Redes de computadores: Arquitectura e Normas

1. Redes de computadores: Arquitectura e Normas Prof. Dr. Amine BERQIA bamine@ualg.pt http://w3.ualg.pt/~bamine/ (traduzido por Júlio Fernandes)

2. Sumário • A Necessidade de NORMAS • ORGANIZAÇÔES DE NORMAS • O MODELO DE REFERÊNCIA OSI • Um MODELO DE REDE em Camadas • As Sete Camadas do MODELO DE REFERÊNCIA OSI • Conceitos • Vantagens e Desvantagens do “layering” • O MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP • Modelo Híbrido : Tanenbaum 5 Layer Model

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

4. ORGANIZAÇÕES DE NORMAS(1) • Internacional: • ISO Internatinal Organisation for STANDARDISATION • ISOC Internet Society • ITU International Telecommunications Union • Nacional: • ANSI American National Standards Institute • BSI Britsh Standards Institute • NP Norma Portuguesa

5. ORGANIZAÇÕES DE NORMAS(2) • Institute of Electrical and Electronic Engineers: • IEEE é a maior sociedade profissional do mundo • também é um sócio de ANSI • um grupo de normalização que desenvolve normas para a computação • os normas do IEEE para redes locais foram subsequentemente usados pela ISO como a base para suas normas em LANs

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

7. O MODELO DE REFERÊNCIA OSI (1) • InterligarComputadores pode ser difícil (porque?) • os computadores podem ser produzidos por fabricantes diferentes • representações de dados diferentes • níveis de voltagem diferentes para codificar 1 e 0 • A idéia central é que qualquer computador no mundo deveria poder conectar com qualquer outro • Deveria haver um sistema aberto.

8. O MODELO DE REFERÊNCIA OSI (2) • O primeiro passo ao longo desta meta era • o conceito de um modelo abstrato para comunicação entre computadores pela International Standards Organization • Nome completo é o International Standards Organization Open Systems Interconnection 7 Layer Reference Model • fornece um enquadramento para o desenvolvimento de normas de protocolo de Sistemas abertos

9. O MODELO DE REFERÊNCIA OSI (3) • 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).

10. UM MODELO DE REDE EM CAMADAS (1) • O Modelo de Referência OSI está composto por sete camadas, cada uma especifica funções de rede particulares. • Cada camada fornece um serviço à camada acima na especificação de protocolo. • Cada camada comunica com o software ou hardware da mesma camada de outros computadores. • 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 outra da rede. • As quatro camadas superiores do modelo OSI (aplicação, apresentação e sessão - camadas 7, 6 e 5) estão orientadas mais para serviços para as aplicações. • OS dados são Encapsulados com a necessária informação de protocolo á medida que descem as camadas antes de transitarem em rede.

11. AS SETE CAMADAS DO MODELO DE REFERÊNCIA OSI

12. CAMADA 7: APLICAÇÃO • A camada de aplicação é a camada OSI que está mais perto do utilizador. • Fornece serviços de rede às aplicações do utilizador. • Difere das outras camadas porque não fornece serviços a qualquer outra camada OSI, mas sim a aplicações exteriores ao modelo OSI. • Exemplos de tais aplicações são folhas de cálculo, programas de processamento de texto, e programas terminais da banca. • A camada de aplicação estabelece a disponibilidade dos participantes duma comunicação, sincroniza e estabelece procedimentos para recuperação de erro e controle de integridade de dados.

13. CAMADA 6: APRESENTAÇÃO • A camada de apresentação assegura que a informação que a camada de aplicação de um sistema envia é legível pela camada de aplicação de outro sistema. • Se necessário, a camada de apresentação traduz formatos de dados múltiplos usando um formato comum. • Fornece criptografia e compressão de dados. • Exemplos: - JPEG, MPEG, ASCII, EBCDIC, HTML,.

14. CAMADA 5: SESSÃO • A camada de sessão define como iniciar, controlar e terminar conversações entre aplicações. • Isto inclui o controlo e a administração de mensagens bidireccionais múltiplas usando controle de diálogo. • Também sincroniza o diálogo entre as camadas de apresentação de dois sistemas e administra a troca de dados entre eles. • A camada de sessão oferece mecanismos para uma transferência de dados eficiente. • Exemplos: - SQL, ASP(AppleTalk Session Protocol).

15. CAMADA 4: TRANSPORTE • A camada de transporte controla o fluxo de informação para assegurar conectividade de fim-a-fim com precisão e segurança entre aplicações. • A camada de transporte segmenta os dados do sistema que envia e recompõe os dados num fluxo de dados no sistema receptor. • A fronteira entre a camada de transporte e a camada de sessão é análoga à fronteira entre os protocolos de aplicação e os protocolos de fluxo de dados. Considerando que as camadas de aplicação, apresentação, e de sessão estão relacionadas a assuntos de aplicação, as quatro camadas mais baixas estão relacionadas com assuntos de transporte de dados. • OS Protocolos da camadas 4 incluem o TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol).

16. CAMADA 3: REDE • Define a entrega de pacotes de fim-a-fim. • Define o endereçamento lógico de forma que qualquer endpoint pode ser identificado. • Define como o encaminhamento (routing) funciona e como rotas são criadas de forma que os pacotes possam ser entregues. • A camada de rede também define como fragmentar um pacote em pacotes menores para poder acomodar meios físicos diferentes. • Routers operam na Camada 3. • Exemplos: - IP, IPX, AppleTalk.

17. CAMADA 2: LIGAÇÃO DE DADOS • 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 localizarem o seu destino numa rede. • A camada de ligação de dados fornece um meio de transporte seguro dos dados por uma ligação física usando os endereços “Media Access Control” (MAC). • A camada de ligação de dados utiliza o MAC para definir um endereço de hardware ou de ligação de dados para que múltiplas estações possam compartilhar o mesmo meio e mesmo assim conseguirem identificar uma à outra. • Preocupa-se com a topologia de rede, o acesso à rede, a notificação de erro, a entrega ordenada de quadros (frames), e o controle de fluxo. • Exemplos: - Ethernet, Frame Relay, FDDI.

18. CAMADA 1: FÍSICA • É a camada mais baixa no modelo de referência • A camada física lida com as características físicas do meio de transmissão • Esta camada contém especificações dos componentes físicos da rede • Especificações para cabelagem, métodos de inter-conexão e propriedades eléctricas • Ex: RS232C, X.25, Ethernet

19. Conceitos (1) • As funções de comunicações são divididas num conjunto vertical de camadas: a composição das camada fornece a funcionalidade total requerida fazendo comunicar aplicações em computadores remotos; • A cada camada é lhe atribuida um conjunto específico de funções; • Cada camada foi projetada para executar as suas tarefas de um tal modo que minimiza o fluxo de informação entre fronteiras • Assim a funcionalidade não é distribuída uniformemente • resultando em algumas camadas serem mais complexas que outras; • A camada de rede está particularmente cheia, enquanto a camada de sessão está quase vazia.

20. Concepts (2) • Cada camada fornece serviços à camada acima dela • definido em termos de primitivas (funções básicas) e dados associados • Cada camada depende camada abaixo dela • nenhuma camada pode interagir com uma camada que não lhe seja vizinha

21. Vantagens do “layering”(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

22. Desvantagens do “layering” (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!

23. 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,

24. O Modelo de Referência TCP/IP O modelo de referência TCP/IP

25. Nível de Acesso à Rede • Grande omissão • Não especificado, não abordado em literatura de pesquisa

26. Nível de Aplicação • Não há camadas de session/apresentação --não existe necessidade • Protocolos de alto-nível: • original: telnet, ftp, smtp, dns • recentes: http, nntp

27. Nível de Transporte • Semelhante à Camada de Transporte OSI • "conversação“ fim-a-fim • Dois protocolos • TCP: seguro, stream, controle de fluxo, conexão, • UDP: não seguro, não há controle de fluxo, sem conexão, Protocolos e redes no modelo TCP/IP

28. Nível de Rede • Comutação de Pacotes • Sem conexão • Pacotes podem : • viajar por rotas diferentes • perdidos • fora de ordem • Chamado IP (Internet Protocol)

29. Differenças: OSI e TCP/IP • Modelo OSI antes dos protocolos • implementações violadas(ex - broadcast) • Protocolos TCP/IP antes do modelo • modelo não se ajusta a outros protocolos • não é útil para redes não TCP/IP • OSI transport • Orientado só à conexão • TCP/IP transport • conexão + sem conexão

30. Modelo Hibrido Tanenbaum 5 Layer Model Tanenbaum (Computer Networks, p44 Edition 3)

31. Modelo Híbrido Tanenbaum 5 Layer Model (2) • ISO OSI 7 Modelo de Referência 7 Camadas (menos sessão e apresentação) é excepcionalmente útil para discutir redes • Protocolos compatíveis com ISO OSI não são populares na indústria • TCP/IP extremamente popular na indústria • TCP/IP modelo praticamente não existente • Assim o “cinco camadas” é um híbrido dos dois