Redes de computadores: Redes de computadores: Arquitectura e Normas Arquitectura e Normas

Prof. Dr. Amine BERQIAProf. Dr. Amine BERQIA baminebamine@@ualgualg..ptpt

http://w3.http://w3.ualgualg..ptpt/~/~baminebamine//(traduzido por Júlio Fernandes)(traduzido por Júlio Fernandes)

SumárioSumário

A Necessidade de NORMASA Necessidade de NORMAS ORGANIZAÇÔES DE NORMAS ORGANIZAÇÔES DE NORMAS O MODELO DE REFERÊNCIA OSIO MODELO DE REFERÊNCIA OSI Um MODELO DE REDE em CamadasUm MODELO DE REDE em Camadas As Sete Camadas do MODELO DE REFERÊNCIA OSIAs Sete Camadas do MODELO DE REFERÊNCIA OSI ConceitosConceitos Vantagens e Desvantagens do “Vantagens e Desvantagens do “layeringlayering”” O MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP O MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP Modelo Híbrido : Tanenbaum 5 Layer ModelModelo Híbrido : Tanenbaum 5 Layer Model

A NECESSIDADE DE A NECESSIDADE DE STADARDSSTADARDS

Nas ultimas décadas muitas das redes foram Nas ultimas décadas muitas das redes foram construídas com hardware e implementações de software construídas com hardware e implementações de software diferentes, como resultado estas eram incompatíveis e diferentes, como resultado estas eram incompatíveis e tornou-se difícil que redes que usavam especificações tornou-se difícil que redes que usavam especificações diferentes comunicassem entre si;diferentes comunicassem entre si; Vendedores diferentes, países diferentes precisam Vendedores diferentes, países diferentes precisam comunicar comunicar Havia necessidade de criar um MODELO de REDE Havia necessidade de criar um MODELO de REDE que ajudaria os vendedores a criar implementações de que ajudaria os vendedores a criar implementações de rede interoperacionais. rede interoperacionais.

ORGANIZAÇÕES DE ORGANIZAÇÕES DE NORMASNORMAS(1) (1)

Internacional: Internacional: ISO Internatinal Organisation for ISO Internatinal Organisation for STANDARDISATIONSTANDARDISATION ISOC Internet SocietyISOC Internet Society ITU International Telecommunications UnionITU International Telecommunications Union

Nacional: Nacional: ANSI American National Standards InstituteANSI American National Standards Institute BSI Britsh Standards InstituteBSI Britsh Standards Institute NP Norma PortuguesaNP Norma Portuguesa

ORGANIZAÇÕES DE ORGANIZAÇÕES DE NORMASNORMAS(2) (2)

Institute of Electrical and Electronic Engineers: Institute of Electrical and Electronic Engineers: IEEE é a maior sociedade profissional do mundoIEEE é a maior sociedade profissional do mundo também é um sócio de ANSI também é um sócio de ANSI um grupo de normalização que desenvolve normas um grupo de normalização que desenvolve normas para a computação para a computação os normas do IEEE para redes locais foram os normas do IEEE para redes locais foram subsequentemente usados pela ISO como a base para subsequentemente usados pela ISO como a base para suas normas em LANs suas normas em LANs

ISO - ORGANISATION FOR STANDARDISATION

International Organisation for Standardisation (ISO) é International Organisation for Standardisation (ISO) é um organização de normas Internacional responsável por um organização de normas Internacional responsável por uma gama extensiva de normas, incluindo muitas que são uma gama extensiva de normas, incluindo muitas que são pertinentes ás redes,; pertinentes ás redes,; Consiste em organizações de normas ;Consiste em organizações de normas ; Em 1984 para ajudar a interconexão de redes sem Em 1984 para ajudar a interconexão de redes sem necessariamente ter que redesenhar, o modelo Open necessariamente ter que redesenhar, o modelo Open Systems Interconnection (OSI) era aprovado como uma Systems Interconnection (OSI) era aprovado como uma norma internacional para arquitectura de comunicações .norma internacional para arquitectura de comunicações .

O MODELO DE REFERÊNCIA O MODELO DE REFERÊNCIA OSI (1) OSI (1)

InterligarInterligar Computadores pode ser difícil (porque?) Computadores pode ser difícil (porque?) os computadores podem ser produzidos por os computadores podem ser produzidos por fabricantes diferentes fabricantes diferentes representações de dados diferentesrepresentações de dados diferentes níveis de voltagem diferentes para codificar 1 e 0 níveis de voltagem diferentes para codificar 1 e 0

A idéia central é que qualquer computador no mundo A idéia central é que qualquer computador no mundo deveria poder conectar com qualquer outro deveria poder conectar com qualquer outro

Deveria haver um sistema aberto. Deveria haver um sistema aberto.

O MODELO DE REFERÊNCIA O MODELO DE REFERÊNCIA OSI (2) OSI (2)

O primeiro passo ao longo desta meta era O primeiro passo ao longo desta meta era o conceito de um modelo abstrato para comunicação o conceito de um modelo abstrato para comunicação entre computadores pela International Standards entre computadores pela International Standards OrganizationOrganization

Nome completo é o International Standards Nome completo é o International Standards Organization Open Systems Interconnection 7 Layer Organization Open Systems Interconnection 7 Layer Reference ModelReference Model

fornece um enquadramento para o desenvolvimento fornece um enquadramento para o desenvolvimento de normas de protocolo de Sistemas abertos de normas de protocolo de Sistemas abertos

O modelo foi desenvolvido pela International Organisation for

Standardisation (ISO) em 1984. É considerado o modelo Arquitectónico primário para comunicações inter-computadores.

O modelo de OSI descreve como a informação ou os dados passam dos programas de aplicação (como folhas de calculo) por um meio duma rede (como cabo) para outro programa de aplicação localizado noutra rede .

O modelo de referência OSI divide o problema de passar informação entre computadores por um meio de rede em SETE problemas menores e mais manejáveis.

Esta separação em funções mais manejáveis menores é conhecida como “layering” ( distribuição por camadas).

O MODELO DE REFERÊNCIA O MODELO DE REFERÊNCIA OSI (3) OSI (3)

UM MODELO DE REDE EM UM MODELO DE REDE EM CAMADAS CAMADAS (1)(1)

O Modelo de Referência OSI está composto por sete camadas, cada uma O Modelo de Referência OSI está composto por sete camadas, cada uma especifica funções de rede particulares. especifica funções de rede particulares. Cada camada fornece um serviço à camada acima na especificação de Cada camada fornece um serviço à camada acima na especificação de protocolo. protocolo. Cada camada comunica com o software ou hardware da mesma camada de Cada camada comunica com o software ou hardware da mesma camada de outros computadores. outros computadores. As 4 camadas mais baixas (transporte, rede, ligação de dados e meio físico - As 4 camadas mais baixas (transporte, rede, ligação de dados e meio físico - camadas 4, 3, 2, e 1) são responsáveis pelo fluxo de dados de uma ponta á camadas 4, 3, 2, e 1) são responsáveis pelo fluxo de dados de uma ponta á outra da rede. outra da rede. As quatro camadas superiores do modelo OSI (aplicação, apresentação e As quatro camadas superiores do modelo OSI (aplicação, apresentação e sessão - camadas 7, 6 e 5) estão orientadas mais para serviços para as sessão - camadas 7, 6 e 5) estão orientadas mais para serviços para as aplicações. aplicações. OS dados são Encapsulados com a necessária informação de protocolo á OS dados são Encapsulados com a necessária informação de protocolo á medida que descem as camadas antes de transitarem em rede. medida que descem as camadas antes de transitarem em rede.

AS SETE CAMADAS DO AS SETE CAMADAS DO MODELO DE REFERÊNCIA OSIMODELO DE REFERÊNCIA OSI

CAMADA 7: APLICAÇÃO CAMADA 7: APLICAÇÃO

A camada de aplicação é a camada OSI que está mais perto A camada de aplicação é a camada OSI que está mais perto do utilizador. do utilizador.

Fornece serviços de rede às aplicações do utilizador. Fornece serviços de rede às aplicações do utilizador. Difere das outras camadas porque não fornece serviços a Difere das outras camadas porque não fornece serviços a

qualquer outra camada OSI, mas sim a aplicações exteriores qualquer outra camada OSI, mas sim a aplicações exteriores ao modelo OSI. ao modelo OSI.

Exemplos de tais aplicações são folhas de cálculo, programas Exemplos de tais aplicações são folhas de cálculo, programas de processamento de texto, e programas terminais da banca. de processamento de texto, e programas terminais da banca.

A camada de aplicação estabelece a disponibilidade dos A camada de aplicação estabelece a disponibilidade dos participantes duma comunicação, sincroniza e estabelece participantes duma comunicação, sincroniza e estabelece procedimentos para recuperação de erro e controle de procedimentos para recuperação de erro e controle de integridade de dados. integridade de dados.

CAMADA 6: APRESENTAÇÃO CAMADA 6: APRESENTAÇÃO

A camada de apresentação assegura que a informação A camada de apresentação assegura que a informação que a camada de aplicação de um sistema envia é que a camada de aplicação de um sistema envia é legível pela camada de aplicação de outro sistema. legível pela camada de aplicação de outro sistema.

Se necessário, a camada de apresentação traduz Se necessário, a camada de apresentação traduz formatos de dados múltiplos usando um formato formatos de dados múltiplos usando um formato comum. comum.

Fornece criptografia e compressão de dados. Fornece criptografia e compressão de dados. Exemplos: - JPEG, MPEG, ASCII, EBCDIC, HTML,. Exemplos: - JPEG, MPEG, ASCII, EBCDIC, HTML,.

CAMADA 5: SESSÃO CAMADA 5: SESSÃO

A camada de sessão define como iniciar, controlar e A camada de sessão define como iniciar, controlar e terminar conversações entre aplicações. terminar conversações entre aplicações.

Isto inclui o controlo e a administração de mensagens Isto inclui o controlo e a administração de mensagens bidireccionais múltiplas usando controle de diálogo. bidireccionais múltiplas usando controle de diálogo.

Também sincroniza o diálogo entre as camadas de Também sincroniza o diálogo entre as camadas de apresentação de dois sistemas e administra a troca de apresentação de dois sistemas e administra a troca de dados entre eles. dados entre eles.

A camada de sessão oferece mecanismos para uma A camada de sessão oferece mecanismos para uma transferência de dados eficiente. transferência de dados eficiente.

Exemplos: - SQL, ASP(AppleTalk Session Protocol). Exemplos: - SQL, ASP(AppleTalk Session Protocol).

CAMADA 4: TRANSPORTE CAMADA 4: TRANSPORTE

A camada de transporte controla o fluxo de informação para A camada de transporte controla o fluxo de informação para assegurar conectividade de fim-a-fim com precisão e segurança assegurar conectividade de fim-a-fim com precisão e segurança entre aplicações. entre aplicações.

A camada de transporte segmenta os dados do sistema que envia A camada de transporte segmenta os dados do sistema que envia e recompõe os dados num fluxo de dados no sistema receptor. e recompõe os dados num fluxo de dados no sistema receptor.

A fronteira entre a camada de transporte e a camada de sessão é A fronteira entre a camada de transporte e a camada de sessão é análoga à fronteira entre os protocolos de aplicação e os análoga à fronteira entre os protocolos de aplicação e os protocolos de fluxo de dados. Considerando que as camadas de protocolos de fluxo de dados. Considerando que as camadas de aplicação, apresentação, e de sessão estão relacionadas a aplicação, apresentação, e de sessão estão relacionadas a assuntos de aplicação, as quatro camadas mais baixas estão assuntos de aplicação, as quatro camadas mais baixas estão relacionadas com assuntos de transporte de dados. relacionadas com assuntos de transporte de dados.

OS Protocolos da camadas 4 incluem o TCP (Transmission OS Protocolos da camadas 4 incluem o TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol). Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol).

CAMADA 3: REDE CAMADA 3: REDE

Define a entrega de pacotes de fim-a-fim. Define a entrega de pacotes de fim-a-fim. Define o endereçamento lógico de forma que Define o endereçamento lógico de forma que

qualquer qualquer endpointendpoint pode ser identificado. pode ser identificado. Define como o encaminhamento (Define como o encaminhamento (routing)routing) funciona funciona

e como rotas são criadas de forma que os pacotes e como rotas são criadas de forma que os pacotes possam ser entregues. possam ser entregues.

A camada de rede também define como fragmentar A camada de rede também define como fragmentar um pacote em pacotes menores para poder um pacote em pacotes menores para poder acomodar meios físicos diferentes. acomodar meios físicos diferentes.

Routers Routers operam na Camada 3. operam na Camada 3. Exemplos: - IP, IPX, AppleTalk. Exemplos: - IP, IPX, AppleTalk.

CAMADA 2: LIGAÇÃO DE CAMADA 2: LIGAÇÃO DE DADOS DADOS

A camada de ligação de dados fornece acesso aos meios de acesso á A camada de ligação de dados fornece acesso aos meios de acesso á rede e a transmissão física através destes meios, isto permite os dados rede e a transmissão física através destes meios, isto permite os dados localizarem o seu destino numa rede. localizarem o seu destino numa rede.

A camada de ligação de dados fornece um meio de transporte seguro A camada de ligação de dados fornece um meio de transporte seguro dos dados por uma ligação física usando os endereços “dos dados por uma ligação física usando os endereços “Media Access Media Access ControlControl” (MAC). ” (MAC).

A camada de ligação de dados utiliza o MAC para definir um endereço A camada de ligação de dados utiliza o MAC para definir um endereço de hardware ou de ligação de dados para que múltiplas estações de hardware ou de ligação de dados para que múltiplas estações possam compartilhar o mesmo meio e mesmo assim conseguirem possam compartilhar o mesmo meio e mesmo assim conseguirem identificar uma à outra. identificar uma à outra.

Preocupa-se com a topologia de rede, o acesso à rede, a notificação de Preocupa-se com a topologia de rede, o acesso à rede, a notificação de erro, a entrega ordenada de quadros (erro, a entrega ordenada de quadros (framesframes), e o controle de fluxo. ), e o controle de fluxo.

Exemplos: - Ethernet, Frame Relay, FDDI. Exemplos: - Ethernet, Frame Relay, FDDI.

CAMADA 1: FÍSICA CAMADA 1: FÍSICA

É a camada mais baixa no modelo de referênciaÉ a camada mais baixa no modelo de referência A camada física lida com as características A camada física lida com as características

físicas do meio de transmissão físicas do meio de transmissão Esta camada contém especificações dos Esta camada contém especificações dos

componentes físicos da redecomponentes físicos da rede Especificações para cabelagem, métodos de Especificações para cabelagem, métodos de

inter-conexão e propriedades eléctricas inter-conexão e propriedades eléctricas Ex: RS232C, X.25, EthernetEx: RS232C, X.25, Ethernet

Conceitos (1) Conceitos (1) As funções de comunicações são divididas num conjunto As funções de comunicações são divididas num conjunto vertical de camadas: a composição das camada fornece a vertical de camadas: a composição das camada fornece a funcionalidade total requerida fazendo comunicar aplicações funcionalidade total requerida fazendo comunicar aplicações em computadores remotos;em computadores remotos; A cada camada é lhe atribuida um conjunto específico de A cada camada é lhe atribuida um conjunto específico de funções; funções; Cada camada foi projetada para executar as suas tarefas de Cada camada foi projetada para executar as suas tarefas de um tal modo que minimiza o fluxo de informação entre um tal modo que minimiza o fluxo de informação entre fronteiras fronteiras Assim a funcionalidade não é distribuída uniformemente Assim a funcionalidade não é distribuída uniformemente

resultando em algumas camadas serem mais complexas resultando em algumas camadas serem mais complexas que outras; que outras;

A camada de rede está particularmente cheia, enquanto a A camada de rede está particularmente cheia, enquanto a camada de sessão está quase vazia. camada de sessão está quase vazia.

ConceptsConcepts (2) (2)

Cada camada fornece serviços à Cada camada fornece serviços à camada acima delacamada acima dela

definido em termos de definido em termos de primitivas (funções básicas) e primitivas (funções básicas) e dados associados dados associados

Cada camada depende camada Cada camada depende camada abaixo dela abaixo dela

nenhuma camada pode nenhuma camada pode interagir com uma camada que interagir com uma camada que não lhe seja vizinha não lhe seja vizinha

Vantagens do “Vantagens do “layering”layering”(Distribuição Por Camadas)(Distribuição Por Camadas)

“Divide and conquer” – Dividir e Conquistar Interfaces standard entre camadas permitem

desenvolvimentos internos dentro das camadas Fácil permitir camadas de substituição para opções

diferentes (orientado à conexão vs. datagram) Esconder Dados/código Podem ser substituídas camadas com camadas mais

simples

Desvantagens do Desvantagens do “layering” “layering” ((Distribuição Por Camadas)Distribuição Por Camadas)

Normas não definem como os dados serão passados

entre camadas Camada N tem de simultaneamente:

recolher dados da camada N+1 e camada N-1 Fornecer dados para á camada N+1 e camada N-1

Camada N-1 pode estar a fazer exactamente o mesmo: consequentemente a troca de dados é muito

complexa!

Alternativas do modelo de ISO Alternativas do modelo de ISO

Alternativamente, é possível agrupar as três

camadas mais baixas como dependentes da rede Para se agrupar as três camadas superiores, como

envolvidas na troca de dados entre utilizadores finais Esta aproximação é semelhante à arquitectura

do conjunto de protocolos TCP/IP que é utilizada numa das maiores redes, a ARPANET,

O Modelo de Referência TCP/IPO Modelo de Referência TCP/IP

O modelo de referência TCP/IP O modelo de referência TCP/IP

Nível de Acesso à Rede Nível de Acesso à Rede

Grande omissão Grande omissão Não especificado, não abordado em literatura Não especificado, não abordado em literatura

de pesquisa de pesquisa

Não há camadas de session/apresentação --não Não há camadas de session/apresentação --não

existe necessidade existe necessidade Protocolos de alto-nível: Protocolos de alto-nível:

original: telnet, ftp, smtp, dnsoriginal: telnet, ftp, smtp, dnsrecentes: http, nntprecentes: http, nntp

Nível de Aplicação Nível de Aplicação

Nível de Transporte Nível de Transporte

Semelhante à Camada de Semelhante à Camada de Transporte OSI Transporte OSI "conversação“"conversação“fim-a-fimfim-a-fim

Dois protocolos Dois protocolos TCP: seguro, stream, TCP: seguro, stream,

controle de fluxo, controle de fluxo, conexão, conexão,

UDP: não seguro, não UDP: não seguro, não há controle de fluxo, há controle de fluxo, sem conexão, sem conexão,

Protocolos e redes no modelo TCP/IP Protocolos e redes no modelo TCP/IP

Comutação de PacotesComutação de Pacotes Sem conexão Sem conexão Pacotes podem :Pacotes podem :

viajar por rotas diferentes viajar por rotas diferentes perdidos perdidos fora de ordemfora de ordem

Chamado IP (Internet Protocol)Chamado IP (Internet Protocol)

Nível de RedeNível de Rede

Modelo OSI antes dos protocolos Modelo OSI antes dos protocolos

implementações violadas(ex - broadcast)implementações violadas(ex - broadcast) Protocolos TCP/IP antes do modelo Protocolos TCP/IP antes do modelo

modelo não se ajusta a outros protocolos modelo não se ajusta a outros protocolos não é útil para redes não TCP/IP não é útil para redes não TCP/IP

OSI transportOSI transport Orientado só à conexão Orientado só à conexão

TCP/IP transportTCP/IP transport conexão + sem conexão conexão + sem conexão

Differenças: OSI e TCP/IPDifferenças: OSI e TCP/IP

Tanenbaum (Computer Networks, p44 Edition 3)Tanenbaum (Computer Networks, p44 Edition 3)

Modelo HibridoModelo Hibrido Tanenbaum 5 Layer Model Tanenbaum 5 Layer Model

Modelo Híbrido Modelo Híbrido Tanenbaum 5 Layer Model (2)Tanenbaum 5 Layer Model (2)

ISO OSI 7 Modelo de Referência 7 Camadas (menos ISO OSI 7 Modelo de Referência 7 Camadas (menos

sessão e apresentação) é excepcionalmente útil para sessão e apresentação) é excepcionalmente útil para discutir redes discutir redes

Protocolos compatíveis com ISO OSI não são populares Protocolos compatíveis com ISO OSI não são populares na indústria na indústria

TCP/IP extremamente popular na indústria TCP/IP extremamente popular na indústria TCP/IP modelo praticamente não existente TCP/IP modelo praticamente não existente Assim o “cinco camadas” é um híbrido dos dois Assim o “cinco camadas” é um híbrido dos dois