Comunica o de dados
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Comunicação de Dados. por Fernando Luís Dotti [email protected] Sumário. Modelo de sistema de comunicação WANs, LANs Arquiteturas de Protocolos. * Fontes: Stalling, W. Data and Computer Commmunications Transparências Stallings e Ana Benso. Modelo de Comunicação. Origem

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Presentation Transcript


Comunicação de Dados

por

Fernando Luís Dotti

[email protected]


Sumário

  • Modelo de sistema de comunicação

  • WANs, LANs

  • Arquiteturas de Protocolos

* Fontes: Stalling, W. Data and Computer CommmunicationsTransparências Stallings e Ana Benso


Modelo de Comunicação

  • Origem

    • Gera dados a serem transmitidos

  • Transmissor

    • Converte os dados em sinais transmissíveis

  • Sistema de Transmissão

    • Transmite os sinais

  • Receptor

    • Converte os sinais recebidos em dados

  • Destino

    • Trata os dados recebidos


Modelo - Diagrama


Comunicação

  • Utilização do sistema de transmissão

  • Interfaceamento

  • Geração de Sinais

  • Sincronização

  • Detecção e correção de erros

  • Endereçamento e roteamento

  • Formatação das mensagens

  • Segurança

  • Gerenciamento da rede


Modelo de Comunicação - Sinais


A Rede

  • Ligações ponto-a-ponto nem sempre são práticas

    • distância entre os dispositivos

    • grande número de dispositivos interconectados

  • Rede de comunicação


Modelo de Rede


Wide Area Networks - WANs

  • Grandes áreas geográficas

  • Rede pública de comunicação

  • Híbrida = redes públicas + redes privadas

  • Tecnologias

    • Redes de Comutação de Circuitos

    • Redes de Comutação de Pacotes

    • Frame relay

    • Asynchronous Transfer Mode (ATM)


Chaveamento de Circuito

  • Caminho de comunicação dedicado é estabelecido durante a conversação

  • e.g. rede de telefonia


Chaveamento de Pacote

  • Dados enviados em pequenos pacotes de dados

  • pacotes passados de nodo em nodo entre fonte e destino

  • usado para comunicação terminal-computador e computador-computador


Frame Relay

  • Chaveamento de pacote:

    • alto overhead para compensar erros existentes no canal de transmissão

  • Sistemas modernos são mais confiáveis

  • Erros tratados no sistema final e não em nodos intermediários

  • Maior parte do overhead é eliminado


Asynchronous Transfer Mode

  • ATM

  • Evolução do frame relay

  • Baixo overhead para controle de erros

  • Pacotes de tamanho fixo - célula

  • Desde alguns Mbps até Gbps

  • Possível alocar canais de capacidade garantida


Local Area Networks - LANs

  • Distâncias pequenas

    • soluções técnicas diferentes

  • Usualmente privadas

  • Alta taxa de transferência de dados

  • Tecnologias

    • Ethernet, Fast Ethernet, GigaEthernet

    • Token Ring

    • ATM


Arquitetura de Protocolos


Arquitetura de Protocolos

  • controle de erros: canais mais confiáveis - retransmissão

  • reseqüenciamento: reordenar mensagens fora de ordem

  • controle de fluxo: evita “inundar” receptor mais lento

  • controle de congestionamento: evita “inundar” rede mais lenta

  • fragmentação: dividir mensagens em pedaços menores para adaptar a camada de protocolo inferior

  • multiplexação: combinar várias sessões de comunicação em um “canal”

  • compressão de dados

  • translação de formatos entre fonte e destino

  • resolução de endereços

  • roteamento de pacotes

  • ...


Arquitetura de Protocolos

  • Divisão da complexidade

  • Tarefa de comunicação dividida em módulos

  • Módulos -> protocolos


Arquitetura de Protocolos

  • Exemplo: TCP/IP


Arquitetura de Protocolos TCP/IP

  • Desenvolvido pela Agencia de Progetos Avançados de Pesquisa (US Defense Advanced Research Project Agency -DARPA) para sua rede de pacotes (ARPANET)

  • Utilizado na internet

  • Níveis principais

    • aplicação

    • transporte fim a fim

    • internet

    • nível de acesso a rede

    • nível físico


Nível Físico

  • Interface entre dispositivo de transmissão (computador) e meio de transmissão ou rede

  • Características do meio de transmissão

  • Níveis de sinais

  • Taxas de transmissão

  • etc.


Nível de acesso a rede (enlace)

  • Troca de dados entre sistemas adjacentes - i.e. compartilham mesma rede física

  • endereçamento

  • controle de erros, fluxo


Nível Internet (IP)

  • Sistemas podem estar acoplados a diferentes redes físicas

  • Funções de roteamento entre redes físicas diferentes

  • Implementado em sistemas finais e roteadores


Nível de Transporte (TCP)

  • Entrega confiável dos dados

    • ordenação

    • entrega completa

    • eliminação de duplicatas


Nível de Aplicação

  • Suporte a aplicações do usuário

    • e.g. http

    • SMPT

    • ftp

    • telnet

    • etc.


Arquitetura de Protocolos TCP/IP


Protocol Data Units (PDU)

  • Em cada nível, protocolos são utilizados para comunicar

  • Informação de controle é adicionada aos dados do usuário em cada nível


Protocol Data Units (PDU)

  • PDU de Transporte

    • dados vindos da aplicação

    • nível de transporte pode fragmentar os dados

    • cada fragmento com um cabeçalho de controle, adicionando:

      • endereço final

      • número de sequencia

      • código de detecção de erro

    • Dados do usuário + controle = PDU de transporteUnidade de Dado do Protocolo de Transporte


Protocol Data Units (PDU)

  • PDU de Rede

    • dados vindos do nível de transporte

    • nível de rede adiciona endereços origem e destino

    • Dados do usuário (PDU de Transporte) + controle = PDU de redeUnidade de Dado do Protocolo de Rede


Protocol Data Units (PDU)


PDUs noTCP/IP


Arquitetura de Protocolos

  • Elementos básicos

    • Sintaxe

      • Formato dos dados e controle transmitidos

    • Semântica

      • significado do controle transmitido

    • Temporização

      • Diferenças de velocidade na rede

      • Validade das informações


Arquitetura de Protocolos

  • Encapsulamento

  • Segmentação e Blocagem

  • Controle de Conexão

  • Entrega ordenada

  • Controle de Fluxo

  • Controle de Erro

  • Endereçamento

  • Multiplexação

  • Serviços de Transmissão


Arquitetura de Protocolos Encapsulamento

  • Adição de informações de controle aos dados

    • informações de endereçamento

    • informações para detecção de erro

    • informações de controle do protocolo


Arquitetura de Protocolos Segmentação

  • Blocos de dados estão fora dos limites

  • Mensagens do nível de aplicação são grandes

  • Pacotes de redes devem ser pequenos

  • Divir um pacotes em vários é segmentação (ou fragmentação no TCP/IP)

    • blocos ATM (células) tem 53 bytes

    • blocos Ethernet (frames) tem 1500 bytes


Arquitetura de Protocolos Por que Fragmentar?

  • Vantagens

    • controle de erro mais eficiente

    • igualdade no acesso aos recursos da rede

    • atraso menor

    • bufferes menores para envio/recepção

  • Desvantagens

    • Overhead

    • aumenta as interrupções no receptor

    • mais tempo de processamento


Arquitetura de Protocolos Controle de Conexão

  • Estabelecimento da conexão

  • Transferência de dados

  • Encerramento da conexão

  • Gerencimamento de resets ou perda da conexão

  • Números de seqüência usados para

    • entrega ordenada

    • controle de fluxo

    • controle de erro


Arquitetura de Protocolos Serviço não Orientado a Conexão


Arquitetura de Protocolos Serviço Orientado a Conexão


Arquitetura de Protocolos Entrega Ordenada

  • Pacotes passam por diferentes redes até chegar ao destino

  • Pacotes podem chegar fora de ordem

  • Número sequecial permite a ordenação dos pacotes


Arquitetura de Protocolos Controle de Fluxo

  • Executado pela entidade receptora

  • Limita a quantidade ou a taxa de transferência dos dados

  • Stop and wait

  • Sistema de créditos

    • Sliding window


Arquitetura de Protocolos Controle de Erros

  • Controla perdas e erros de transmissão

  • Detecção de erros

    • A origem insere bits para detecção de erros

    • O receptor verifica a ocorrência de erros

    • Se está OK, aceita o pacote (acknowledge)

    • Se tem erros, descarta o pacote

  • Retransmissão

    • Se o reconhecimento não chegar a origem em tempo, retransmite o pacote.

  • Executado em vários níveis


service.request

service.indication

Arquitetura de Protocolos Serviços não Confirmados


service.request

service.indication

service.response

service.confirm

Arquitetura de Protocolos Serviços Confirmados


Arquitetura de Protocolos Endereçamento

  • Nível do Endereçamento

  • Escopo do Endereçamento

  • Identificadores de Conexão

  • Modo de Endereçamento


Arquitetura de Protocolos Nível do Endereçamento

  • Nível na arquietura em uso na entidade

  • Endereço único para cada sistema (hostsI) e roteadores

  • Endereço de nível de rede

    • Endereço IP (TCP/IP)

    • NSAP - Network service access point (OSI)

  • Processos dentro do sistema

    • Número da porta (TCP/IP)

    • SAP - Service access point(OSI)


Arquitetura de Protocolos Conceitos de Endereço


Arquitetura de Protocolos Escopo do Endereçamento

  • Endereço único

    • Existe somente um sistema com endereço X

  • Aplicabilidade global

    • Em qualquer sistema é possível identificar qualquer outro sistema pelo seu endereço global

    • O endereço X identifica um sistema vísivel de qualquer lugar da rede

  • Exemplo: Endereços MAC em redes IEEE 802


Arquitetura de Protocolos Identificadores de Conexão

  • Transferência orientada a conexão

  • Alocar identirficador durante transferência

    • reduz overhead: identificadores menores que endereços globais;

    • roteamento pode ser fixo, baseado nos identificadores


Arquitetura de Protocolos Modos de Endereçamento

  • Usualmente um endereço refere-se a um único sistema

    • Unicast

  • Pode endereçar todas as entidades dentro de um domínio

    • Broadcast

  • Pode endereçar um subconjunto de entidades dentro de um domínio

    • Multicast


Arquitetura de Protocolos Multiplexação

  • Suporte a múltiplas conexões em uma máquina

  • Mapeamento de múltiplas conexões de um nível e uma conexão de outro nível


Arquitetura de Protocolos Serviços de Transmissão

  • Prioridade

    • controle de mensanges

  • Quality of service (QoS)

    • throughput mínimo aceitável

    • retardo máximo aceitável

  • Segurança

    • restrições de acesso


Modelo de Referência OSI - Open Systems Interconnection

Princípios:

  • nível tem funções bem definidas e diferenciadas

  • números de níveis suficientes para conter as funções distintas sem sobrecaga ou redundância

  • arquitetura para interoperabilidade de sistemas heterôgeneos


Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Redes

Enlace

Físico

OSI

Transferência de Arquivos, E-mail, etc

Sixtaxe Abstrata, Sintaxe de Contexto

Estabelecimeto e Gerência da Conexão

Comunicação fim-a-fim

Roteamento, endereçamento,...

Funções entre máquinas adjacentes, acesso ao meio

Transmissão de sinais


OSI - Protocolo de Nível N

P. Aplicação

Aplicação

Aplicação

P. Apresentação

Apresentação

Apresentação

P. Sessão

Sessão

Sessão

P. Transporte

Transporte

Transporte

P. Rede

Rede

Rede

P. Enlace

Enlace

Enlace

P. Físico

Físico

Físico


OSI


OSI - Framework


Protocolo N + 1

N + 1

N + 1

SAP

SAP

Protocolo N

N

N

SAP

SAP

Protocolo N - 1

N - 1

N - 1

OSI - Framework ...


OSI - Conceitos

  • Especificação de protocolos

    • operam entre o mesmo nível entre dois sistemas

    • pode envolver diferentes sistemas operacionais

    • precisa

      • o formato das unidades de dados

      • a semântica de todos os campos

  • Definição de Serviço

    • descrição do que é provido

  • Endereçamento

    • referciando pelos SAPs (Service Access Points)


OSI - Níveis

  • Físico

    • dispositivos entre interfaces físicas

      • mecânica

      • elétrica

      • funcional

      • procedural

  • Enlace

    • ativação, manutenção e desativação de um enlace confiável

    • detecção e controle de erro


OSI - Níveis

  • Rede

    • roteamento

    • níveis superiores não necessitam conhecer a tecnologia subjacente

  • Transporte

    • transporte de dados entre sistemas fim-a-fim

    • controle de erro

    • sequenciamento

    • controle de fluxo

    • QoS


OSI - Níveis

  • Sessão

    • Controle de diálogos entre aplicações

    • Sincronização

    • Recuperação de falhas

  • Apresentação

    • Codificação e formatação de dados

    • Compressão de dados

    • Criptografia

  • Aplicação

    • X.500, X.400, FTAM, CMISE (CMIP), ...


OSI - O Uso de Relay


Arquitetura TCP/IP

  • Arquitetura de protocolos comercialmente dominante

  • Especificada e extensivamente utilizada antes da OSI

  • Desenvolvida por pesquisadores do departamento de defesa

  • Usada na Internet


Arquitetura TCP/IP

Aplicação

Tranporte

Internetwork

Host to Network

FTP Telnet HTTP

TCP UDP

IP

Ethernet Ponto-a Fast E.

Ponto

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico


OSI v TCP/IP


Arquitetura TCP/IP

  • Nível de Aplicação

    • Comunicação entre processos de aplicação

  • Nível de Transporte

    • Transmissão de dados fim-a-fim

    • Pode incluir mecanismos de confiabilidade (TCP)

    • Suprime detalhes dos níveis inferiores

  • Nível de Rede

    • Rotemamento de pacotes

    • Interface entre o sistema e a rede


Protocolos de Aplicação TCP/IP


Protocolos Internet


Protocolos Internet


  • Login