub-redes, assim como funções para evitar congestionamento. Padronizado em um formato de pacote e protocolo IP - Internet Protocol. Aplicação Transporte Internet Rede

Camada transporte Permite a dois pontos da rede estabelecerem uma conversação. Exatamente igual OSI TCP (Transmission Control Protocol) provê um serviço confiável e orientado à conexão. Implementa um mecanismo de checksum. UDP (User Datagram Protocol) provê um serviço não-confiável e não orientado a conexão, com melhor tempo de resposta Aplicação Transporte Internet Rede

Camada aplicação Reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em: Protocolos de serviços básicos: fornecem serviços para atender as próprias necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, DHCP Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP e outros Aplicação Transporte Internet Rede

Comparação Arquitetura OSI Arquitetura TCP/IP Aplicação Apresentação Sessão Transporte Transporte Rede Internet Enlace Rede Físico

Comparação Há diversas semelhanças com o modelo conceitual OSI da ISO, mas o TCP/IP é anterior à formalização deste modelo e portanto possui algumas diferenças Quantidade de camadas OSI = 7 TCP/IP = 4 OSI descreve apenas os serviços prestados em cada camada, não definindo os protocolos que atuam nela, o que pode levar inclusive dois sistemas que seguem o modelo a não se comunicarem Maior contribuição do OSI: serviço, interface e protocolo

Comparação O Modelo OSI é um modelo conceitual, e não a arquitetura de uma implementação real de protocolos de rede. TCP/IP foi desenvolvido com o objetivo de resolver um problema prático: interligar redes com tecnologias distintas O TCP/IP foi projetado segundo uma arquitetura de pilha, onde diversas camadas de software interagem somente com as camadas acima e abaixo.

Comparação O TCP/IP parece ser mais simples por ter menos camadas Os protocolos do TCP/IP são os padrões em torno dos quais a Internet se desenvolveu, portanto o modelo TCP/IP ganha credibilidade Em contraste, nenhuma rede foi criada em torno de protocolos específicos relacionados ao OSI, embora todos usem o modelo OSI para guiar seu raciocínio Praticamente todos os sistemas operacionais do mercado implementam a pilha TCP/IP

Análise final Crítica ao modelo OSI Crítica ao TCP/IP Momento ruim Tecnologia ruim Camadas vazias Funções repetidas Implementação ruim Inicio x TCP/IP já em uso (Unix) Crítica ao TCP/IP Não define claramente interface, serviço e protocolo Não faz distinção entre camada física e de enlace

Análise final OSI  ótimo modelo – protocolos não populares TCP/IP modelo praticamente não existe - protocolos populares