1
Prof. Sérgio Colcher
colcher@inf.puc-rio.br
Arquitetura de Protocolos
Arquitetura de Protocolos
Redes
2Arquitetura
§
Conjunto de convenções para interconexão de
equipamentos
§
Há algum tempo os grandes fabricantes
desenvolveram soluções proprietárias para a
interconexão de seus equipamentos
·
IBM - System Network Architecture (SNA)
·
DEC - Digital Network Architecture (DNA)
§
Necessidade de interconexão dessas soluções
proprietárias
3
Padronização - Vantagens
§
Preservação de investimentos
·
Segurança de continuidade
·
Segurança de integração com tecnologias emergentes
§
Maior número de fabricantes
·
maior competitividade
·
menor preço
·
maior qualidade
4Organizações Internacionais de
Padronização
§
ISO (International
Organization for
Standardization)
·
ISO/IEC
– Joint Technical Committees 1
(JTC 1) on Information
Technology
·
Representações Nacionais
– ANSI (American National
Standards Institute)
– ABNT (Associação Brasileira
de Normas Técnicas)
5
Organizações Internacionais de
Padronização
§
ITU (International
Telecommunications Union)
·
responsável pela
coordenação,
desenvolvimento,
regulamentação e
padronização das
telecomunicações, assim
como organização de eventos
regionais e mundiais
·
Dividido em três setores
– ITU-R - Radiocommunication
Sector
– ITU-T - Telecommunication
Standardization Sector
– ITU-D - Telecommunication
Development Sector
7Organizações Internacionais de
Padronização
§
IEEE (Institute of Electrical and Eletronic
Engineers)
8
Forums Abertos
§
IETF (Internet
Engineering Task Force)
·
Responsável pela
publicação das RFCs
(Request for Comments)
para Internet
9
Arquiteturas
§
Modelo de Referência OSI
§
Arquitetura IEEE 802
10
Modelo de Referência
OSI
Modelo de Referência
OSI
11Modelo de Referência OSI
§
Necessidade de padrões para interconexão de
sistemas heterogêneos
§
Modelo de referência para interconexão aberta
de sistemas
§
Definição da estrutura básica para o
desenvolvimento coordenado de padrões
ISO 7498
Reference Model for Open Systems Interconnection
RM-OSI/ISO
12
Arquitetura em Níveis (ou Camadas)
§
Princípio do “Dividir para
Conquistar”
§
Facilidade de modificação e validação
§
Projetar uma rede como um conjunto
hierárquico de camadas
·
Cada nível utiliza os serviços oferecidos
pelo nível
imediatamente
inferior para
implementar e oferecer os seus serviços
ao nível
imediatamente
superior
·
O projeto de um nível está restrito a um
contexto específico e supõe que os
problemas fora deste contexto já
estejam devidamente resolvidos
Camada 1
Camada 2
Camada 3
...
Camada n
13Modelo de Referência OSI
§
O modelo de referência OSI concentra-se apenas na
questão de interconexão de sistemas
·
transferência de informação (transmissão)
·
interoperabilidade (ex. representação de dados,
integridade, segurança, etc.)
§
O modelo de referência OSI
não especifica
implementação, tecnologia, interconexão de
sistemas particulares
14
Modelo de Referência OSI
§
Estrutura em camadas permite o desenvolvimento
simultâneo e independente de padrões
§
Interfaces bem definidas permitem que mudanças
no padrão que define uma camada não afetem as
demais
§
O RM-OSI é complementado com padrões que
especificam o protocolo e o serviço de cada camada
15
Serviços OSI
Um serviço representa um
conjunto de funções oferecidas a um
usuário por um fornecedor, acessadas
através de um SAP.
16
Fornecedores e Usuários de Serviços
(N)-service
user
(N)-service
user
(N)-service provider
(N)-service access point
17
(N)-service
user
(N)-service
user
(N)-service access point
Fornecedores e Usuários de Serviços
(N)-service
entity
(N)-service
entity
(N-1)-service provider
(N)-service protocol
specification
18
Níveis, Protocolos e Interfaces
Sistema
A
Sistema
B
Interface 1/2
Interface 2/3
Interface 3/4
Nível 1
Nível 1
Interface 1/2
Interface 2/3
Interface 3/4
Protocolo de Nível 3
Protocolo de Nível 2
Protocolo de Nível 1
Nível 2
Nível 2
Nível 3
Nível 3
Nível 4
Protocolo de Nível 4
Nível 4
Interface n-1/n
Protocolo de Nível n-1
Nível n-1
Nível n-1
Nível n
Protocolo de Nível n
Nível n
Interface n-1/n
...
...
19
Camadas do Modelo OSI
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Camada 7
Camada 6
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
20Transmissão de Dados no Modelo OSI
Dados Dados A Dados Dados A A Dados A A S Dados A A S T Dados A A S T R E Dados A A S T R E E Dados A A S T R E F F A Dados Dados A A Dados A A S Dados A A S T Dados A A S T R E Dados A A S T R E E Dados A A S T R E F F Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Transmissor Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Receptor 21Unidades de Informação
• SDU: Service Data Unit • PCI: Protocol Control Information • PDU: Protocol Data Unit
Camada N
Camada N-1
(N) SDU
PCI
(N) PDU
(N-1) SDU
PCI
(N-1) PDU
22
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Dados Dados A Dados Dados A A Dados A A S Dados A A S T Dados A A S T R E Dados A A S T R E E Dados A A S T R E F F A Dados Dados A A Dados A A S Dados A A S T Dados A A S T R E Dados A A S T R E E Dados A A S T R E F F Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Transmissor SDU do Nível de Aplicação PDU do Nível de Aplicação SDU do Nível de Apresentação PDU do Nível de Apresentação Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Receptor 23Nível Físico
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
§
Transmissão de bits através de um
canal de comunicação
§
Características do meio físico e da
transmissão do sinal
·
Características mecânicas
·
Características elétricas
·
Características funcionais
·
Características procedurais
24Nível de Enlace
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
§
Detecta e opcionalmente corrige
erros que por ventura ocorram no
nível físico
§
Transmissão e recepção de
quadros (delimitação)
§
Controle de fluxo
25Nível de Rede
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
§
Roteamento
§
Encaminhamento
26
Nível de Transporte
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
§
Fornece uma comunicação
fim-a-fim
·
Detecção de erros fim-a-fim
·
Controle de fluxo fim-a-fim
(opcional)
·
recuperação de erros fim-a-fim
(opcional)
§
Segmentação e remontagem de
mensagens
27Nível de Transporte
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Host B Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Host Acomunicação fim-a-fim
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
28Nível de Sessão
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
§
Controle de Diálogo
·
Pontos de sincronização
·
Recuperação da sessão em caso de
falhas
§
Controle de Atividade
·
Agrupamento lógico de diálogos
·
Cada atividade corresponde a uma
tarefa que pode ser interrompida e
posteriormente retomada
29
Nível de Apresentação
§
Permite a interoperabilidade de
sistemas heterogêneos
§
Coordena a conversão de dados e
suas representações
·
Tradução de códigos
·
Compactação de Dados
·
Criptografia
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
30
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Nível de Aplicação
§
Oferece serviços aos
processos de aplicação:
·
Serviços de diretório.
§
Aplicações Específicas
·
Transferência de arquivos
·
Correio eletrônico
·
...
311 AB
2 AB
3 AB
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
OSI
ES
ES
A
B
32F
F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
331 AB
2 AB
3 AB
E
E
E
E
E
E
E
E
E
Enlace
Enlace
E
E
E
F
F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
F
OSI
ES
ES
A
B
34
1 AB
2 AB
3 AB
E
E
E
E
E
E
E
E
E
Enlace
Enlace
E
E
E
F
F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
F
OSI
ES
ES
A
B
Enlace
Físico
ES
351 AB
2 AB
3 AB
E
E
E
E
E
E
E
E
E
Enlace
Enlace
E
E
E
F
F
F
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F
F
Físico
Físico
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
F
OSI
ES
ES
A
B
36E
R
E R
R
R E
E
R
E
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Rede
Enlace
Rede
Enlace
E
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F
F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
37E
R
E R
R
R E
E
R
E
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R
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Rede
Enlace
Rede
Enlace
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F
F
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F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
38
E
R
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R
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E
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R
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Rede
Enlace
Rede
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E
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F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
39E
R
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R E
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Rede
Enlace
Rede
Enlace
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F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
40E
R
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R
R E
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Rede
Enlace
Rede
Enlace
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F
F
F
F
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F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
41E
R
E R
R
R E
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Rede
Enlace
Rede
Enlace
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F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
42
E
R
E R
R
R E
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E
R
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Rede
Enlace
Rede
Enlace
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F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
43E
R
E R
R
R E
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R
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R
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R
Rede
Enlace
Rede
Enlace
E
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F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
ES
A
B
44E
R
E R
R
R E
E
R
E
R
R
E
R
E
R
E
R
R
E
R
Transporte
Rede
Enlace
Transporte
Rede
Enlace
E
R
E
R
R
E
R
F
F
F
F
F
F
F
F
F
Físico
Físico
F
F
F
IS
3
IS
1
IS
2
IS
4
1 AB
2 AB
3 AB
OSI
ES
A
ES
B
45Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados Usuário Transmissor46
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico A Dados Usuário Transmissor Rede Enlace Físico 47Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Dados A A Usuário Transmissor Rede Enlace Físico 48Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Dados A A S Usuário Transmissor Rede Enlace Físico 49Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Dados A A S T Usuário Transmissor Rede Enlace Físico50
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados A A S T R Usuário Transmissor 51Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E Usuário Transmissor 52Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E F F Usuário Transmissor 53Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E F F Usuário Transmissor54
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E Usuário Transmissor 55Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados A A S T R Usuário Transmissor 56Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados A A S T R 57Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E58
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E F F 59Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E F F 60Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E 61Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados A A S T R62
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados A A S T R Aplicação Apresentação Sessão Transporte Usuário Receptor 63Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E Aplicação Apresentação Sessão Transporte Usuário Receptor 64Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E F F Aplicação Apresentação Sessão Transporte Usuário Receptor 65Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E F F Aplicação Apresentação Sessão Transporte Usuário Receptor66
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico E Dados A A S T R E Aplicação Apresentação Sessão Transporte Usuário Receptor 67Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Rede Enlace Físico Dados A A S T R Aplicação Apresentação Sessão Transporte Usuário Receptor 68Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Dados A A S T Usuário Receptor 69Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Receptor Dados A A S70
Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Receptor Dados A A 71Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Receptor A Dados 72Transmissão de Dados no Modelo
OSI
Rede Enlace Físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Usuário Receptor Dados 73Modos de Comunicação
§
Orientado a conexão
74
Serviços
CIRCUITO VIRTUAL
DATAGRAMA
Orientado a Conexão
Não Orientado a Conexão
Confiável
Não Confiável
Garante Entrega
Ordenada
Não Garante Entrega
Ordenada
75
Comunicação orientada a conexão
§
Fases
·
Estabelecimento da conexão
·
Transmissão da Informação
·
Encerramento da conexão
§
Negociação dos parâmetros e opções que governam a
transmissão
§
Identificador da conexão (redução do overhead de
endereçamento)
§
Relacionamento lógico entre as unidades de informação
·
seqüenciação
·
controle de fluxo
76
Comunicação não orientada a
conexão
§
Transmissão de uma única unidade de dados
§
Toda informação necessária é enviada junto com a
unidade de dados
77Arquitetura
IEEE 802
Arquitetura
IEEE 802
78
Arquitetura IEEE
§
IEEE - Institute of Electrical and Electronic
Engineers
§
Conjunto de Padrões para Redes Locais
79
OSI x IEEE
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Arquitetura OSI
Físico
LLC
MAC
Arquitetura IEEE
80§
Estabelecimento,
manutencão e liberação de
conexões físicas
§
transmissão de bits através
de um meio físico
·
Cabo coaxial
·
Par trançado
·
Fibra ótica
§
Método de codificação
§
Taxa de Transmissão
Camada Física
Physical Layer
(PHY)
Medium Access
Control (MAC)
Logical Link
Control (LLC)
81Camada de Controle de Acesso ao
Meio
§
Organização do acesso ao meio
físico compartilhado
·
Barra
·
Anel
·
Wireless
§
Técnicas
·
CSMA-CD (802.3)
·
Token Bus (802.4)
·
Token Ring (802.5)
·
DQDB (802.6)
·
etc
Physical Layer
(PHY)
Medium Access
Control (MAC)
Logical Link
Control (LLC)
82
Camada de Controle de Enlace
Lógico
§
Independência da camada
MAC
§
LSAPs
§
Multiplexação
§
Controle de erros e de
fluxo
§
Tipos de Operação
§
Classes de Procedimento
Physical Layer
(PHY)
Medium Access
Control (MAC)
Logical Link
Control (LLC)
83802.2
802.3
802.4
802.5
802.6
802
Relacionamento
entre os Padrões 802
LLC
MAC e PHY
Padrões IEEE 802.X
84Arquitetura TCP/IP
(Internet)
Arquitetura TCP/IP
(Internet)
85Arquitetura TCP/IP (Internet)
§
Desenvolvido pelo Departamento de Defesa
Americano (DARPA)
§
Padrão de fato
§
Evolução da ARPANET
§
Começo do projeto no início dos anos 70
86
Inter-rede
H
G G G G GH
H
H
H
H
H
H
Conceito de Inter-redes
Rede 5 Rede 2 Rede 3 Rede 1 Rede 4 87Por que inter-redes?
§
As redes são entidades independentes que se
adequam aos interesses de grupos específicos
§
A Internet é um exemplo de inter-rede que interliga
várias redes espalhadas pelos cinco continentes
88
Arquiteturas de Protocolos
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Arquitetura OSI
Aplicação
Transporte
Inter-rede
Sub-rede
Arquitetura Internet
Físico
LLC
MAC
Arquitetura IEEE
89Internet Protocol (IP)
§
Esquema de roteamento entre redes
§
Endereços IP únicos designados por
uma autoridade central (IANA
-Internet Assigned Numbers Board)
§
Interconexão e roteamento através
de Gateways (chamados Roteadores)
§
Roteamento baseado no endereço
da rede e não do host
§
Estrutura interna das sub-redes é
transparente
§
Serviço sem conexão
Sub-Rede
Inter-rede
Transporte
Aplicação
90
Transmission Control Protocol (TCP)
§
Serviço confiável orientado à
conexão (Circuito Virtual)
·
Seqüenciação
·
Detecção e correção de erros
fim-a-fim
·
Sliding Window
§
Ponto terminal = (Estação, Porta)
§
Conexão identificada por um par
de pontos terminais
Sub-Rede
Inter-rede
Transporte
Aplicação
91User Datagram Protocol (UDP)
§
Serviço sem conexão não confiável
§
Multiplexação
Sub-Rede
Inter-rede
Transporte
Aplicação
92Aplicação
Sub-Rede
Inter-rede
Transporte
Aplicação
§
Serviços utilizando TCP
·
Telnet
·
FTP
·
SMTP
·
HTTP
§
Serviços utilizando UDP
·
NFS
·
SNMP
93Nós Intermediários na Arquitetura
TCP/IP
Mensagem idêntica Pacote idênticoRoteador
Rede Física 1
Inter-rede
Sub-Rede
Sub-Rede
Sub-Rede
Host A
Quadro idêntico Datagrama idênticoInter-rede
Transporte
Aplicação
Sub-Rede
Host B
Quadro idêntico Datagrama idênticoInter-rede
Transporte
Aplicação
Rede Física 2
94
