ApostilaBasicodeRedes

Redes de Computadores e Internet CURSO B SICO

ndice analtico

INTRODUO AS REDES DE COMPUTADORES E A INTERNET .................................3

O que uma rede de computadores?.......3

O que a Internet?....................................4

O que um protocolo? ..............................6

A periferia da Internet ..............................7 Servios oferecidos pela Internet s aplicaes .................................................7

Ncleo da Internet .....................................8 Comutao de pacotes x comutao de circuitos....................................................9 Roteamento em redes de comutao de pacotes....................................................10

Redes de acesso a Internet e meios fsicos...................................................................11

Meios fsicos ..........................................12

O que so camadas de protocolos?.........13 Analogia com sistema postal (Correios) 13 Estruturao do sistema em camadas .....14 Camadas de protocolos nas redes de computadores .........................................15 Modelo em camadas da Internet.............16

Questes ...................................................18

APLICAES DE REDE.........21

O que uma aplicao de rede?.............21 Protocolos de aplicao..........................21 Clientes e servidores ..............................22 Comunicao atravs da rede.................22

Endereamento ...................................... 22 Agente usurio....................................... 23

Qual servio de transporte uma aplicao precisa?.................................................... 23

A aplicao WWW ................................. 24 O protocolo HTTP................................. 25 Os navegadores Web ............................. 27

Aplicao de transferncia de arquivos 27 Agentes usurio FTP ............................. 28 Protocolo FTP ....................................... 28

Correio eletrnico ................................... 29 Leitores de e-mail .................................. 29 Servidores de e-mail .............................. 29 Protocolo SMTP.................................... 30 Protocolo para leitura de e-mail POP3 .. 31

Questes................................................... 31

PROTOCOLOS INTERNET TCP/IP .....................................33

Arquitetura da Internet TCP/IP ........... 33

Camada de Transporte .......................... 34 Relao entre a camada de transporte e a camada de rede ...................................... 34 O servio de multiplexao e demultiplexao de aplicaes .............. 35 UDP (User Datagram Protocol) ........... 36 TCP (Transmission Control Protocol) .. 37

Camada Rede .......................................... 48 Protocolo IP (Internet protocol) ............ 48 Roteamento............................................ 51 Parmetros bsicos para configurao do TCP/IP................................................... 53

Mapeamento do IP em um endereo fsico da rede local ...........................................54 Alocao dinmica de IP........................55 Protocolo ICMP .....................................55 Sistema de Nomes de Domnio ..............56

Questes ...................................................57

PROTOCOLOS DE ENLACE E REDES LOCAIS ......................59

O que um protocolo de enlace?............59

Tcnicas de deteco e correo de erros...................................................................60

Protocolos de enlace ponto-a-ponto .......62

Protocolos de enlace de mltiplo acesso 63 Protocolos para particionar um canal comum................................................... 63 Protocolo ALOHA ................................ 64 Protocolo CSMA ................................... 64

Redes Locais............................................ 64 Endereos fsicos ................................... 65 Ethernet ................................................. 65 Hubs, pontes e switches ......................... 67

Questes................................................... 67

GLOSSRIO ...........................70

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..................76

I N T R O D U O A S R E D E S D E C O M P U T A D O R E S E A I N T E R N E T

Introduo as Redes de computadores e a Internet A Internet hoje a rede de computadores mais utilizada no mundo, estando em franca expanso; em termos de redes de telecomunicaes somente perde em abrangncia para o sistema telefnico. No que se refere s tecnologias de rede, a Internet uma entre muitas alternativas, todavia, devido a sua importncia na sociedade contempornea, pode ser tomada como principal veculo para a discusso das redes de computadores.

O que uma rede de computadores? ma rede de computadores conexo de dois ou mais computadores para permitir o compartilhamento de recursos e a troca de informaes entre as mquinas.

Em alguns casos, seria suficiente construir redes de computadores limitadas, que conectam somente algumas mquinas. Por exemplo, num pequeno escritrio de advocacia, com alguns computadores e uma impressora, poderia se construir uma pequena rede para permitir o compartilhamento da impressora entre os usurios.

Atualmente, com a importncia cada vez maior de se dispor de acesso a informaes e facilidades de comunicao, as redes de computadores esto projetadas para crescer indefinidamente, sendo a Internet um bom exemplo. No caso do escritrio de advocacia, a pouco citado, alm da possibilidade de compartilhamento de recursos, uma conexo com outras redes e Internet pode oferecer acesso a informaes importantes, como cdigos de leis e acompanhar o andamento de processos, alm de propiciar um meio de comunicao bastante gil, facilitando o trabalho tanto dos prestadores do servio de advocacia como dos clientes.

A conectividade dos computadores em rede pode ocorrer em diferentes escalas. A rede mais simples consiste em dois ou mais computadores conectados por um meio fsico, tal como um par metlico ou um cabo coaxial. O meio fsico que conecta dois computadores costuma ser chamado de enlace de comunicao e os computadores so chamados de ns. Um enlace de comunicao limitado a um par de ns chamado de enlace ponto-a-ponto. Um enlace pode tambm envolver mais de dois ns, neste caso, podemos cham-lo de enlace multiponto (Figura 1.1). Um enlace multiponto, formando um barramento de mltiplo acesso, um exemplo de enlace utilizado na tecnologia de rede local (LAN local area network) do tipo Ethernet.

Parte

U


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Se as redes de computadores fossem limitadas a situaes onde todos os ns fossem diretamente conectados a um meio fsico comum, o nmero de computadores que poderiam ser interligados seria tambm muito limitado. Na verdade, numa rede de maior abrangncia geogrfica, como as redes metropolitanas (MAN metropolitan area network) ou redes de alcance global (WAN wide rea network), nem todos os computadores precisam estar diretamente conectados. Uma conectividade indireta pode ser obtida usando uma rede comutada. Nesta rede comutada podemos diferenciar os ns da rede que esto na sua periferia, como computadores terminais conectados ao ncleo da rede via enlaces ponto-a-ponto ou multiponto, daqueles que esto no ncleo da rede, formado por comutadores ou roteadores (Figura 1.2) Existem inmeros tipos de redes comutadas, as quais podemos dividir em redes de comutao de circuitos e redes de comutao de pacotes. Como exemplo, podemos citar o sistema telefnico e a Internet, respectivamente.

O que a Internet? A Internet a rede mundial de computadores, que interliga milhes de dispositivos computacionais espalhados ao redor do mundo (Figura 1.3).

A maioria destes dispositivos formada por computadores pessoais, estaes de trabalho, ou servidores, que armazenam e transmitem informaes, como por exemplo, pginas Web, arquivos de texto ou mensagens eletrnicas. Todos estes dispositivos so chamados hospedeiros (hosts) ou sistemas terminais. As aplicaes de rede, como por exemplo, paginao na Web, transferncia de arquivos ou correio eletrnico, rodam nos sistemas terminais.

Os sistemas terminais, assim como os principais componentes da Internet, precisam de protocolos de comunicao, que servem para controlar o envio e a recepo das informaes na Internet. O TCP (Transmission Control Protocol) e o IP (Internet Protocol) so os principais protocolos da Internet, da o fato de a Internet ser tambm conhecida como rede TCP/IP. Os sistemas terminais so conectados entre si por meio de enlaces de comunicao, que por sua vez podem ser de diferentes tipos, como por exemplo, um enlace ponto-a-ponto (tipo o PPP) ou multiponto (como uma rede local Ethernet). Os enlaces de comunicao, por sua vez, so suportados por um meio fsico, os quais podem ser cabos coaxiais, fios de cobre, fibras pticas ou o ar a partir do uso do espectro de freqncia de rdio.

Figura 1.1. Enlace ponto-a-ponto e multiponto

Figura 1.2. Rede comutada interconectando sistemas terminais


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Na Internet, nem todos os computadores so diretamente conectados, neste caso, utilizam-se dispositivos de chaveamento intermedirio, chamados roteadores (routers ou ainda gateways). Em cada roteador da Internet as mensagens que chegam nos enlaces de entrada so armazenadas e encaminhadas (store-and-forward) aos enlaces de sada, seguindo de roteador em roteador at seu destino. Neste processo, a tcnica de comutao utilizada conhecida como comutao de pacotes, em contraste com a comutao de circuitos que comumente utilizada nos sistemas telefnicos.

Na comutao de pacotes, as mensagens que sero transmitidas so fragmentadas em pacotes menores, os quais viajaram na Internet de forma independente uns dos outros.

O protocolo IP o responsvel por estabelecer a rota pela qual seguir cada pacote na malha de roteadores da Internet. Esta rota construda tendo como base o endereo de destino de cada pacote, conhecido como endereo IP. Alm de um endereo IP, um nome tambm pode ser associado a um sistema terminal a fim de facilitar sua identificao por ns humanos. Por exemplo, 200.135.233.1 o endereo IP e www.sj.cefetsc.edu.br o nome do servidor do CEFET-SC em So Jos. A aplicao DNS (domain name system) associa dinamicamente nomes a endereos IP. Em outras palavras, pode-se dizer que a Internet uma rede de redes, interconectando redes de computadores pblicas e privadas, as quais devem rodar o protocolo IP em conformidade com a conveno de endereos IP e nomes da Internet. A topologia da Internet hierrquica, onde os sistemas terminais so conectados a provedores locais (ou ISP Internet Service Provider), que por sua vez so conectados a provedores regionais, e estes ltimos a provedores nacionais ou internacionais. Por exemplo, o provedor local do CEFET-SC em So Jos est conectado ao provedor regional da RCT-SC (Rede Catarinense de Tecnologia www.funcitec.rct-sc.br), que est conectado ao provedor nacional da RNP (Rede Nacional de Pesquisa www.rnp.br) (veja mapa RNP no endereo www.rnp.br/backbone).

A conexo de um computador a um provedor local feita por meio de uma rede de acesso, a qual pode ser um acesso residencial (por exemplo, via modem e linha discada) ou acesso corporativo via rede local. No nvel tecnolgico a Internet est construda a partir da criao, teste e implementao de padres Internet. Estes padres so desenvolvidos e formalizados pelo organismo internacional IETF (Internet Engineering Task Force www.ietf.org), atravs de documentos conhecidos como RFCs (Request For Comments www.ietf.org/rfc.html), que contm a descrio de cada protocolo padro da Internet.

ISP local

Rede Corporativa

ISP regional

roteador Estao detrabalho

servidor mvel

Figura 1.3. Viso dos componentes da Internet


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O que um protocolo? No nosso dia-a-dia o relacionamento humano exige alguns protocolos, ou boas maneiras, como por exemplo, quando os dirigimos a uma pessoa para perguntar as horas. Note que no exemplo de protocolo humano para perguntar as horas, h mensagens especficas que so emitidas e aes especficas que so realizadas em funo das respostas recebidas (Figura 1.4).

No caso de um protocolo de rede temos a interao entre componentes de software e hardware dos computadores, ao invs de pessoas. Na Internet todas as atividades de comunicao so governadas por protocolos de comunicao. Por exemplo, protocolos fim-a-fim garantem a integridade dos dados transmitidos atravs de mecanismos de reconhecimento e retransmisso; protocolos de roteamento determinam o caminho de um pacote de dados da fonte at o destino; protocolos de hardware em um adaptador de rede controlam o fluxo de bits sobre os fios que interligam dois computadores; etc.

Como exemplo de um protocolo de rede, considere o que acontece quando voc requisita uma pgina de um servidor Web. O cenrio mostrado na figura 1.4: primeiro seu computador envia uma mensagem requisitando uma conexo com o servidor remoto (TCP conection request); o servidor Web eventualmente vai receber sua requisio e responder afirmativamente (TCP conection reply); sabendo que a conexo esta estabelecida, seu computador requisita ento a pgina procurada (GEThttp://www.sj.cefetsc.edu.br/index.htm) e o servidor remoto envia o arquivo com o cdigo HTML correspondente.

Os protocolos definem o formato e a ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da rede bem como as aes que so tomadas quando da transmisso ou recepo de mensagens.

Oi

Oi

Que horas so?

2:00 horas

TCP connection reply.

tempo

Muito Obrigada

Gethttp://www.sj.cefetsc.edu.br/index.htm

TCP connection request

Figura 1.4. Protocolos


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A periferia da Internet Olhando a Internet com um pouco mais de detalhe podemos identificar a periferia da rede, onde esto os computadores que rodam as aplicaes, e o ncleo da rede, formado pela malha de roteadores que interligam as redes entre si.

Na periferia da rede esto os sistemas terminais ou hospedeiros (hosts). So referidos como hospedeiros porque hospedam programas de aplicao. So programas de aplicao tpicos da Internet: o login remoto a sistemas (Telnet ou SSH), a transferncia de arquivos (FTP), o correio eletrnico (email), a paginao na Web (WWW), a execuo de udio e vdeo, etc.

Os sistemas terminais so divididos em duas categorias: os clientes e os servidores. Os clientes so em geral computadores pessoais ou estaes de trabalho, e os servidores computadores mais poderosos. Servidores e clientes interagem segundo o modelo cliente/servidor, no qual uma aplicao cliente solicita e recebe informaes de uma aplicao servidora (Figura 1.5).

Tipicamente a aplicao cliente roda em um computador e a aplicao servidora em outro, sendo por definio as aplicaes cliente/servidor ditas aplicaes distribudas.

Servios oferecidos pela Internet s aplicaes A Internet, ou mais genericamente as redes TCP/IP, provem um canal de comunicao lgico entre um processo cliente, rodando em uma mquina cliente, e um processo servidor, rodando em uma mquina servidora, permitindo que as aplicaes distribudas troquem informaes entre si. Para usar este canal de comunicao, os programas de aplicao tm uma porta cliente, atravs da qual o servio solicitado, e uma porta servidora, que retorna o servio requisitado. Quanto ao tipo de servio solicitado pelas aplicaes rede podemos ter:

Servio tipo pedido/resposta (request/reply); Servio tipo fluxo de dados tempo real (audio/video streaming). A paginao na Web um exemplo de servio tipo pedido/resposta, onde um processo cliente solicita uma informao e um processo servidor fornece a informao solicitada. No h restries de tempo entre o pedido e a resposta, entretanto, necessrio que a informao transmitida seja livre de erros.

Uma conversa telefnica via Internet um exemplo de fluxo de dados em tempo real, neste caso h restries temporais na transmisso, por outro lado, um pequeno silncio ocasionado por um erro ou rudo pode no ser um problema grave para o entendimento geral da conversa.

Figura 1.5. Interao cliente/servidor na Internet


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Para estes dois tipos de requisies de servios, a Internet dispe de dois tipos de servios de transporte: Servio garantido e orientado a conexo;

Servio no garantido e no orientado a conexo.

O servio garantido e orientado a conexo tem o nome de TCP (Transmission Control Protocol). Quando uma aplicao usa o servio orientado a conexo o cliente e o servidor trocam pacotes de controle entre si antes de enviarem os pacotes de dados. Isto chamado de procedimento de estabelecimento de conexo (handshaking), onde se estabelecem os parmetros para a comunicao. Por exemplo, mensagens TCP so trocadas entre as partes de uma interao WWW para estabelecer a conexo entre o cliente e o servidor. Uma vez concludo o handshaking a conexo dita estabelecida e os dois sistemas terminais podem trocar dados. O servio de transferncia garantida, que assegura que os dados trocados so livres de erro, o que conseguido a partir de mensagens de reconhecimento e retransmisso de pacotes. Por exemplo, quando um sistema terminal B recebe um pacote de A, ele envia um reconhecimento; quando o sistema terminal A recebe o reconhecimento ele sabe que o pacote que ele enviou foi corretamente recebido; caso A no recebe confirmao, ele assume que o pacote no foi recebido por B e retransmite o pacote.

Alm das caractersticas citadas, o TCP integra ainda um servio de controle de fluxo, que assegura que nenhum dos lados da comunicao envie pacotes rpido demais, pois uma aplicao em um lado pode no conseguir processar a informao na velocidade que est recebendo, e um servio de controle de congesto ajuda a prevenir congestionamentos na rede. No servio no orientado a conexo no h handshaking; quando um lado de uma aplicao quer enviar pacotes ao outro lado ele simplesmente envia os pacotes. Como o servio no garantido, tambm no h reconhecimento, de forma que a fonte nunca tem certeza que o pacote foi recebido pelo destinatrio. Tambm no h nenhum controle de fluxo ou congesto. Como o servio mais simples, os dados podem ser enviados mais rapidamente. Na Internet, o servio no garantido e no orientado a conexo tem o nome de UDP (User Datagram Protocol). As aplicaes mais familiares da Internet usam o TCP, como por exemplo: Telnet, correio eletrnico, transferncia de arquivos e WWW. Todavia existem vrias aplicaes usam o UDP, incluindo aplicaes emergentes como aplicaes multimdia, voz sobre Internet, udio e vdeo conferncia.

Ncleo da Internet O ncleo da rede formado pela malha de roteadores, responsvel por interligar as redes entre si, formando as ligaes inter-redes, ou Internet. No ncleo da rede as informaes trafegam na forma de pacotes de dados, chamados de datagramas. Em cada roteador os datagramas que chegam nos enlaces de entrada so armazenados e encaminhados (store-and-forward) aos enlaces de sada, seguindo de roteador em roteador at seu destino.

O protocolo IP o responsvel por estabelecer a rota pela qual seguir cada datagrama na malha de roteadores da Internet. Esta rota construda tendo como base o endereo de destino de cada pacote, conhecido como endereo IP. Como visto anteriormente, os servios de transporte da Internet, atravs dos protocolos TCP e UDP, provem o servio de comunicao fim-a-fim entre as portas dos processos de aplicao


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rodando em dois diferentes sistemas terminais (hosts). Para isto, o TCP e UDP usam os servios do protocolo IP, a qual prov um servio de comunicao para os datagramas entre os dois computadores remotos, envolvendo cada roteador da rede no caminho entre o computador origem e o destino da comunicao.

Comutao de pacotes x comutao de circuitos A Internet usa a comutao de pacotes como tecnologia de comunicao no ncleo da rede, em contraste com as redes telefnicas que usam a comutao de circuitos.

Na comutao de circuitos, quando dois sistemas terminais desejam se comunicar a rede estabelece um circuito dedicado fim-a-fim entre os dois sistemas. por exemplo o que acontece numa ligao telefnica; a partir do nmero discado, a rede estabelece um caminho entre os dois interlocutores e reserva um circuito para possibilitar a conversao; o circuito ficar reservado durante todo o tempo em que durar a comunicao.

Na comutao de pacotes, os recursos da rede no so reservados; as mensagens usam os recursos a medida da necessidade, podendo como conseqncia, durante uma transmisso de dados ter que esperar (em uma fila) para acessar um enlace, caso o mesmo esteja ocupado.

Como uma analogia simples, considere dois cabeleireiros: um que atende com hora marcada e o outro que no. Para o que atende com hora marcada deve-se antes fazer uma reserva de horrio, mas, quando se chega ao cabeleireiro, a princpio, no haver espera (isto no se aplica s consultas mdicas, pois, apesar de hora marcada sempre h espera!). Para o que no atende com hora marcada pode-se chegar a qualquer momento, mas, corre-se o risco de ter que esperar, caso haja outras pessoas sendo atendidas.

A Internet essencialmente uma rede baseada na comutao de pacotes. Considere, por exemplo, o que acontece quando um computador deseja enviar um pacote de dados a outro computador na Internet. Como na comutao de circuitos, o pacote ser transmitido sobre uma srie de diferentes enlaces de comunicao, todavia, no haver uma reserva de um circuito fim-a-fim. O pacote ser encaminhado de roteador em roteador, e caso o enlace de sada de um roteador de sua rota esteja ocupado, o pacote dever ser armazenado e aguardar a liberao do enlace em uma fila, sofrendo um atraso.

Diz-se que a Internet faz o melhor esforo (best effort) para entregar os dados num tempo apropriado, todavia no d nenhuma garantia.

Os defensores da comutao de pacotes sempre argumentam que a comutao de circuitos ineficiente, pois reserva o circuito mesmo durante os perodos de silncio na comunicao. Por exemplo, durante uma conversa telefnica, os silncios da conversao, ou as esperas para chamar uma outra pessoa, no podem ser utilizados para outras conexes. Em outro exemplo, imagine um mdico que usa uma rede de comutao de circuitos para acessar uma srie de exames de raios-X de um paciente. O mdico estabelece uma conexo, solicita um exame, analisa os resultados e solicita o prximo. No caso, os recursos da rede no so utilizados durante o tempo em que o mdico esta analisando os exames. Alm disto, os tempos necessrios para o estabelecimento de circuitos fim-a-fim so grandes, alm de ser uma tarefa complicada e requerer esquemas complexos de sinalizao ao longo de todo o caminho da comunicao.

Por outro lado, os opositores da comutao de pacotes argumentam que a mesma no seria apropriada para aplicaes tempo real, como por exemplo conversar telefnicas, devido os atrasos


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variveis em filas de espera, difceis de serem previstos. Todavia, com o avano tecnolgico e o aumento da velocidade dos enlaces, observa-se uma tendncia em direo migrao dos servios telefnicos tambm para a tecnologia de comutao de pacotes.

Roteamento em redes de comutao de pacotes H duas classes de redes de comutao de pacotes, as redes baseadas em datagramas, como a Internet, e as redes baseadas em circuito virtual. A diferena bsica destas duas redes est na forma como os pacotes so roteados em direo ao destino. Roteamento em redes baseadas em circuito virtual Nas redes baseadas em circuito virtual, a rota para os pacotes estabelecida a priori, numa fase de estabelecimento do circuito virtual. Uma vez estabelecido o circuito virtual, todos os pacotes seguem pela mesma rota, cada um deles carregando a informao de qual circuito virtual o mesmo deve tomar em cada roteador. Os exemplos de redes que utilizam esta tcnica incluem as redes X.25, as redes frame-relay e as redes ATM (asynchronous transfer mode). O processo de estabelecimento de um circuito virtual similar ao estabelecimento de conexo nas redes de comutao de circuitos, entretanto, os enlaces individuais no ficam reservados de forma exclusiva para uma nica conexo, podendo, durante uma transmisso, serem compartilhados por outras transmisses.

Fazendo uma analogia, podemos comparar o estabelecimento de um circuito virtual com o planejamento de uma viagem de carro, definindo o trajeto a priori, com a ajuda de um mapa e consulta a Polcia Rodoviria para verificar o estado das rodovias at o destino. Durante a viagem, o motorista segue, com a ajuda do mapa, o trajeto anteriormente estabelecido. Veja tambm, que as estradas no ficam reservadas para um nico veculo; outros carros, que provavelmente seguem a outros destinos, compartilham trechos das rodovias. Roteamento em redes baseadas em datagrama Nas redes baseadas em datagramas, no h estabelecimento de conexo ou circuito virtual. Os pacotes so encaminhados em funo do endereo do destino. No caso da Internet, o endereo IP que vai ser utilizado para a definir a rota que o pacote vai seguir. Voltando a analogia da viagem de carro, no caso de uma rede de datagramas, podemos comparar com a realizao da viagem pedindo informaes em cada entroncamento, onde o motorista no conhece os caminhos e nem possui mapas. Por exemplo, suponha que voc vai realizar uma viagem de Florianpolis para a cidade de Araraquara no interior de So Paulo usando este processo. Voc chega ao primeiro posto na sada de Florianpolis e pergunta como chegar a Araraquara. Visto que o estado So Paulo, o informante lhe diz para pegar a BR-101 no sentido norte e quando chegar a Curitiba perguntar novamente. Chegando em Curitiba, voc faz novamente a pergunta a um policial rodovirio e ele lhe diz que a BR-116, rumo a So Paulo, est bem congestionada e lhe recomenda a sada para o estado de So Paulo via o norte do Paran, orientando para que pergunte novamente quando chegar na divisa dos estados, na cidade de Ourinhos. Em Ourinhos, lhe indicam a estrada rumo a cidade de Bauru, onde voc dever fazer nova pergunta. Finalmente, em Bauru, lhe indicam a auto-estrada que vai diretamente a Araraquara. Neste exemplo, veja que as decises em cada entroncamento so tomadas tendo como base o endereo final.

Tomando um exemplo diferente, em muitos aspectos as redes baseadas em datagramas so anlogas aos servios postais. Quando algum vai enviar uma carta a um destinatrio, o mesmo coloca a carta em um envelope e escreve o endereo do destino sobre o envelope. O endereo tem uma estrutura hierrquica, incluindo, no caso do Brasil, o pas, o estado, a cidade, a rua e o nmero da casa. Por exemplo, se algum enviar uma carta da Frana para nossa escola, o correio da Frana primeiro vai


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direcionar a carta para o centro postal do Brasil (por exemplo, situado em So Paulo). O centro postal do Brasil vai ento direcionar a carta para Santa Catarina, estado destino da carta (na agncia central de Florianpolis, por exemplo). A agncia de Florianpolis vai ento direcion-la a agncia de So Jos, que por sua vez vai repassar ao carteiro para entregar a carta aqui na escola.

Na rede baseada em datagrama, cada pacote atravessa a rede contendo no cabealho o endereo do n destino, que como o endereo postal, tem uma estrutura hierrquica. Quando o pacote chega a um roteador, o mesmo examina uma parte do endereo e o encaminha ao roteador adjacente.

A figura 1.6 mostra uma taxonomia das redes de telecomunicaes.

Redes de acesso a Internet e meios fsicos Como vimos, na periferia da Internet esto os sistemas terminais que rodam as aplicaes e no ncleo da rede esto os roteadores, responsveis pela interconexo das redes. Neste item vamos abordar as redes de acesso a Internet, ou seja, quais as diferentes maneiras de conectar um computador a Internet.

Grosso modo podemos dividir as redes de acesso em duas categorias: Redes de acesso residencial; Redes de acesso corporativo. Uma rede de acesso residencial conecta tipicamente um computador pessoal, instalado na casa de um usurio, a um roteador de borda, provavelmente de um provedor de acesso domstico. A forma mais comum de acesso residencial o acesso via modem e linha discada. O modem residencial converte o sinal digital do computador num formato analgico para ser transmitido sobre a linha telefnica analgica. No lado do provedor, outro modem vai converter o sinal analgico de volta a forma digital. Neste caso, a rede de acesso um simples enlace ponto-a-ponto sobre o par tranado da linha telefnica. Em termos de velocidade de transmisso, os modems analgicos transmitem em taxas que vo at 56 Kbps, todavia, devido m qualidade das linhas, dificilmente este valor atendido de forma plena. (Figura 1.7)

Redes de Telecomunicaes

Redes a comutao de circuitosEx.: Sistema Telefnico

Redes a comutao de pacotes Ex.: Redes de computadores

Figura 1.6. Taxonomia das redes de telecomunicaes

Redes com circuito virtualEx.: X.25, frame relay, ATM

Redes datagramaEx.: Internet


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Outra forma de acesso residencial, a qual no necessita a converso analgica/digital, a utilizao da tecnologia RDSI (Rede Digital de Servios Integrada), disponvel em algumas centrais telefnicas das concessionrias de telecomunicaes.

Novas tecnologias, como o ADSL (asymmetric digital subscriber line) e o HFC (hibric fiber coaxial cable) tambm tem sido empregada para acesso residencial.

O ADSL usa multiplexao por diviso da freqncia para dividir o enlace de comunicao entre a casa do usurio e o provedor em trs faixas de freqncia:

Um canal de alta velocidade (downstream) de at 8 Mbps, na faixa de 50 kHz a 1 MHz;

Um canal de mdia velocidade (upstream) de at 1 Mbps, na faixa de 4 kHz a 50 kHz;

Um canal de baixa velocidade para o sinal telefnico de voz, na faixa de 0 a 4 kHz.

O ADSL permite velocidades de at 8 Mbps do provedor a residncia (downstream) e no sentido reverso (upstream) at 1 Mbps. Esta assimetria uma das caractersticas do ADSL e reflete as caractersticas de uso do usurio residencial, muito mais um consumidor do que um fornecedor de informaes da Internet.

A tecnolocia HFC, tambm conhecida como cable modem, requer modems especiais para permitir um acesso domstico a partir dos sistemas de distribuio de TV a cabo. O cable modem um dispositivo externo, conectado ao computador pessoal a partir de uma porta Ethernet (Ethernet uma tecnologia de rede local). Como no caso do ADSL, o cable modem divide o canal de acesso em duas bandas, um canal do provedor a residncia de at 10 Mbps e 768 Kbps no sentido reverso. No HFC (e no no ADSL) estas velocidades de acesso so compartilhadas entre os usurios, pois a distribuio da TV a cabo usa um meio compartilhado entre vrios usurios (broadcast). Uma rede de acesso corporativo tipicamente uma rede local de computadores conectada a um roteador de borda. Existem vrias tecnologias de rede local, todavia, a tecnologia Ethernet hoje uma das mais disseminadas. A Ethernet opera em velocidades de 10 Mbps a 100 Mbps (existe ainda a Ethernet a 1 Gbps). Ela usa par tranado de cobre ou cabo coaxial para conexo entre as mquinas, que compartilham um barramento comum, sendo portando a velocidade de acesso tambm compartilhada entre os usurios (Figura 1.8).

Meios fsicos Como meio fsico podemos ter, por exemplo, par tranado, cabo coaxial, fibra ptica ou a utilizao do ar e do espectro de freqncia de rdio. A conexo ao meio fsico pode se dar de diversas maneiras, onde cada uma delas utiliza protocolos especficos, necessitando de dispositivos

Fax/ModemRede

Comutada

Rede local do provedor

Banco de Modem

Figura 1.7. Acesso residencial via modem e linha discada

Roteador de borda

Computador com placa de

rede

Figura 1.8. Acesso corporativo via rede local


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adaptadores, por exemplo, placas fax/modem e placas de rede. O tipo de acesso e o meio fsico utilizado determinar uma taxa de transmisso de dados para o enlace de comunicao.

O que so camadas de protocolos? Uma rede de computadores um sistema bastante complexo. Como vimos, a interao entre os computadores e as diversas aplicaes pode se dar de diferentes maneiras e a partir da utilizao de um nmero variado de protocolos. Para lidar com esta complexidade, a arquitetura das redes de computadores procurou estabelecer uma srie de camadas de protocolos cada uma delas tratando de uma funcionalidade especfica da comunicao.

Analogia com sistema postal (Correios) Para entender o papel das camadas de protocolo utilizadas nas redes de computadores, vamos fazer uma analogia com um sistema postal hipottico. Por exemplo, para enviar uma carta neste sistema postal o usurio dever primeiramente acondicion-las em um envelope padronizado. Em seguida, ele deve escrever, tambm segundo algumas regras, o endereo do destinatrio. Note que o endereo hierarquizado, onde consta o nome do usurio final, o nome da rua, a cidade, o estado e o pas. Feito isto o usurio deve selar a carta e deposit-la em uma caixa coletora do servio postal. Os carteiros do sistema postal so responsveis por diariamente coletar as correspondncias nas caixas coletoras e lev-las at a agncia de triagem local dos correios. A agncia de triagem local realiza um primeiro servio de triagem das correspondncias, a partir do endereo dos destinatrios, e define o encaminhamento seguinte das mesmas. Para alguns destinos pode haver um encaminhamento direto a partir da agncia local (por exemplo, uma localidade vizinha). Para outros destinos (por exemplo, uma cidade de outro estado) o encaminhamento pode se dar via outra agncia de triagem intermediria. Para encaminhar as correspondncias ao prximo destino, todas as cartas cujas rotas devem seguir por esta destinao so acondicionadas em um malote, e seguiro por um servio de malote. O servio de malote carrega os malotes entre as agncias vizinhas (isto , as quais possuem servio de malote direto). Dependendo das agncias em questo, o transporte dos malotes pode ser realizado de diferentes maneiras. Por exemplo, via linha area comercial, via linha de transporte rodovirio, com transporte rodovirio prprio, etc.

Uma vez na prxima agncia de triagem o malote aberto e nova triagem realizada. Este processo de roteamento das correspondncias entre as agncias de triagem prossegue at que a correspondncia chegue a agncia destino, responsvel pela jurisdio onde habita o destinatrio final.

Uma vez na agncia destino as cartas so separadas e repassadas aos carteiros para fazerem a entrega a domiclio das cartas aos destinatrios finais. (veja diagrama mostrado na Figura 1.9)


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Estruturao do sistema em camadas Todo este processo tem analogia com as redes de computadores. Por exemplo, uma mensagem entre um computador conectado a uma rede e outro de uma rede remota deve ser encaminhada desde a rede do remetente, seguindo uma determinada rota, at atingir o computador destino. Todavia, a analogia que estamos buscando est na estrutura mostrada na figura 1.9. Como podemos observar, cada funcionalidade no processo de envio de uma correspondncia tem uma etapa correspondente no lado do destinatrio. Poderamos ento organizar estas funcionalidades organizando-as em camadas horizontais (Figura 1.10).

Estas camadas horizontais permitem que cada funcionalidade seja descrita de forma separada, onde cada camada guarda uma certa independncia das demais. Por exemplo, para o usurio, uma vez que ele depositou uma carta no coletor, no lhe interessa como a mesma vai ser entregue ao destinatrio. Ele simplesmente conta com o sistema postal para isto.

Por sua vez, os carteiros no se preocupam com o contedo das correspondncias e nem em como sero enviadas ao destinatrio. Seu servio coletar as correspondncias e lev-las o setor de triagem. A forma como os carteiros realizam seu trabalho pode ser alterada sem afetar as demais camadas. Por exemplo, utilizar uma bicicleta ao invs de ir a p para coletar as cartas.

Quanto s agncias de triagem e encaminhamento, da mesma forma, sua organizao interna pode ser alterada sem prejudicar o restante do processo. Por exemplo, uma agncia de triagem mais importante pode contar com servios automatizados para separao de cartas, outras menores, podem realizar a separao manualmente.

Usurio deposita a carta endereada e selada em um coletor pblico

Usurio recebe correspondncia em sua casa

Carteiro coleta carta e entrega ao servio de triagem e encaminhamento

Servio de triagem separa as cartas e as encaminha em direo a agncia destino usando servio de malote

Servio de malote leva os molotes com as cartas entre agncias vizinhas.

Carteiro faz a entrega a domiclio da carta

Servio de triagem destino separa cartas e as repassa ao carteiro para entrega.

Figura 1.9. Aes para encaminhar uma carta no servio postal

Figura 1.10. Estrutura em camadas do servio de correios

Usurio (recebe carta)

Carteiros (entrega)

Triagem (recebimento)

Servio de Malote

Usurio (envia carta)

Carteiros (coleta)

Triagem ( encaminhamento)

Servio de Malote

Triagem ( encaminhamento)

Servio de Malote


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O mesmo tipo de comentrios poderia ser feito com respeito ao servio de malote das correspondncias. Por exemplo, entre duas agencias de triagem que possuem um grande fluxo de correspondncias, como entre duas capitais, poderia haver um servio de malote dedicado via area.

Note que nas agncias terminais, todas as camadas do sistema postal precisam ser implementadas, incluindo caixas coletoras e os servios de carteiros para coleta/entrega de cartas. Por outro lado, podemos ter algumas agncias intermedirias dedicadas somente triagem e encaminhamento, localizadas, por exemplo, em ns importantes do sistema. Neste caso, as camadas superiores no precisam ser implementadas.

Cada camada oferece um servio camada superior:

A partir da realizao de algumas aes, por exemplo, os carteiros coletam as cartas e as repassam ao servio de triagem e encaminhamento;

Utilizando os servios da camada inferior, por exemplo, os carteiros contam com o servio de triagem e encaminhamento para que continue o processo de entrega at o destinatrio.

Camadas de protocolos nas redes de computadores Durante os primeiros tempos das redes de computadores os diversos fabricantes trabalharam de forma separada no desenvolvimento de suas tecnologias, muitas delas incompatveis entre si. Com o intuito de estabelecer alguma padronizao e permitir uma integrao entre as diversas tecnologias, a ISO (International Standard Organization www.iso.org), juntamente com o ITU (International Telecommunication Union www.itu.org), organismos responsveis pelo estabelecimento de normas e padres em telecomunicaes no mundo, definiram um modelo de referncia com sete camadas de protocolos. Este modelo ficou conhecido como modelo OSI (open system interconnection). As camadas de protocolos facilitam o projeto e a implementao das redes de computadores, e no nosso caso, tambm o ensino e a aprendizagem das redes. Atravs das camadas de protocolos, o problema de construir uma rede fica decomposto em diversos mdulos, onde cada camada pode ser implementada separadamente, sem afetar as demais.

As sete camadas do modelo OSI, nomeadas como aplicao, apresentao, sesso, transporte, rede, enlace e fsica (Figura 1.15), tiveram muito sucesso na literatura de redes de computadores, todavia, no tiveram o mesmo sucesso comercial. Hoje, no h nenhum produto que siga a risca as recomendaes do modelo OSI. Dentre os modelos comerciais, certamente a arquitetura Internet a que tem hoje maior sucesso. Grosso modo, pode-se dizer que o modelo Internet uma simplificao do modelo OSI, onde algumas camadas agrupam funcionalidades de mais de uma camada do modelo OSI.

Apresentao

Aplicao

Sesso

Transporte

Rede

Enlace

Fsica

Figura 1.15. Modelo de 7 camadas ISO


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Modelo em camadas da Internet O modelo em camadas da Internet agrupa as funcionalidades das redes de computadores em quatro camadas. A camada superior, que define regras para a troca de mensagens entre os processos de aplicao. A segunda camada que oferece um canal de comunicao lgico fim-a-fim entre os processos de aplicao, oferecendo um servio apropriado para que os processos de aplicao troquem mensagens. A terceira camada, que trata os problemas relativos ao roteamento de pacotes entre dois computadores remotos, permitindo a conectividade fim-a-fim entre dois computadores. Por fim, a camada inferior que trata os problemas relacionados aos enlaces de comunicao entre ns vizinhos e os problemas relacionados transmisso fsica de bits sobre os enlaces (Figura 1.11).

No caso dos canais de comunicao lgico fim-a-fim entre os processos de aplicao, para atender aos dois tipos de aplicaes descritos anteriormente (aplicaes tipo pedido/resposta e aplicaes tipo fluxo de dados tempo real), poder-se-ia ter dois canais distintos, conforme mostra a figura 1.12.

Dentro do padro Internet, esta pilha de protocolos tem as camadas assim denominadas: camada aplicao, camada transporte, camada rede e camada enlace/fsica. (Figura 1.13) Camada Aplicao Os protocolos da camada de aplicao definem as regras e o formato das mensagens que so trocadas entre as aplicaes de rede, por exemplo, a aplicao WWW (world wide web) governada pelas regras do protocolo de aplicao HTTP (hiper text transfer protocol); o correio eletrnico envia as mensagens usando o protocolo de aplicao SMTP (simple mail transfer protocol); a transferncia de arquivos usa o protocolo de aplicao FTP (file transfer protocol). As mensagens trocadas entre as entidades da camada aplicao utilizam os canais disponibilizados pelos protocolos da camada inferior.

Aplicao

Transporte

Rede

Enlace/Fsica

Figura 1.13. Pilha de protocolos da Internet

Regras para troca de mensagens entre os processos de aplicao

Canais de comunicao lgicos fim-a-fim entre os processos de aplicao

Conectividade fim-a-fim entre dois sistemas terminais remotos

Enlace de comunicao fsico entre dois ns vizinhos

Figura 1.11. Diferentes camadas para as redes de computadores

Regras para troca de mensagens entre os processos de aplicao

Canal para aplicaes tipo pedido/resposta

Conectividade fim-a-fim entre dois sistemas terminais remotos

Enlace de comunicao fsico entre dois ns vizinhos

Canal para aplicaes tipo fluxode dados tempo real

Figura 1.12. Diferentes canais para diferentes tipos de aplicao


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A camada de aplicao estabelece as regras para a troca de mensagens entre as aplicaes.

Voltando ao exemplo do sistema postal, a camada de aplicao corresponderia s regras que os usurios devem obedecer para utilizar os servios postais, como utilizar envelope apropriado, escrever o endereo e o CEP corretamente, selar a carta e depositar na caixa de coleta. Camada Transporte Os protocolos da camada de transporte garantem um canal de comunicao lgico fim-a-fim entre os processos rodando no lado do cliente e no lado do servidor, para que as aplicaes possam trocar mensagens entre si. Para atender aos dois tipos de aplicaes comentados anteriormente, aplicaes tipo pedido/resposta e aplicaes tipo fluxo de dados em tempo real, a Internet implementa dois protocolos de transporte, o TCP e o UDP. O TCP fornece um servio confivel e orientado a conexo. O UDP fornece um servio sem conexo (connectionless) e no confivel.

Como em cada computador da rede podemos ter diferentes processos de aplicao rodando, por exemplo, vrias sees de navegadores Web, um dos servios oferecidos pela camada de transporte a multiplexao/demultiplexao de aplicaes, entregando as mensagens na porta apropriada de cada processo.

A camada de transporte estabelece um canal de comunicao lgico para a transferncia de mensagens porta-a-porta entre os processos de aplicao rodando em dois computadores remotos.

Camada Rede Dentro da Internet, as mensagens so fragmentadas em pacotes, chamados datagramas, e atravessam a rede de roteador em roteador desde o computador origem at o computador destino usando a tcnica de comutao de pacotes. Nesta viagem, uma das tarefas dos protocolos da camada de rede definir a rota que seguiro os datagramas. A camada rede da Internet tem dois componentes principais, o protocolo IP, que define o formato do datagrama e a forma de endereamento, e os algoritmos de roteamento.

A camada de rede realiza a transferncia de pacotes, ou datagramas, entre dois computadores remotos.

A camada rede envolve cada computador e roteador do caminho entre o computador origem e o destino, diferentemente das camadas de aplicao e transporte que somente precisam implementadas nas duas pontas da comunicao.

Retomando nosso exemplo do sistema postal, o servio executado pela camada rede anlogo ao servio executado pelas agncias postais. As agncias recebem as correspondncias coletadas pelos carteiros, realizam os servios de triagem e encaminhamento de correspondncias entre agncias e por fim repassam novamente a um carteiro da agencia remota para entregar na casa do destinatrio.


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Relacionamento entre as camadas de transporte e de rede A camada de transporte se situa logo acima da camada de rede na pilha de protocolos. Enquanto os protocolos de transporte oferecem comunicao lgica entre processos rodando em diferentes computadores, a camada de rede oferece comunicao lgica entre os computadores. A diferena sutil, mas importante. Vamos analis-la fazendo uma analogia com residncias atendidas pelo nosso sistema postal hipottico.

Neste sistema, a agncia da jurisdio do destinatrio entrega as cartas no endereo da residncia do usurio com a ajuda dos carteiros. Todavia, um mesmo endereo pode pertencer a mais de uma pessoa. Quando chega uma correspondncia a uma pessoa da residncia, algum deve se encarregar de receb-la e entreg-la ao usurio final. Neste exemplo, a pessoa que recebeu a correspondncia do carteiro faz um papel anlogo ao servio de multiplexaxo de aplicaes realizado pelos protocolos da camada transporte. Camada Enlace Para mover um pacote de um n at o n adjacente, dentro de uma determinada rota, a camada rede necessita dos servios dos protocolos da camada de enlace. Por exemplo, para transferir dados entre dois computadores conectados em uma rede local, o protocolo de enlace de mltiplo acesso Ethernet pode ser utilizado. J no caso de dois computadores conectados via linha discada, o protocolo de enlace ponto-a-ponto PPP poderia ser utilizado.

A camada de enlace realiza a transferncia de dados entre ns vizinhos da rede.

Comparando com o sistema postal, a camada enlace anloga a camada que realiza os servios de transporte das cartas entre agncias vizinhas e entre agncias e usurios. Isto engloba tanto o servio de malote entre agncias, quanto o trabalho realizado pelos carteiros levando as cartas entre as agncias de correio e as residncias dos usurios. Camada Fsica Vinculado camada enlace est a camada fsica, que responsvel por mover os bits que compe os dados entre um n e outro utilizando um meio fsico especfico. Os meios fsicos podem ser cabos coaxiais, fios de cobre, fibras pticas ou o ar a partir do uso do espectro de freqncia de rdio.

A camada fsica realiza o transporte de bits sobre o meio fsico de um enlace de comunicao.

No caso do sistema postal, a camada fsica corresponderia ao meio de transporte utilizado pelos carteiros ou pelo servio de malote para transportar as cartas, como por exemplo, bicicleta, carro, nibus, etc.

Questes 1. A conectividade entre computadores pode se dar em diferentes escalas. Comente

sobre as formas de se conectar computadores, citando exemplos de redes existentes na prtica.


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2. Quais tipos de dispositivos podem ser conectados a Internet alm de computadores pessoais. Cite exemplos e pesquise endereos URL que apresentem algum dispositivo deste tipo.

3. O que um sistema terminal ou hospedeiro (host)? Explique o porqu deste nome. 4. O que um roteador? Quais so suas funes nas redes de computadores? 5. Explique a expresso store-and-forward, relativa ao funcionamento de um roteador. 6. Quais as vantagens e desvantagens da comutao de circuitos em relao com a

comutao de pacotes? 7. Pesquise sobre a comutao de mensagens e diferencie esta tcnica da comutao

de pacotes. 8. O que uma aplicao de rede? Cite exemplos e mostre a utilidade de cada aplicao

citada. 9. O que um protocolo? Cite um exemplo de um protocolo humano que voc usa no

seu dia-a-dia. 10. Quais os principais protocolos da Internet? 11. Qual a origem no nome Internet? 12. O que um endereo IP? 13. O que significa ter os computadores conectados em rede local? Como uma rede local

pode ser conectada a Internet? 14. Explique o que o modelo cliente/servidor, obedecido pela maioria das aplicaes

Internet. 15. As aplicaes Internet requisitam servios da rede subjacente. Diferencie os servios

do tipo pedido/resposta dos servios tipo fluxo de dados tempo real. Cite exemplos.

16. Porque se diz que a Internet dita uma rede best-effort? Explique. 17. Pesquise sobre a forma de acesso domstico a Internet utilizando RDSI, disponvel

na regio da Grande Florianpolis. Explicitar tanto os aspectos tecnolgicos quanto os comerciais, descrevendo tambm a tecnologia utilizada para a transmisso dos dados e os equipamentos necessrios.

18. Idem para a tecnologia ADSL. 19. Idem para a tecnologia cable modem. 20. Na tecnologia cable modem o canal dedicado ou compartilhado entre os usurios?

Explique. 21. Comente sobre pelo menos trs vantagens de se dividir a arquitetura das redes de

computadores em camadas. 22. Quais as principais funes de cada uma das camadas da arquitetura Internet? 23. Qual camada da Internet faz o processo de roteamento?


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24. Explique porque os protocolos da camada rede (como o IP) devem ser implementados em todos os ns da rede (como sistemas terminais e roteadores) e os protocolos da camada transporte (como o TCP) somente precisam ser implementados nos sistemas terminais.

25. Faa um levantamento da topologia da Internet no Brasil (rede acadmica e privada), mostrando os backbones e provedores nacionais, regionais e locais.

26. O que telefonia na Internet? Ache algum URL sobre telefonia na Internet que descreva alguns produtos existentes.

27. Pesquise sobre distribuio de udio na Internet. Ache algum URL que oferea este servio.

28. O que vdeo conferncia na Internet? Explique como funciona.

A P L I C A E S D E R E D E

Aplicaes de Rede As aplicaes de rede so a razo de ser da Internet, permitindo que os usurios possam fazer coisas teis e interessantes na rede. Sem as aplicaes, a Internet no teria sentido.

O que uma aplicao de rede? s aplicaes de rede so programas que rodam nos sistemas terminais ou hospedeiros (hosts) e se comunicam entre si atravs da rede. So programas de aplicao tpicos da Internet: o login remoto a sistemas (Telnet ou SSH), a transferncia de arquivos (FTP), o correio eletrnico (e-mail), a paginao na Web ou WWW (world wide web), o

bate-papo em rede (chat), telefonia na Internet (VoIP), a vdeo conferncia, a execuo de udio e vdeo, etc. As aplicaes de rede so programas ou, como dizem no jargo dos sistemas operacionais, processos que se comunicam entre si pela da troca de mensagens atravs da rede. A Internet oferece o suporte para a troca de mensagens entre as aplicaes atravs de canais de comunicao lgicos, que so oferecidos pelos protocolos TCP/IP.

Protocolos de aplicao Alm do TCP/IP, cada aplicao utiliza protocolos especficos, chamados protocolos de aplicao, que definem como os processos de aplicao, rodando em diferentes computadores, trocam mensagens entre si. Em particular, os protocolos de aplicao definem:

Os tipos de mensagens trocadas, por exemplo, uma mensagem de solicitao ou resposta;

A sintaxe e a semntica das mensagens, definindo os campos de cada mensagem e seu significado;

As regras definindo quando e como um processo envia ou responde uma mensagem.

Os protocolos de aplicao, apesar de importantes, so apenas uma pequena parte de uma aplicao de rede. Por exemplo, a aplicao WWW uma aplicao de rede que permite aos usurios obterem documentos da Web sob demanda. Os componentes da aplicao WWW incluem documentos em formato HTML (hypertext markup language), navegadores Web (como o Netscape ou o Internet Explorer), servidores de pginas Web (como o Apache do Linux, o

Parte

A


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Microsoft Internet Information Server ou Netscape Server) e o protocolo de aplicao HTTP (hiper text transfer protocol). Da mesma forma, o correio eletrnico (e-mail) tem vrios componentes, incluindo os servidores que hospedam as caixas postais dos usurios, os leitores de correio eletrnico que permitem ler e criar mensagens, um padro que define a estrutura das mensagens eletrnicas, os protocolos de aplicao, cujo principal o SMTP (simple mail transfer protocol), que definem como as mensagens so trocadas entre os servidores e entre os servidores e os leitores de correio eletrnico.

Clientes e servidores Uma aplicao de rede tem tipicamente duas partes, um lado cliente e um lado servidor que se comunicam entre si. Por exemplo, um navegador Web implementa o lado cliente do HTTP, e um servidor Web implementa o lado servidor http (Figura 2.1).

Para algumas aplicaes, um computador pode implementar ora o lado cliente ora o lado servidor. Por exemplo, considere um de acesso remoto via Telnet entre um computador A e um computador B. Se o computador A inicia a seo Telnet, ento A o cliente e B o servidor. Por outro lado, se o computador B inicia a seo, ele que ser o cliente e A o servidor. Da mesma forma, na aplicao de correio eletrnico, o servidor que envia uma mensagem, implementa o lado cliente do SMTP e o servidor que recebe a mensagem implementa o lado servidor.

Comunicao atravs da rede Como visto, uma aplicao envolve a comunicao de dois processos atravs da rede. Os dois processos se comunicam atravs do envio e recebimento de mensagens atravs mecanismos chamados portas (sockets). Os processos assumem que h uma infraestrutura de transporte no outro lado da porta do processo emissor que transportar as mensagens at a porta do processo destino.

O conceito de portas faz parte da implementao dos protocolos de transporte da Internet TCP e UDP. Em resumo, pode-se dizer que os protocolos de transporte estabelecem um canal de comunicao lgico para a transferncia de mensagens porta-a-porta entre os processos de aplicao rodando em dois computadores remotos.

Na Internet cada uma das aplicaes mais conhecidas, utilizam portas padronizadas, por exemplo, um servidor Web identificado pela porta 80. Um servidor de correio eletrnico pela porta 25. Um servidor Telnet pela porta 23.

Endereamento Para que um processo em um computador possa enviar uma mensagem a um computador remoto, ele deve enderear quem vai receber a mensagem. O endereo envolve duas peas de informao: (1) o nome ou o endereo IP da mquina destino; (2) o nmero da porta do processo do lado do receptor.

Figura 2.1. Interao cliente/servidor na Internet


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Por exemplo, para enderear o servidor Web do CEFET em So Jos devemos fornecer o endereo IP ou o nome de domnio da mquina responsvel por servir as pginas Internet, ou seja, IP: 200.135.233.1 ou www.sj.cefetsc.edu.br, respectivamente. Quanto ao nmero da porta, como algumas aplicaes tem o nmero padronizado, em geral, o agente usurio escolhe o nmero de porta automaticamente em funo da aplicao em uso.

Agente usurio O agente usurio a interface entre o usurio e a aplicao de rede. Mais especificamente, o agente usurio um programa de computador, comercial ou de domnio pblico, que implementa a interface do lado cliente de uma aplicao de rede.

Por exemplo, o agente usurio para um cliente WWW pode ser, por exemplo, o Internet Explorer da Microsoft, o Netscape Navigator ou o Mozilla. O agente usurio para um leitor de correio eletrnico pode ser, por exemplo, o Outlook da Microsoft, o Eudora ou o Netscape Messager.

Qual servio de transporte uma aplicao precisa? A Internet dispe de dois servios de transporte para os protocolos de aplicao, o UDP (user datagram protocol) e o TCP (transmission control protocol). Quando uma aplicao projetada para a Internet, a primeira deciso do projetista deve ser definir qual protocolo de transporte ser utilizado.

A escolha depender do tipo servio que a aplicao vai necessitar. Quanto aos tipos de servios requisitados pelas aplicaes, podemos classific-los em trs dimenses:

Quanto perda de dados Algumas aplicaes, como por exemplo, transmisso de udio, podem tolerar algumas perdas; outras aplicaes, como por exemplo, uma transferncia de arquivos ou um Telnet, requerem transferncia 100% confivel.

Quanto aos requisitos temporais Algumas aplicaes, como por exemplo, telefonia na Internet e jogos interativos, requerem baixo retardo para serem viveis, outras, como uma mensagem de correio eletrnico, no tem restries temporais.

Quanto largura de banda Algumas aplicaes, como por exemplo, multimdia, requerem quantia mnima de banda para serem viveis; outras aplicaes so mais elsticas e conseguem usar qualquer quantia de banda disponvel, como por exemplo, a paginao na Web.

A tabela abaixo apresenta algumas aplicaes tpicas da Internet e os requisitos em termos de transporte.

Aplicao Perdas Banda Requisitos temporais transferncia de arquivos sem perdas elstica no Correio eletrnico sem perdas elstica no WWW sem perdas elstica no udio/vdeo de tempo real tolerante udio: 5Kb-1Mb

vdeo:10Kb-5Mb sim, 100s mseg

udio/vdeo gravado tolerante como anterior sim, alguns segs jogos interativos tolerante > alguns Kbps sim, 100s mseg aplicaes financeiras sem perdas elstica sim e no


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Para atender a estes requisitos, os dois protocolos de transporte da Internet oferecem as seguintes facilidades: Servio TCP: Servio orientado a conexo: uma abertura de conexo requerida entre cliente e

servidor;

Transporte confivel: garante comunicao livre de erros entre o processo emissor e receptor;

Controle de fluxo: evita que o emissor possa afogar com dados um receptor mais lento; Controle de congestionamento: permite estrangular o emissor quando a rede est

sobrecarregada.

No prov: garantias temporais ou de banda mnima. Servio UDP: Transferncia de dados no confivel: no h garantia de entrega de dados livre de erros

entre o processo emissor e receptor; No Prov: abertura de conexo, confiabilidade, controle de fluxo, controle de

congestionamento, garantias temporais ou de banda mnima.

A tabela a seguir mostra algumas aplicaes tpicas e os respectivos protocolos de transporte utilizados.

A P L I C A O Protocolo de aplicao

Protocolo de transporte

Correio eletrnico SMTP TCP Login remoto Telnet TCP WWW HTTP TCP Transferncia de arquivos FTP TCP Servidor de arquivos remoto NFS tipicamente UDP Gerenciamento de rede SNMP tipicamente UDP Protocolo de roteamento RIP tipicamente UDP Traduo de nomes DNS tipicamente UDP Multimdia proprietrio TCP ou UDP Telefonia na Internet proprietrio tipicamente UDP

A aplicao WWW A aplicao WWW uma aplicao de rede que permite aos usurios obterem documentos, ou pginas Web, sob demanda. Uma pgina Web consiste de objetos, os quais podem ser arquivos HTML (hypertext markup language), imagens JPEG, imagens GIF, applets Java, clip de udio e vdeo, etc, endereados por um endereo URL (universal resource locator). A maioria das pginas Web consiste de uma pgina base HTML e vrias referncias, conhecidas como hiperlinks, para outros objetos. Pginas pessoais dos usurios so conhecidas como home pages. Um endereo URL tem duas componentes: (1) o nome do computador que hospeda as pginas Web e (2) o nome do objeto e o caminho onde o mesmo esta localizado. Por exemplo, para acessar a pgina do Curso de Telecomunicaes do CEFET, o endereo URL www.sj.cefet.edu.br/principal/areas/tele/inicio.htm


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onde www.sj.cefet.edu.br o endereo do servidor e /principal/areas/tele/inicio.htm especifica o caminho e o arquivo com o objeto solicitado.

Um navegador Web, como o Internet Explorer ou o Netscape Navigator, o agente usurio para a aplicao WWW e implementa o lado cliente do protocolo HTTP. Um servidor Web hospeda as pginas Web, as quais so acessadas por seu endereo URL. Um servidor Web implementa o lado servidor do protocolo HTTP, sendo que, entre os servidores mais populares temos o Apache do Linux, o IIS (Internet Information Server) da Microsoft e o Netscape Server.

O protocolo HTTP O protocolo HTTP define como os navegadores Web (clientes) requisitam pginas de servidores Web. Quando um usurio requisita um objeto, por exemplo clicando em uma referncia de uma pgina Web, o navegador envia mensagens de requisio HTTP para o servidor Web. O servidor recebe a requisio e responde com uma mensagem de resposta HTTP que contm os objetos solicitados (Figura 2.2).

H duas verses do protocolo HTTP implementadas pelos navegadores, o HTTP/1.0 e o HTTP/1.1 e ambas as verses usam como protocolo de transporte o TCP. Para requisitar uma pgina Web, o cliente HTTP primeiramente abre uma conexo TCP com o servidor. Uma vez aberta a conexo TCP o cliente e o servidor podem trocar mensagens atravs das suas portas de interface. A porta 80 o padro para a aplicao WWW. O HTTP/1.0 usa o que se chama conexes no persistentes, onde aps a requisio de cada objeto, o servidor responde e encerra a conexo TCP. Por exemplo, para uma pgina Web composta de um arquivo base HTML e mais 5 imagens JPEG, aps a recepo de cada arquivo, a conexo TCP encerrada e dever ser reaberta para cada novo objeto requisitado (isto feito automaticamente pelo agente usurio).

O HTTP/1.1 permitiu melhorar o desempenho dos navegadores Web atravs do uso de conexes persistentes, onde o servidor mantm a conexo TCP aberta aps o envio da resposta. Desta forma, as requisies e as respostas subsequentes entre o mesmo par cliente/servidor podem utilizar a mesma conexo j aberta, eliminando o tempo de abertura de conexo. Caso a conexo deixe de ser utilizada por um certo tempo o servidor se encarrega de liberar a conexo. Formato das mensagens HTTP O protocolo HTTP baseado no paradigma pedido/resposta, havendo dois tipos de mensagens: mensagens de requisio e mensagens de resposta.

Computador rodando Explorer

Computador rodando Netscape

Servidor rodando Apache

HTTP request

HTTP request

HTTP response

HTTP response

Figura 2.2. Protocolo HTTP


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A mensagens de requisio (request) tem a seguinte estrutura: GET /diretorio/pagina.htmlHost: www.escolatecnica.edu.brConnection: closeUser-agent: Mozilla/4.0Accept-language:pt(extra carriage return, line feed)

A primeira linha apresenta o comando bsico para requisio de uma pgina Web, seguido pela parte do URL que indica o caminho e o nome do objeto que se deseja (GET/diretorio/pagina.html). As linhas seguintes, chamadas de cabealho, so opcionais. A segunda linha (Host: www.escolatecnica.edu.br) indica o nome computador onde reside o objeto; a terceira linha (Connection: close) informa para fechar a conexo aps envio da resposta; a quarta linha (User-agent: Mozilla/4.0) indica o tipo do agente usurio utilizado e a linha (Accept-language:pt) indica que o portugus a lngua preferencial.

Do ponto de vista do usurio o mesmo s enxerga o endereo URL que digitou e o navegador monta e envia as mensagens HTTP de forma transparente.

A mensagens de resposta (response) tem a seguinte estrutura: HTTP/1.1 200 OKConnection: closeDate: Thu, 06 Aug 1998 12:00:15 GMTServer: Apache/1.3.0 (Unix)Last-Modified: Mon, 22 Jun 1998 09:23:24 GMTContent-Length: 6821Content-Type: text/html

(data data data data data . . .)

A resposta tem trs partes, uma primeira linha informando o estado (status) da solicitao, seis linhas de cabealho e os dados que compe objeto solicitado. A primeira linha indica a verso do protocolo, o cdigo e estado da mensagem (HTTP/1.1 200 OK). A segunda linha (Connection:close) indica que a conexo ser encerrada; a terceira linha (Date: Thu, 06 Aug 199812:00:15 GMT) informa a data da ltima modificao no objeto solicitado, utilizada por servidores proxy; a quarta linha (Server: Apache/1.3.0 (Unix)) indica o tipo do servidor, a quinta linha (Content-Length: 6821) indica o tamanho do objeto em bytes e a ltima linha (Content-Type: text/html) informa o contedo da mensagem. Os dados vem em seguida.

Os cdigos de estado (status) mais comuns so: 200 OK: Requisio OK e o objeto solicitado vai em anexo. 301 Moved Permanently: O objeto solicitado foi movido para outra URL. 400 Bad Request: Requisio no entendida pelo servidor. 404 Not Found: O objeto requisitado no existe no servidor. 505 HTTP Version Not Supported: Esta verso do protocolo HTTP no suportada pelo servidor.


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Exerccio possvel ver as mensagens trocadas pelo protocolo HTTP, executando manualmente os comandos em uma conexo TCP, na porta 80, com um servidor Web. Para tal, pode-se fazer primeiramente um Telnet (acesso remoto), na porta 80 de um servidor Web. Em seguida, uma vez estabelecida a conexo, pode-se trocar comandos HTTP manualmente.

Por exemplo:

> telnet www.sj.cefetsc.edu.br 80

GET /~cantu/index.html

permite estabelecer um canal TCP na porta 80 com servidor do CEFET em So Jos e acessar a pgina do professor Cant.

Os navegadores Web Os navegadores Web, como o Internet Explorer da Microsoft, o Netscape Navigator ou o Mozilla, implementam de forma transparente ao usurio o conjunto de comandos do HTTP, incluindo facilidades que permitem aos usurios ter um acesso s pginas Web de modo bem mais amigvel.

Aplicao de transferncia de arquivosde transferncia de arquivosde transferncia de arquivosde transferncia de arquivos A aplicao de transferncia de arquivos suportada pelo protocolo de aplicao FTP (file transfer protocol) que um protocolo para transferir arquivos de um computador para outro. Numa tpica sesso FTP um usurio pode transferir arquivos de um computador remoto para um computador local e vice-versa (download e upload, respectivamente). O usurio interage com o FTP atravs de um agente usurio. Primeiro fornece o nome (ou o endereo IP) do computador remoto, estabelecendo com isto uma conexo TCP entre o processo FTP cliente e servidor. Depois o usurio deve fornecer sua identificao e sua senha, para ento poder executar comandos FTP para transferir arquivos (Figura 2.3).

sistema de arquivos local

Conexo TCP de controle

(porta 21)

FTP servidor

Interface dousurio FTP clienteFTP

sistema de arquivos remoto

usurio

Figura 2.3. Aplicao FTP

Conexo TCP para transferncia de

dados (porta 20)


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Agentes usurio FTP Como agente usurio, o usurio pode executar comandos ftp modo texto diretamente em uma janela Unix ou no Prompt de Comandos do Microsoft MS-DOS. Tambm h disponvel no mercado aplicativos especializados, como por exemplo, o WS-FTP (gratuito para uso acadmico e disponvel para download no endereo ftp.ipswitch.com).

Protocolo FTP O protocolo FTP, assim como o HTTP, roda sobre o TCP. A diferena que o FTP usa duas conexes paralelas TCP para transferir arquivos: uma para controle da conexo e outra para a transferncia de dados. O controle de conexo usado para trocar informaes como a identificao do usurio e senha, e para transferir os comandos FTP para mudar de diretrio (cd), solicitar arquivos (get) ou enviar arquivos (put). A conexo de dados usada para transferir os arquivos. Cada uma destas duas conexes TCP usa uma porta especfica: a conexo de controle de conexo usa a porta 21 e a conexo de dados usa a porta 20 (Figura 2.3). Comandos do usurio e mensagens do protocolo FTP A cada comando do usurio, o protocolo FTP envia mensagens do cliente ao servidor e vice-versa. As mensagens so enviadas atravs da conexo TCP de controle, em formato ASCII, com quatro caracteres maisculos. Veja alguns exemplos de comandos digitados pelo usurio e as mensagens do protocolo FTP enviadas do servidor ao cliente:

Ao executada pelo usurio Comando FTP digitado pelo

usurio Mensagem enviada pelo protocolo cliente FTP ao

servidor Autenticao O usurio digita seu nome e

senha USER nome_do_usurio PASS senha

O usurio lista o contedo de um diretrio

dir LIST

O usurio solicita um arquivo get nome_arquivo RETR nome_arquivo O usurio envia um arquivo ao servidor

put nome_arquivo STOR nome_arquivo

Cada comando do cliente seguido por uma resposta do servidor. As respostas so sempre de trs dgitos, com uma mensagem opcional seguindo o nmero. Veja algumas respostas tpicas: 331 User name OK, password required125 Data conection already open; transfer starting425 Cant open data conection452 Error writing file.


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Correio eletrnico O correio eletrnico, ou e-mail (electronic mail), uma das aplicaes mais populares da Internet. uma aplicao assncrona, onde os usurios enviam e lem suas mensagens quando acharem conveniente. As mensagens modernas incluem hyperlinks HTML, texto formatado, imagens, sons e at vdeo.

Numa viso geral, o correio eletrnico possui trs grandes componentes: os agentes usurios, os servidores de e-mail e o protocolo SMTP (simple mail transfer protocol) (Figura 2.4).

Leitores de e-mail Os agentes usurio, muitas vezes chamados de leitores de e-mail, permitem aos usurios lerem (read), responderem (reply) ou encaminharem (forward) a outra pessoa uma mensagem recebida, bem como comporem (compose) e enviar (send) uma nova mensagem. Os modernos leitores de e-mail apresentam interface grfica, como por exemplo, o Eudora, Microsoft Outlook ou Netscape Messenger; entretanto, muitos ainda utilizam leitores de e-mail em modo texto, como o mail, pine e elm. Mais recentemente, tambm tem sido bastante difundida a leitura de e-mail diretamente com os navegadores Web, os quais acessam servidores conhecidos como de web-mail.

Servidores de e-mail Os servidores de e-mail so os componentes centrais da infraestrutura do correio eletrnico. Para enviar uma mensagem caixa postal de uma pessoa, uma vez que o remetente digitou mensagem, seu agente usurio a envia ao seu servidor de e-mail, que coloca a mensagem em uma fila de sada. Atravs do protocolo SMTP, o servidor de e-mail envia as mensagens que esto na sua fila de sada em direo ao servidor destino. Caso o servidor destino no esteja acessvel, o servidor de e-mail tentar envi-la novamente a cada 30 minutos, persistindo nestas tentativas por alguns dias, quando ento remove a mensagem e notifica quem a tinha enviado.

Cada servidor de e-mail tem tambm um conjunto de caixas postais (mailbox) para cada um de seus usurios cadastrados. Uma vez que uma mensagem chegou ao servidor de e-mail destino, a mesma armazenada na caixa postal do respectivo usurio.

servidor de correio

servidor de correio

servidor de correio

Agente usurio

Agente usurio

Agente usurio

Agente usurio

Agente usurio

SMTP

SMTP

SMTP

Figura 2.4. Componentes do Correio

Fila de mensagens

Caixas postais


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Para ler uma mensagem em sua caixa postal o destinatrio da mensagem deve, a partir de seu leitor de e-mail, requisit-la de seu servidor. O servidor de e-mail ento requisita uma autenticao do usurio, atravs de uma identificao e uma senha, para depois repassar as mensagens que porventura chegaram a esta pessoa.

Protocolo SMTP O protocolo SMTP o protocolo de aplicao mais importante para o funcionamento do correio eletrnico. Ele usa o servio de transferncia de dados confivel do TCP para transferir uma mensagem desde o remetente at a caixa postal do destinatrio. O SMTP, como outros protocolos de aplicao, tem dois lados, o lado cliente e o lado servidor. Quem envia a mensagem faz o papel do cliente e quem recebe de servidor, todavia, ambos os lados do SMTP devem ser implementados em cada servidor de e-mail. As mensagens trocadas pelo protocolo SMTP so mensagens em caracteres ASCII. Para enviar uma mensagem, o cliente SMTP estabelece uma conexo TCP, na porta 25, com o servidor SMTP. Uma vez estabelecida conexo TCP, cliente e servidores de e-mail entram em uma fase de apresentao mtua (handshaking), trocando algumas informaes (como, o cliente indica o endereo de e-mail do emissor e do destinatrio), antes de enviarem a mensagem eletrnica em si. Veja um exemplo de uma seqncia de mensagens SMTP trocadas entre um cliente (C) e um servidor (S). O nome do cliente smtp.das.ufsc.br e o nome do servidor mail.sj.cefetsc.edu.br. Cada linha do exemplo corresponde exatamente aos textos ASCII trocados depois de aberto o canal TCP. A abertura do canal TCP pode ser feita a partir de um Telnet no servidor de email (porta 25), por exemplo: > telnet mail.sj.cefetsc.edu.br 25 S: 220 hendrix.sj.cefetsc.edu.br ESMTP PostfixC: HELO smtp.das.ufsc.br S: 250 hendrix.sj.cefetsc.edu.brC: MAIL FROM: [email protected]: 250 OKC: RCPT TO: [email protected]: 250 OKC: DATAS: 354 End data with . C: Ola Evandro,C: Este eh um teste de troca de mensagens SMTP de modo manual.C: Ele serve para enriquecer nossas aulas de laboratorio.C: .S: OK: queued as ...C: QUITS: 221 bye

> Connection closed by foreign host.

No exemplo acima o cliente envia uma mensagem do servidor smtp.das.ufsc.br ao servidor sj.cefetsc.edu.br. Os comandos usados pelos cliente foram: HELO (ol) , MAIL FROM (de), RCPT TO (para), DATA (dados) e QUIT (fim). O servidor responde cada comando usando um cdigo (a mensagem explanatria em ingls opcional). Exerccio Envie voc tambm um email manualmente a um colega trocando mensagens SMTP diretamente com um servidor. Para tal, voce dever fazer primeiramente um Telnet (acesso remoto), na porta 25


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(porta do SMTP), de um servidor de e-mail. Uma vez estabelecida conexo TCP, voc poder trocar comandos SMTP.

Protocolo para leitura de e-mail POP3 Uma vez enviada uma mensagem eletrnica, ela colocada na caixa postal do destinatrio. Uma maneira natural para o destinatrio de ler as mensagens de sua caixa postal, seria acessar diretamente o seu servidor de e-mail. Isto na verdade o que se faz quando se acessa remotamente o servidor (por exemplo, atravs de um Telnet) e utiliza um agente usurio como o pine. Os novos web-mail tambm fazem isto, acessando as caixas postais diretamente no servidor de e-mail. No caso do usurio destino utilizar um leitor de e-mail diretamente em seu computador pessoal (como o Eurora ou Outlook), vai haver a necessidade de transferir as mensagens do usurio do seu servidor de e-mail para seu computador. Para realizar esta tarefa, normalmente utiliza-se um protocolo de acesso para e-mail extremamente simples, o protocolo POP3. O POP3 inicia quando o agente usurio (cliente) abre uma conexo TCP com o servidor de e-mail, na porta 110. Com a conexo TCP estabelecida, o POP3 processa trs fases: autorizao (quando o usurio envia seu nome e senha e recebe suas mensagens), transao (quando o usurio requisita aes sobre as mensagens, como por exemplo marcando algumas para serem apagadas) e atualizao (quando o usurio encerra a sesso e o servidor apaga as mensagens marcadas para serem removidas).

Outro protocolo com a mesma funo do POP3 o protocolo IMAP (Interactive Mail Acess Protocol). Exerccio Se voc usa seu computador pessoal para e-mail, verifique a configurao do seu aplicativo, anotando o endereo do servidor para que voc possa enviar mensagens, chamado de endereo SMTP, e o endereo do servidor onde voc vai verificar suas mensagens ainda no lidas, chamado de endereo POP3.

Questes 1. O que um protocolo de aplicao e qual sua relao com as aplicaes? 2. Mostre para pelo menos trs aplicaes, quem faz o papel do cliente e quem faz o

papel de servidor. 3. Como as aplicaes se comunicam atravs da rede? Que tipo de mecanismo utilizado

nesta comunicao? 4. Explique o mecanismo de endereamento utilizado pelas aplicaes Internet. 5. O que um agente usurio? Cite exemplo de agentes usurio para pelo menos cinco

aplicaes. 6. Que tipo de servios as aplicaes requerem dos protocolos da camada transporte da

Internet? 29. Que tipo de servios os protocolos da camada transporte da Internet, TCP e UDP,

oferecem s aplicaes? Cite algumas caractersticas de cada um dos servios. 7. Porque o HTTP, o FTP e o SMTP rodam sobre o TCP e no sobre o UDP? 8. Quais os componentes de um endereo URL, utilizado na aplicao WWW?


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9. Explique qual o papel e como funciona o protocolo HTTP. 10. Pesquise na Internet sobre a histria da aplicao WWW, levantando as caractersticas

desta aplicao que a tornaram uma das mais populares da Internet.

11. Pesquise como o protocolo HTTP pode prover mecanismos de autenticao de usurios para acesso s informaes na Web. Ache uma URL que discuta esta questo.

12. Pesquise e descreva como funcionam os servidores de cache Web (tambm conhecidos como servidores proxy). Ache uma URL que discuta esta questo.

13. Faa uma descrio das caractersticas de dois navegador Web (Internet Explorer e Netscape, por exemplo), mostrando as diferenas entre ambos.

14. Faa um Telnet (ou SSH) em um servidor Unix e utilize o navegador em modo texto lynx. Descreva suas caractersticas e utilidade.

15. Qual a utilidade da aplicao de transferncia de arquivos (FTP). Descreva os procedimentos para transferir um arquivo de um servidor at uma estao cliente, utilizando como agente usurio comandos ftp modo texto.

16. Qual as principais diferenas entre o protocolo de aplicao HTTP e o protocolo FTP? 17. Explique como funciona o correio eletrnico, descrevendo a funo dos principais

componentes desta aplicao. 18. O que um leitor de e-mail? Cite exemplo de produtos comerciais. 19. Qual a diferena entre o protocolo SMTP e o protocolo POP3? Onde cada um

utilizado? 20. Descreva as diversas partes que compe uma mensagem eletrnica. Mostre atravs

de um exemplo. 21. Faa um Telnet (ou SSH) em um servidor Unix e utilize o agente usurio de correio

eletrnico em modo texto mail. Descreva suas caractersticas e utilidade. 22. O que ICQ? Pesquise sobre que protocolos esta aplicao utiliza.

P R O T O C O L O S I N T E R N E T T C P / I P

Protocolos Internet TCP/IP Os protocolos da Internet TCP/IP foram primeiramente apresentados a mais de 15 anos, muito tempo considerando a era da informao; todavia, muitos de seus princpios fundamentais continuam atuais, e mais, com a grande difuso da Internet, estes protocolos formam hoje a tecnologia hegemnica das redes de computadores.

Arquitetura da Internet TCP/IP conjunto de protocolos TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) um padro industrial de protocolos destinados a redes geograficamente distribudas, ou WANs (wide area networks), sendo as principais peas da arquitetura Internet.

A arquitetura Internet objetiva a interligao de computadores, no importando em qual tipo de rede os mesmos estejam conectados, a qualquer outro computador da rede mundial de computadores. Para interligar redes distintas a arquitetura Internet usa uma mquina como ponto de ligao entre as redes, sendo est mquina conhecida como roteador (ou gateway). Os roteadores so os responsveis pelo roteamento das mensagens na malha que forma a Internet. (Figura 3.1)

Os protocolos da arquitetura Internet TCP/IP esto organizados em quatro camadas: a camada de aplicao, a camada de transporte, a camada de rede, interligando as inter-redes, e a camada enlace/fsica, inferior, representando os protocolos de enlace e a rede fsica (Figura 3.2).

Parte

O

Rede 1

Rede 5

Rede 2

Rede 4

Rede 3

roteador

roteador

roteador

roteador

roteador

Figura 3.1. Internet


34343434

Na camada de transporte a arquitetura baseia-se principalmente em um servio de transporte orientado a conexo, fornecido pelo protocolo TCP (Transmission Control Protocol). Todavia, um servio de datagrama, no orientado a conexo, tambm disponvel com o protocolo UDP (User Datagram Protocol). Na camada de rede, temos um servio no-orientado a conexo, fornecido pelo protocolo IP (Internet Protocol).

Camada de Transporte Situada entre a camada de aplicao e a camada de rede, a camada de transporte tem a funo de prover um canal de comunicao lgico fim-a-fim entre os processos de aplicao rodando em diferentes computadores, sem se preocupar com os detalhes da infra-estrutura fsica usada para carregar as mensagens entre eles.

Os protocolos de transporte so implementados nos sistemas terminais, j que oferecem um canal lgico fim-a-fim s aplicaes, no necessitando, no entando, serem implementados nos roteadores da rede, os quais atuam somente at a camada rede.

No lado do emissor, as mensagens redebidas das aplicaes so fragmentadas e encapsuladas em unidades de dados de protocolos, ou PDUs (protocol data unit), chamadas segmentos, aos quais adiciona-se um cabealho (Figura 3.3). Cada segmento ento repassado a camada rede que por sua vez encapsula em unidades de dados de protocolos da camada de rede, ou datagramas.

Relao entre a camada de transporte e a camada de rede Na Internet o protocolo da camada rede chamado IP e fornece um servio de comunicao de computador-a-computador na inter-rede. O modelo de servio do protocolo IP do tipo melhor esforo (best effort), isto , ele faz o melhor esforo para o envio de um datagrama entre computadores, mas no d nenhuma garantia. Em particular, no garante a entrega do datagrama, no garante que sejam entregues em ordem e nem garante a integridade dos dados. por isso chamado de servio no garantido. Os protocolos de transporte TCP e UDP estendem a entrega computador-a-computador, fornecida pelo IP, pela entrega processo-a-processo, que chamada de multiplexao/demultiplexao de aplicaes. O TCP e o UDP oferecem tambm checagem da integridade dos dados, incluindo campos para deteco de erros no seu cabealho. No caso do UDP, a multiplexao/demultiplexao de aplicaes e a checagem de erros nos dados, so os dois nicos servios oferecidos, sendo portanto um servio no garantido. O TCP, alm destes dois, oferece ainda a transferncia garantida, usando controle de fluxo, nmeros de sequncia, reconhecimentos e temporizadores.

Aplicao

Transporte

Rede

Enlace/Fsica

Figura 3.2. Pilha de protocolos da Internet


35353535

aplicaotransporte

rede

receptor

Ht Hr

SegmentoAplicao

Transporterede

P1M

MP3

Cabealho dosegmento

Dados da camada aplicao

emissor

Protocolo de transporte

O servio de multiplexao e demultiplexao de aplicaes O protocolo IP entrega dados entre dois sistemas terminais (hosts), cada qual identificado por seu endereo IP. A responsabilidade dos protocolos de transporte entregar estes dados (segmentos) a aplicao apropriada rodando em cada host. Cada um dos segmentos da camada transporte tem em seu cabealho um campo que indica a qual processo o mesmo deve ser entregue. Estes campos so conhecidos como nmeros de porta. O cabealho inclui um campo com o nmero de porta do emissor e o nmero de porta do receptor. (Figura 3.4) Os nmeros de porta variam de 0 a 65535, sendo que at a porta 1023 so nmeros reservados para aplicaes especficas. Por exemplo:

HTTP porta 80

SMNP porta 25

TELNET porta 23

SSH porta 22

FTP porta 21.

Considere como exemplo a aplicao Telnet, que utiliza a porta 23. Quando um cliente Telnet inicia uma seo, ele envia ao servidor Telnet um segmento TCP destinado porta 23 (porta reservada para a aplicao Telnet) e coloca como nmero de porta da fonte uma porta que no esteja sendo utilizada por nenhum processo no host cliente, por exemplo, porta X. Quando o servidor recebe o segmento, ele verifica que o mesmo endereado a porta 23 e ento sabe que se

porta remetente porta receptor

32

dados daaplicao (mensagem

outros campos do cabealho

Figura 3.4. Segmento da camada transporte


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trata da aplicao Telnet e a porta da fonte X vai identificar um processo Telnet especfico (j que

pode haver outras solicitaes). (Figura 3.5).

UDP (User Datagram Protocol) O protocolo UDP adiciona ao IP a multiplexao e demultiplexao de aplicaes e o mecanismo de deteco de erros. No UDP no h processo de abertura de conexo para o envio de dados, por isto chamado de protocolo sem conexo (connectionless). Caractersticas:

Sem estabelecimento de conexo, no introduzindo, portanto, atrasos para esta tarefa.

No mantm estado da conexo, que implicaria em buffers (memrias) de envio e recepo, nmeros de seqncia e reconhecimento.

Tem pequeno overhead (informaes de controle) no cabealho.

Taxa de envio sem regulao ou controle de fluxo.

Por estas caractersticas apropriado para aplicaes tempo real, como telefonia e transferncia de udio e vdeo sobre a Internet.

O formato do segmento UDP (alguns autores chamam de datagrama UDP, pois pouco acrescenta ao datagrama IP) bastante simples (Figura 3.6), alm dos campos reservados para as portas de origem e destino, h um campo que indica o comprimento do segmento e o checksum, utilizado para o reconhecimento de erros no segmento. O campo de dados da aplicao preenchido com os dados da aplicao, por exemplo, para a aplicao DNS os dados podem ser mensagens de consulta e resposta, para aplicaes de adio tempo real, o campo preenchido com amostras de adio.

porta origem porta destino32 bits

Dados deaplicao (mensagem)

Figura 3.6. Formato do segmento UDP

comprimento checksum

porta fonte: x

porta dest: 23

Host AClienteTelnet

Host BServidor Telnet

porta fonte: 23

porta dest: x

Figura 3.5. Uso de portas para acessar servidor de aplicao Telnet


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