Comunicação de Dados

1. Comunicação de Dados por Fernando Luís Dotti fldotti@inf.pucrs.br

2. Sumário • Modelo de sistema de comunicação • WANs, LANs • Arquiteturas de Protocolos * Fontes: Stalling, W. Data and Computer Commmunications Transparências Stallings e Ana Benso

3. Modelo de Comunicação • Origem • Gera dados a serem transmitidos • Transmissor • Converte os dados em sinais transmissíveis • Sistema de Transmissão • Transmite os sinais • Receptor • Converte os sinais recebidos em dados • Destino • Trata os dados recebidos

4. Modelo - Diagrama

5. Comunicação • Utilização do sistema de transmissão • Interfaceamento • Geração de Sinais • Sincronização • Detecção e correção de erros • Endereçamento e roteamento • Formatação das mensagens • Segurança • Gerenciamento da rede

6. Modelo de Comunicação - Sinais

7. A Rede • Ligações ponto-a-ponto nem sempre são práticas • distância entre os dispositivos • grande número de dispositivos interconectados • Rede de comunicação

8. Modelo de Rede

9. Wide Area Networks - WANs • Grandes áreas geográficas • Rede pública de comunicação • Híbrida = redes públicas + redes privadas • Tecnologias • Redes de Comutação de Circuitos • Redes de Comutação de Pacotes • Frame relay • Asynchronous Transfer Mode (ATM)

10. Chaveamento de Circuito • Caminho de comunicação dedicado é estabelecido durante a conversação • e.g. rede de telefonia

11. Chaveamento de Pacote • Dados enviados em pequenos pacotes de dados • pacotes passados de nodo em nodo entre fonte e destino • usado para comunicação terminal-computador e computador-computador

12. Frame Relay • Chaveamento de pacote: • alto overhead para compensar erros existentes no canal de transmissão • Sistemas modernos são mais confiáveis • Erros tratados no sistema final e não em nodos intermediários • Maior parte do overhead é eliminado

13. Asynchronous Transfer Mode • ATM • Evolução do frame relay • Baixo overhead para controle de erros • Pacotes de tamanho fixo - célula • Desde alguns Mbps até Gbps • Possível alocar canais de capacidade garantida

14. Local Area Networks - LANs • Distâncias pequenas • soluções técnicas diferentes • Usualmente privadas • Alta taxa de transferência de dados • Tecnologias • Ethernet, Fast Ethernet, GigaEthernet • Token Ring • ATM

15. Arquitetura de Protocolos

16. Arquitetura de Protocolos • controle de erros: canais mais confiáveis - retransmissão • reseqüenciamento: reordenar mensagens fora de ordem • controle de fluxo: evita “inundar” receptor mais lento • controle de congestionamento: evita “inundar” rede mais lenta • fragmentação: dividir mensagens em pedaços menores para adaptar a camada de protocolo inferior • multiplexação: combinar várias sessões de comunicação em um “canal” • compressão de dados • translação de formatos entre fonte e destino • resolução de endereços • roteamento de pacotes • ...

17. Arquitetura de Protocolos • Divisão da complexidade • Tarefa de comunicação dividida em módulos • Módulos -> protocolos

18. Arquitetura de Protocolos • Exemplo: TCP/IP

19. Arquitetura de Protocolos TCP/IP • Desenvolvido pela Agencia de Progetos Avançados de Pesquisa (US Defense Advanced Research Project Agency -DARPA) para sua rede de pacotes (ARPANET) • Utilizado na internet • Níveis principais • aplicação • transporte fim a fim • internet • nível de acesso a rede • nível físico

20. Nível Físico • Interface entre dispositivo de transmissão (computador) e meio de transmissão ou rede • Características do meio de transmissão • Níveis de sinais • Taxas de transmissão • etc.

21. Nível de acesso a rede (enlace) • Troca de dados entre sistemas adjacentes - i.e. compartilham mesma rede física • endereçamento • controle de erros, fluxo

22. Nível Internet (IP) • Sistemas podem estar acoplados a diferentes redes físicas • Funções de roteamento entre redes físicas diferentes • Implementado em sistemas finais e roteadores

23. Nível de Transporte (TCP) • Entrega confiável dos dados • ordenação • entrega completa • eliminação de duplicatas

24. Nível de Aplicação • Suporte a aplicações do usuário • e.g. http • SMPT • ftp • telnet • etc.

25. Arquitetura de Protocolos TCP/IP

26. Protocol Data Units (PDU) • Em cada nível, protocolos são utilizados para comunicar • Informação de controle é adicionada aos dados do usuário em cada nível

27. Protocol Data Units (PDU) • PDU de Transporte • dados vindos da aplicação • nível de transporte pode fragmentar os dados • cada fragmento com um cabeçalho de controle, adicionando: • endereço final • número de sequencia • código de detecção de erro • Dados do usuário + controle = PDU de transporteUnidade de Dado do Protocolo de Transporte

28. Protocol Data Units (PDU) • PDU de Rede • dados vindos do nível de transporte • nível de rede adiciona endereços origem e destino • Dados do usuário (PDU de Transporte) + controle = PDU de redeUnidade de Dado do Protocolo de Rede

29. Protocol Data Units (PDU)

30. PDUs noTCP/IP

31. Arquitetura de Protocolos • Elementos básicos • Sintaxe • Formato dos dados e controle transmitidos • Semântica • significado do controle transmitido • Temporização • Diferenças de velocidade na rede • Validade das informações

32. Arquitetura de Protocolos • Encapsulamento • Segmentação e Blocagem • Controle de Conexão • Entrega ordenada • Controle de Fluxo • Controle de Erro • Endereçamento • Multiplexação • Serviços de Transmissão

33. Arquitetura de Protocolos Encapsulamento • Adição de informações de controle aos dados • informações de endereçamento • informações para detecção de erro • informações de controle do protocolo

34. Arquitetura de Protocolos Segmentação • Blocos de dados estão fora dos limites • Mensagens do nível de aplicação são grandes • Pacotes de redes devem ser pequenos • Divir um pacotes em vários é segmentação (ou fragmentação no TCP/IP) • blocos ATM (células) tem 53 bytes • blocos Ethernet (frames) tem 1500 bytes

35. Arquitetura de Protocolos Por que Fragmentar? • Vantagens • controle de erro mais eficiente • igualdade no acesso aos recursos da rede • atraso menor • bufferes menores para envio/recepção • Desvantagens • Overhead • aumenta as interrupções no receptor • mais tempo de processamento

36. Arquitetura de Protocolos Controle de Conexão • Estabelecimento da conexão • Transferência de dados • Encerramento da conexão • Gerencimamento de resets ou perda da conexão • Números de seqüência usados para • entrega ordenada • controle de fluxo • controle de erro

37. Arquitetura de Protocolos Serviço não Orientado a Conexão

38. Arquitetura de Protocolos Serviço Orientado a Conexão

39. Arquitetura de Protocolos Entrega Ordenada • Pacotes passam por diferentes redes até chegar ao destino • Pacotes podem chegar fora de ordem • Número sequecial permite a ordenação dos pacotes

40. Arquitetura de Protocolos Controle de Fluxo • Executado pela entidade receptora • Limita a quantidade ou a taxa de transferência dos dados • Stop and wait • Sistema de créditos • Sliding window

41. Arquitetura de Protocolos Controle de Erros • Controla perdas e erros de transmissão • Detecção de erros • A origem insere bits para detecção de erros • O receptor verifica a ocorrência de erros • Se está OK, aceita o pacote (acknowledge) • Se tem erros, descarta o pacote • Retransmissão • Se o reconhecimento não chegar a origem em tempo, retransmite o pacote. • Executado em vários níveis

42. service.request service.indication Arquitetura de Protocolos Serviços não Confirmados

43. service.request service.indication service.response service.confirm Arquitetura de Protocolos Serviços Confirmados

44. Arquitetura de Protocolos Endereçamento • Nível do Endereçamento • Escopo do Endereçamento • Identificadores de Conexão • Modo de Endereçamento

45. Arquitetura de Protocolos Nível do Endereçamento • Nível na arquietura em uso na entidade • Endereço único para cada sistema (hostsI) e roteadores • Endereço de nível de rede • Endereço IP (TCP/IP) • NSAP - Network service access point (OSI) • Processos dentro do sistema • Número da porta (TCP/IP) • SAP - Service access point(OSI)

46. Arquitetura de Protocolos Conceitos de Endereço

47. Arquitetura de Protocolos Escopo do Endereçamento • Endereço único • Existe somente um sistema com endereço X • Aplicabilidade global • Em qualquer sistema é possível identificar qualquer outro sistema pelo seu endereço global • O endereço X identifica um sistema vísivel de qualquer lugar da rede • Exemplo: Endereços MAC em redes IEEE 802

48. Arquitetura de Protocolos Identificadores de Conexão • Transferência orientada a conexão • Alocar identirficador durante transferência • reduz overhead: identificadores menores que endereços globais; • roteamento pode ser fixo, baseado nos identificadores

49. Arquitetura de Protocolos Modos de Endereçamento • Usualmente um endereço refere-se a um único sistema • Unicast • Pode endereçar todas as entidades dentro de um domínio • Broadcast • Pode endereçar um subconjunto de entidades dentro de um domínio • Multicast

50. Arquitetura de Protocolos Multiplexação • Suporte a múltiplas conexões em uma máquina • Mapeamento de múltiplas conexões de um nível e uma conexão de outro nível