Redes de Computadores e Sistemas Distribuídos

Comunicação de Dados
por
Fernando Luís Dotti
[email protected]
Sumário



Modelo de sistema de comunicação
WANs, LANs
Arquiteturas de Protocolos
* Fontes: Stalling, W. Data and Computer Commmunications
Transparências Stallings e Ana Benso
Modelo de Comunicação

Origem
– Gera dados a serem transmitidos

Transmissor
– Converte os dados em sinais transmissíveis

Sistema de Transmissão
– Transmite os sinais

Receptor
– Converte os sinais recebidos em dados

Destino
– Trata os dados recebidos
Modelo - Diagrama
Comunicação









Utilização do sistema de transmissão
Interfaceamento
Geração de Sinais
Sincronização
Detecção e correção de erros
Endereçamento e roteamento
Formatação das mensagens
Segurança
Gerenciamento da rede
Modelo de Comunicação - Sinais
A Rede

Ligações ponto-a-ponto nem sempre
são práticas
– distância entre os dispositivos
– grande número de dispositivos
interconectados

Rede de comunicação
Modelo de Rede
Wide Area Networks - WANs




Grandes áreas geográficas
Rede pública de comunicação
Híbrida = redes públicas + redes
privadas
Tecnologias
– Redes de Comutação de Circuitos
– Redes de Comutação de Pacotes
– Frame relay
– Asynchronous Transfer Mode (ATM)
Chaveamento de Circuito


Caminho de comunicação dedicado é
estabelecido durante a conversação
e.g. rede de telefonia
Chaveamento de Pacote



Dados enviados em pequenos pacotes
de dados
pacotes passados de nodo em nodo
entre fonte e destino
usado para comunicação terminalcomputador e computador-computador
Frame Relay

Chaveamento de pacote:
– alto overhead para compensar erros
existentes no canal de transmissão



Sistemas modernos são mais confiáveis
Erros tratados no sistema final e não
em nodos intermediários
Maior parte do overhead é eliminado
Asynchronous Transfer Mode






ATM
Evolução do frame relay
Baixo overhead para controle de erros
Pacotes de tamanho fixo - célula
Desde alguns Mbps até Gbps
Possível alocar canais de capacidade
garantida
Local Area Networks - LANs

Distâncias pequenas
– soluções técnicas diferentes



Usualmente privadas
Alta taxa de transferência de dados
Tecnologias
– Ethernet, Fast Ethernet, GigaEthernet
– Token Ring
– ATM
Arquitetura de Protocolos
Arquitetura de Protocolos











controle de erros: canais mais confiáveis - retransmissão
reseqüenciamento: reordenar mensagens fora de ordem
controle de fluxo: evita “inundar” receptor mais lento
controle de congestionamento: evita “inundar” rede mais lenta
fragmentação: dividir mensagens em pedaços menores para
adaptar a camada de protocolo inferior
multiplexação: combinar várias sessões de comunicação
em um “canal”
compressão de dados
translação de formatos entre fonte e destino
resolução de endereços
roteamento de pacotes
...
Arquitetura de Protocolos



Divisão da complexidade
Tarefa de comunicação dividida em
módulos
Módulos -> protocolos
Arquitetura de Protocolos

Exemplo: TCP/IP
Arquitetura de Protocolos TCP/IP



Desenvolvido pela Agencia de Progetos Avançados
de Pesquisa (US Defense Advanced Research
Project Agency -DARPA) para sua rede de pacotes
(ARPANET)
Utilizado na internet
Níveis principais
–
–
–
–
–
aplicação
transporte fim a fim
internet
nível de acesso a rede
nível físico
Nível Físico





Interface entre dispositivo de
transmissão (computador) e meio de
transmissão ou rede
Características do meio de transmissão
Níveis de sinais
Taxas de transmissão
etc.
Nível de acesso a rede (enlace)



Troca de dados entre sistemas
adjacentes - i.e. compartilham mesma
rede física
endereçamento
controle de erros, fluxo
Nível Internet (IP)



Sistemas podem estar acoplados a
diferentes redes físicas
Funções de roteamento entre redes
físicas diferentes
Implementado em sistemas finais e
roteadores
Nível de Transporte (TCP)

Entrega confiável dos dados
– ordenação
– entrega completa
– eliminação de duplicatas
Nível de Aplicação

Suporte a aplicações do usuário
– e.g. http
– SMPT
– ftp
– telnet
– etc.
Arquitetura de Protocolos TCP/IP
Protocol Data Units (PDU)


Em cada nível, protocolos são utilizados para
comunicar
Informação de controle é adicionada aos
dados do usuário em cada nível
Protocol Data Units (PDU)

PDU de Transporte
– dados vindos da aplicação
– nível de transporte pode fragmentar os dados
– cada fragmento com um cabeçalho de controle,
adicionando:
• endereço final
• número de sequencia
• código de detecção de erro
– Dados do usuário + controle = PDU de transporte
Unidade de Dado do Protocolo de Transporte
Protocol Data Units (PDU)

PDU de Rede
– dados vindos do nível de transporte
– nível de rede adiciona endereços origem e destino
– Dados do usuário (PDU de Transporte) + controle
= PDU de rede
Unidade de Dado do Protocolo de Rede
Protocol Data Units (PDU)
PDUs noTCP/IP
Arquitetura de Protocolos

Elementos básicos
– Sintaxe
• Formato dos dados e controle transmitidos
– Semântica
• significado do controle transmitido
– Temporização
• Diferenças de velocidade na rede
• Validade das informações
Arquitetura de Protocolos









Encapsulamento
Segmentação e Blocagem
Controle de Conexão
Entrega ordenada
Controle de Fluxo
Controle de Erro
Endereçamento
Multiplexação
Serviços de Transmissão
Arquitetura de Protocolos
Encapsulamento

Adição de informações de controle aos dados
– informações de endereçamento
– informações para detecção de erro
– informações de controle do protocolo
Arquitetura de Protocolos
Segmentação




Blocos de dados estão fora dos limites
Mensagens do nível de aplicação são
grandes
Pacotes de redes devem ser pequenos
Divir um pacotes em vários é segmentação
(ou fragmentação no TCP/IP)
– blocos ATM (células) tem 53 bytes
– blocos Ethernet (frames) tem 1500 bytes
Arquitetura de Protocolos
Por que Fragmentar?

Vantagens
–
–
–
–

controle de erro mais eficiente
igualdade no acesso aos recursos da rede
atraso menor
bufferes menores para envio/recepção
Desvantagens
– Overhead
– aumenta as interrupções no receptor
– mais tempo de processamento
Arquitetura de Protocolos
Controle de Conexão





Estabelecimento da conexão
Transferência de dados
Encerramento da conexão
Gerencimamento de resets ou perda da
conexão
Números de seqüência usados para
– entrega ordenada
– controle de fluxo
– controle de erro
Arquitetura de Protocolos
Serviço não Orientado a Conexão
Arquitetura de Protocolos
Serviço Orientado a Conexão
Arquitetura de Protocolos
Entrega Ordenada



Pacotes passam por diferentes redes até
chegar ao destino
Pacotes podem chegar fora de ordem
Número sequecial permite a ordenação dos
pacotes
Arquitetura de Protocolos
Controle de Fluxo




Executado pela entidade receptora
Limita a quantidade ou a taxa de
transferência dos dados
Stop and wait
Sistema de créditos
– Sliding window
Arquitetura de Protocolos
Controle de Erros


Controla perdas e erros de transmissão
Detecção de erros
–
–
–
–

A origem insere bits para detecção de erros
O receptor verifica a ocorrência de erros
Se está OK, aceita o pacote (acknowledge)
Se tem erros, descarta o pacote
Retransmissão
– Se o reconhecimento não chegar a origem em
tempo, retransmite o pacote.

Executado em vários níveis
Arquitetura de Protocolos
Serviços não Confirmados
service.request
service.indication
Arquitetura de Protocolos
Serviços Confirmados
service.request
service.indication
service.response
service.confirm
Arquitetura de Protocolos
Endereçamento




Nível do Endereçamento
Escopo do Endereçamento
Identificadores de Conexão
Modo de Endereçamento
Arquitetura de Protocolos
Nível do Endereçamento



Nível na arquietura em uso na entidade
Endereço único para cada sistema (hostsI) e
roteadores
Endereço de nível de rede
– Endereço IP (TCP/IP)
– NSAP - Network service access point (OSI)

Processos dentro do sistema
– Número da porta (TCP/IP)
– SAP - Service access point (OSI)
Arquitetura de Protocolos
Conceitos de Endereço
Arquitetura de Protocolos
Escopo do Endereçamento

Endereço único
– Existe somente um sistema com endereço X

Aplicabilidade global
– Em qualquer sistema é possível identificar
qualquer outro sistema pelo seu endereço global
– O endereço X identifica um sistema vísivel de
qualquer lugar da rede

Exemplo: Endereços MAC em redes IEEE
802
Arquitetura de Protocolos
Identificadores de Conexão


Transferência orientada a conexão
Alocar identirficador durante transferência
– reduz overhead: identificadores menores que
endereços globais;
– roteamento pode ser fixo, baseado nos
identificadores
Arquitetura de Protocolos
Modos de Endereçamento

Usualmente um endereço refere-se a um
único sistema
– Unicast

Pode endereçar todas as entidades dentro de
um domínio
– Broadcast

Pode endereçar um subconjunto de
entidades dentro de um domínio
– Multicast
Arquitetura de Protocolos
Multiplexação


Suporte a múltiplas conexões em uma
máquina
Mapeamento de múltiplas conexões de
um nível e uma conexão de outro nível
Arquitetura de Protocolos
Serviços de Transmissão

Prioridade
– controle de mensanges

Quality of service (QoS)
– throughput mínimo aceitável
– retardo máximo aceitável

Segurança
– restrições de acesso
Modelo de Referência OSI Open Systems Interconnection
Princípios:
 nível tem funções bem definidas e
diferenciadas
 números de níveis suficientes para
conter as funções distintas sem
sobrecaga ou redundância
 arquitetura para interoperabilidade de
sistemas heterôgeneos
OSI
Aplicação
Transferência de Arquivos, E-mail, etc
Apresentação Sixtaxe Abstrata, Sintaxe de Contexto
Sessão
Estabelecimeto e Gerência da Conexão
Transporte
Comunicação fim-a-fim
Redes
Roteamento, endereçamento,...
Enlace
Funções entre máquinas adjacentes, acesso ao meio
Físico
Transmissão de sinais
OSI - Protocolo de Nível N
Aplicação
P. Aplicação
Aplicação
P. Apresentação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
P. Sessão
P. Transporte
P. Rede
P. Enlace
P. Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
OSI
OSI - Framework
OSI - Framework ...
N+1
Protocolo N + 1
SAP
N+1
SAP
Protocolo N
N
SA
P
N-1
N
Protocolo N - 1
SA
P
N-1
OSI - Conceitos

Especificação de protocolos
– operam entre o mesmo nível entre dois sistemas
– pode envolver diferentes sistemas operacionais
– precisa
• o formato das unidades de dados
• a semântica de todos os campos

Definição de Serviço
– descrição do que é provido

Endereçamento
– referciando pelos SAPs (Service Access Points)
OSI - Níveis

Físico
– dispositivos entre interfaces físicas
•
•
•
•

mecânica
elétrica
funcional
procedural
Enlace
– ativação, manutenção e desativação de um
enlace confiável
– detecção e controle de erro
OSI - Níveis

Rede
– roteamento
– níveis superiores não necessitam conhecer a
tecnologia subjacente

Transporte
–
–
–
–
–
transporte de dados entre sistemas fim-a-fim
controle de erro
sequenciamento
controle de fluxo
QoS
OSI - Níveis

Sessão
– Controle de diálogos entre aplicações
– Sincronização
– Recuperação de falhas

Apresentação
– Codificação e formatação de dados
– Compressão de dados
– Criptografia

Aplicação
– X.500, X.400, FTAM, CMISE (CMIP), ...
OSI - O Uso de Relay
Arquitetura TCP/IP




Arquitetura de protocolos
comercialmente dominante
Especificada e extensivamente utilizada
antes da OSI
Desenvolvida por pesquisadores do
departamento de defesa
Usada na Internet
Arquitetura TCP/IP
Aplicação
FTP
Telnet
HTTP
Aplicação
Apresentação
Sessão
Tranporte
Internetwork
Host to Network
TCP
UDP
IP
Ethernet Ponto-a Fast E.
Ponto
Transporte
Rede
Enlace
Físico
OSI v TCP/IP
Arquitetura TCP/IP

Nível de Aplicação
– Comunicação entre processos de aplicação

Nível de Transporte
– Transmissão de dados fim-a-fim
– Pode incluir mecanismos de confiabilidade (TCP)
– Suprime detalhes dos níveis inferiores

Nível de Rede
– Rotemamento de pacotes
– Interface entre o sistema e a rede
Protocolos de Aplicação TCP/IP
Protocolos Internet
Protocolos Internet