Redes De Computadores Parte 7 - Camadas De Rede E Transporte Do Modelo Osi

Fundamentos de Redes de Computadores Camadas de rede e de transporte do modelo OSI Prof. Ricardo J. Pinheiro

Resumo Camada de rede. Endereçamento. Roteamento. Tipos de serviço. Controle de congestionamento.

Camada de transporte. Serviços. Equipamentos de rede.

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Camada de rede Provê os meios funcionais e procedurais para a transmissão de dados (orientados à conexão ou não) no nível de transporte. O percurso entre a origem e o destino pode conter nós, sub-redes e vários caminhos. A camada de rede faz a comunicação entre os nós, garantindo que a informação chegue. O que é oferecido pela camada de rede é único, mesmo em ligações inter-redes.

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Camada de rede Funções: multiplexação; endereçamento; roteamento; tradução, de endereço MAC para endereço de rede e vice-versa; estabelecimento e liberação de conexões de rede; segmentação do tráfego; detecção de erros; sequenciação (comutação de pacotes); controle de tráfego; entre outros. Ricardo Pinheiro

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Endereçamento Forma pelo qual dois ou mais nós podem ser agrupados logicamente. 2 tipos: hierárquico: O endereço é montado de acordo com uma estrutura hierárquica. Ex.: protocolo Ipv4 - 192.168.0.1 - Sub-redes e nó. horizontal: Não há relação entre os endereços de rede. Ex.: Endereço MAC (IEEE 802) – os três primeiros octetos dizem o fabricante do dispositivo. Os outros três octetos são a critério do própŕio fabricante.

OBS: O endereçamento hierárquico é o mais apropriado para roteamentos. Ricardo Pinheiro

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Roteamento Forma pelo qual é estabelecido um caminho entre dois nós. Questão que deve ser resolvida a nível de estações quanto ao nível de gateways, que fazem a ligação entre redes. A estação origem escolhe o melhor caminho para a estação destino (no caso de uma comunicação interna), ou o melhor caminho até o melhor gateway (no caso de uma ligação inter-redes). O gateway escolhe a melhor rota através de outros gateways.

Uso de estrutura de dados com os possíveis caminhos e seus custos. Ricardo Pinheiro

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Tipos de encaminhamento Encaminhamento por rota fixa Uma vez criada, a tabela não é mais alterada. Caminhos alternativos só são usados em caso de falhas. Simples, mas sub-utiliza os enlaces de comunicação, a não ser que o tráfego seja regular e previsível.

Encaminhamento adaptativo A rota muda de acordo com a carga na rede. A tabela guarda os caminhos e o tráfego, e é constantemente atualizada. A opção é sempre pelo caminho mais curto, o que tem menos nós intermediários ou o que tem o menor retardo de transferência (o mais rápido). Ricardo Pinheiro

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Encaminhamento adaptativo A atualização pode-se dar: Isoladamente: informações locais, apenas. De forma centralizada: Um nó centraliza as informações locais, calcula a tabela e repassa-as aos gateways e demais nós. De forma distribuída: Cada nó envia aos outros nós as suas informações locais, e cada um calcula a sua nova tabela.

Comprimento do caminho: Pode ser dado pelo número de nós intermediários (hops), ou pela distância geográfica entre os nós.

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Tipos de roteamento Centralizado Há um nó que faz o roteamento da rede toda. Pode tomar decisões precisas sobre a melhor rota. O cálculo da tabela acaba sendo muito frequente. Muito tráfego para esse nó. Falta confiabilidade. Podem ocorrer inconsistências de roteamento.

isolado As informações locais definem a rota, e somente elas. Vários algoritmos possíveis para esse tipo. Ricardo Pinheiro

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Tipos de roteamento Distribuído Os nós trocam informações para que cada um faça a sua atualização na tabela de rotas. Cada nó deve enviar pacotes de difusão para descobrir como estão as rotas.

Hierárquico Usado quando as tabelas ficam grandes demais. Os nós são agrupados em regiões, e cada nó guarda rotas das regiões a que pertence. Hierarquia em dois ou mais níveis.

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Roteamento Transmissão de pacotes por difusão Uma mensagem é enviada por um nó a todos os outros nós da rede. Também conhecido como broadcast. Algumas maneiras: Um nó envia uma mensagem a todos os nós destino da rede. Gera um tráfego muito grande. Um nó recebe uma mensagem, e envia-a por todos os enlaces que ele tem, menos o enlace por onde recebeu a mensagem. Cada mensagem guarda uma lista de destinos desejados, e os nós intermediários gera mensagens para alguns desses destinos, e atualiza a lista. Mas o nó de origem precisa conhecer todos os nós de destino. Ricardo Pinheiro

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Tipos de serviço O serviço pode ser de dois níveis: de sub-rede (conexões na rede) de inter-rede (conexões entre redes distintas).

Tipos: Com conexão Circuito virtual Semelhante à comutação por circuito. Controles de fluxo e de erro são mais fáceis de serem implementados. Pré-alocação de recursos garantem um melhor controle de congestionamento a nível inter-redes. Alta confiabilidade. Muito complexo.

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Tipos de serviço Tipos: Sem conexão Datagrama Semelhante à comutação por mensagem. Não há garantias da entrega em sequência dos pacotes, e em alguns casos, nem a garantia da chegada de um pacote ao destino final. Simplicidade. Controles de erro, de sequência e de fluxo ficam para as camadas superiores.

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Tipos de serviço Os serviços oferecidos pela sub-rede e pela inter-rede são independentes – qualquer combinação é possível. Em um serviço com conexão, os pacotes podem seguir a mesma rota – circuito virtual, que é usado normalmente em sub-redes. Definições de circuito virtual: Relativa ao serviço: Serviço com conexão.

Relativa ao encaminhamento de pacotes: Todos seguem o mesmo caminho estabelecido.

No modelo OSI, o nível de rede oferece preferencialmente serviços com conexão. Ricardo Pinheiro

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Tipos de serviço Controle de congestionamento Congestionamento numa rede: Degradação do desempenho devido ao excesso de pacotes numa sub-rede. Pode chegar à condição de impasse (deadlock). Deve prever e evitar deadlocks na rede. Garante que a rede consiga suportar o tráfego oferecido. Controle global, envolvendo todos os recursos da rede. Diferente do controle de fluxo, que se relaciona com o tráfego entre um transmissor e um receptor, apenas.

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Controle de congestionamento Alguns algoritmos: Descarte de pacotes – O pacote é jogado fora se não tiver como armazená-lo. Pré-alocação de buffers – Cada nó reserva memória para guardar pacotes. Controle isorrítmico – Para transmitir o pacote, o nó deve ter uma permissão para isso. Controle de tráfego no enlace – Cada nó tem um limite porcentual para transmitir, para cada um dos seus meios de transmissão. Se esse limite for ultrapassado, o meio de transmissão fica temporariamente indisponível para o envio.

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Equipamentos de ligação inter-redes Operam na camada de rede do modelo OSI. Roteadores Também chamados de gateways conversores de meio. Recebem o pacote do nível inferior, tratam o cabeçalho inter-redes, constroem um novo cabeçalho com uma nova rota e enviam ao próximo destino.

Gateways Tradutores de protocolos – usados em circuitos virtuais passo-a-passo, traduzindo mensagens de uma rede em mensagens de outra rede.

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Camada de transporte Responsável pela movimentação dos dados de maneira eficiente e confiável, entre nós de uma rede, independentemente das redes físicas envolvidas. Abstrai as redes físicas envolvidas, tornando transparente para os usuários possíveis variações da confiabilidade do serviço fornecido pela camada de rede. A camada de rede transfere os dados, e a camada de transporte é responsável por garantir a segurança dessa transferência. Para vários serviços, a camada de transporte é suficiente. Ricardo Pinheiro

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Camada de transporte Oferece ao nível de sessão serviços orientados e não-orientados à conexão. Algumas das funções a seguir: Transporte de unidades de dados. Segmentação e blocagem. Detecção e correção de erros fim a fim. Sequenciação. Controle do fluxo de dados. Mutiplexação. Transporte de dados expresso.

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Multiplexação, splitting e serviços Existe em vários níveis do modelo OSI, incluindo a camada de transporte. Multiplexação de várias conexões de transporte na conexão de rede – aproveita melhor a conexão. Splitting: Divisão da conexão de transporte em várias conexões de redes. Serviços ofertados: Com conexão – circuito virtual. Sem conexão – datagrama.

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Estabelecimento de conexões Originalmente uma atribuição simples. Problema: a rede armazena, perde ou duplica pacotes, para garantir a confiabilidade – mas pode causar transtornos. Solução: Tempo de vida (TTL) do pacote – passado esse tempo, o pacote é eliminado. Deve ser guardado a hora de criação (timestamp) do pacote, no seu cabeçalho. Mecanismos para evitar a duplicação, como o three-way handshake, ou usando temporizadores.

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Encerramento de conexões Outra atribuição simples. Problema: Um dos lados perde dados depois que o outro lado encerrou a conexão. Solução: Só encerra a conexão depois de um tempo sem pacotes, mas caso haja perda de pacotes no caminho, um dos lados pode encerrar a conexão pensando que o outro lado também encerrou.

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Qualidade do Serviço (QoS) Uma série de parâmetros específicos, como: Retardos no estabelecimento e encerramento da conexão. Chances de falha no estabelecimento e liberação da conexão. Taxa de bits transferidos por segundo. Retardos de transferência médio e máximo. Taxa de erro. Prioridade, etc.

Objetivo: Garantir qualidade na transmissão e recepção de dados. Alguns parâmetros são dados pelo usuário, outros são definidos pela camada. Ricardo Pinheiro

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Controle de fluxo e de erros Controle de fluxo: semelhante ao controle feito na camada de enlace. Tem muito mais conexões a serem gerenciadas do que a camada de enlace – uso de gerência de buffers. A capacidade de transporte da sub-rede pode ser um gargalo, e um meio de contornar é usando um controle de fluxo baseado em janela deslizante.

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Protocolos de transporte da ISO Intimamente ligada à camada de rede. Objetivo básico: Complementar o serviço de transmissão de dados, aumentando a confiabilidade. 5 tipos de protocolos de transporte: TP0 a TP4. TP0 a 3 – serviços orientados à conexão. TP4 – serviços orientados e não-orientados à conexão.

3 tipos de rede: Tipo A: Qualquer perda de dados é erro. Tipo B: Semelhante ao Tipo A, mais flexível. Tipo C: Não detecta erros. Ricardo Pinheiro

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APIs API = Application Program Interface = Interface para Programas de Aplicações. Alguns tipos: Servidor de processos e Servidor de Nomes. Surgido ainda na ARPANet. Toda solicitação passa pelo servidor de processos. O servidor de nomes existe para processos que precisam existir independentemente do servidor de processos.

Berkeley Sockets e Transport Layer Interface. Surgido com o Unix. Conceito de socket – o fim de um elo bidirecional de comunicação entre dois programas. Na arquitetura TCP/IP é a combinação de um endereço de rede, um protocolo e uma porta de comunicação. Ricardo Pinheiro

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