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ARQUITETURA TCP/IP SUPORTE TÉCNICO

ARQUITETURA TCP/IP SUPORTE TÉCNICO. REDES DE COMPUTADORES ● Tanenbaum: “conjunto de computadores autônomos interconectados por uma única tecnologia. Dois

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ARQUITETURA TCP/IP

SUPORTE TÉCNICO

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REDES DE COMPUTADORES● Tanenbaum: “conjunto de computadores autônomos interconectados por uma

única tecnologia. Dois computadores estão interconectados quando podem trocar informações”

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MODELO EM CAMADAS● Modelo em camadas

o Redução de Complexidadeo Funcionalidade definidao Comunicação em camadaso Mudança de protocolos

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EXEMPLO DE COMUNICAÇÃO EM CAMADAS

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PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO● Regras e convenções definidas● Definição de formato de troca de mensagens

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INTERFACES● Interface entre camadas adjacentes● Define operações e serviços a serem oferecidos à camada superior● Camada N - oferece serviço à camada N+1

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CAMADAS, PROTOCOLO E INTERFACES

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ARQUITETURA DE REDE● Definição: conjunto de camadas e seus protocolos● Detalhes de implementação e especificação de interfaces não fazem parte da

arquitetura● Pilha de protocolos

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MODELO OSI● ISO - OSI (Open System Interconection)● Modelo em camadas● 7 camadas

o Físicao Enlaceo Redeo Transporteo Sessãoo Apresentaçãoo Aplicação

AplicaçãoApresentaçãoSessão

FísicaEnlaceRedeTransporte

7654321

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ARQUITETURA TCP/IP● Arquitetura utilizada na ARPANET● Característica de uso militar● Protocolos flexíveis para suporte a diferentes aplicações● Reprojeto dos protocolos TCP/IP● Rede de comutação de pacotes

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ARQUITETURA TCP/IP● OSI X Arquitetura TCP/IP

AplicaçãoApresentaçãoSessão

FísicaEnlaceRedeTransporte

7654321

Aplicação

Hospedeiro/Rede

Inter-RedesTransporte

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ARQUITETURA TCP/IP● Modelo Híbrido

AplicaçãoApresentaçãoSessão

FísicaEnlaceRedeTransporte

7654321

Aplicação

Transporte

FísicaEnlaceRede

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ARQUITETURA TCP/IP● Camada Hospedeiro/Rede

o Protocolo não definido pelo modelo TCP/IPo Transmissão dos pacotes IPo Variação em função do hospedeiro e redeo Exemplos de Protocolos: Ethernet, FDDI, 802.11

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ARQUITETURA TCP/IP● Camada Inter-Redes

o Conhecida como "camada de rede"o Rede comutada por pacoteso Define o protocolo IPo Roteamento de pacoteso Controle de congestionamentoo Exemplos de Protocolos: IP, ARP, RARP, ICMP

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ARQUITETURA TCP/IP● Camada de Transporte

o Responsável por comunicação fim-a-fimo Confiabilidadeo Entrega sem erroso Entrega em sequênciao QOSo Segmentaçãoo Controle de fluxoo Exemplos de Protocolos: TCP, UDP, SCTP

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ARQUITETURA TCP/IP● Camada de Aplicação

o Camada de interface com o usuárioo Maioria das aplicações são executadaso Exemplos de protocolos: HTTP, SMTP, FTP, SSH, POP3, IMAP, DNS

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TECNOLOGIAS DE TRANSMISSÃO● Redes de difusão (broadcast)● Redes ponto-a-ponto (point-to-point/P2P)

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TECNOLOGIAS DE TRANSMISSÃO● Redes ponto-a-ponto

o Conexões entre pareso Pacotes enviados na modalidade store-and-forwardo Necessário algoritmo de roteamento

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TECNOLOGIAS DE TRANSMISSÃO● Redes de difusão

o Canal de comunicação compartilhadoo Toda mensagem possui um campo de destinatárioo Necessário forma de controle de acesso ao meio

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TECNOLOGIAS DE TRANSMISSÃO● Redes de difusão X Ponto-a-ponto

Difusão Ponto-a-pontoRedes menores Redes maioresRedes locais Redes espalhadas

geograficamente

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CAMADA DE ENLACE● Funções

Enlace

LLCLogical Link Control

(Controle do Enlace Lógica)

MACMedia Access Control

(Controle de Acesso ao Meio)

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CAMADA DE ENLACE● Funções

o Enquadramento: agrupar sequência de bits em quadroso Entrega confiávelo Detecção e correção de erroso Subcamada de controle de acesso ao meio (MAC)

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CAMADA DE ENLACE● Funções

o Responsável pela comunicação entre dois computadores adjacentes fisicamente ligados por um canal de comunicação

o Utiliza FIFO (first-in-first-out) preserva a ordem que os bits foram enviados

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CAMADA DE ENLACE● Funções

o A camada física aceita um fluxo de bits brutos e tenta entregá-los ao destinoo Não há garantia de que esse fluxo de bits seja livre de erroso O número de bits recebidos pode ser menor, igual ou maior que o número de bits

transmitidoso Os bits podem ter valores diferentes dos bits originalmente transmitidos

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CAMADA DE ENLACE● Funções

o A camada de enlace de dados é responsável por transformar um canal de transmissão bruto em uma linha que pareça livre de erros

o Pode detectar o erro ou corrigi-loo O transmissor divide os dados de entrada em quadros com algumas centenas ou

alguns milhares de bytes

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CAMADA DE ENLACE● Encapsulamento

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CAMADA DE ENLACE● Detecção e Correção

Payload

Payload CRCHEAD

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ETHERNET● Comunicação através do MAC● 6 bytes● Hexadecimal● Separados por ‘:’ ou ‘-’● 3 bytes fabricantes● 3 bytes identifica o equipamento● Identificador universal

o Ou deveria ser● Padronização do IEEE● http://standards.ieee.org/develop/regauth/oui/public.html

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ARP● Address Resolution Protocol● Faz a tradução entre IP e para MAC● Cada nó possui uma tabela, normalmente temporária (TTL), contendo

associação entre IP e MAC● Utiliza o arp para descoberta do MAC do host de destino

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ARP● Exemplo de tabela arp

Endereço IP Endereço MAC TTL

192.168.0.1 00:F1:10:20:12:12 13:45

192.168.0.2 00:F1:10:12:13:29 07:21

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EQUIPAMENTO DE CAMADA 2● Switch● AP● Bridge

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COMPARATIVO ENTRE DISPOSITIVOS

Hub Roteador SwitchIsolamento de Tráfego Não Sim SimPlug-and-play Sim Não SimRoteamento Ótimo Não Sim Não

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EQUIPAMENTOS● Hub - Camada 1

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EQUIPAMENTOS● Switch - Camada 2

o Gerenciávelo Não gerenciável

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EQUIPAMENTOS● APs - Camada 2

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VLAN● Procolo da camada 2● Função principal: Segmentar a rede● Funções:

o Segmentação baseado na estrutura organizacionalo Controleo Segurançao Isolamento de problemaso Desempenho - Broadcasto Economia

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VLAN● Com VLAN X Sem VLAN

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CAMADA DE REDE● A “cola” da Internet

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CAMADA DE REDE● Funcionamento:

○ Transporta segmentos do hospedeiro transmissor para o receptor○ No lado transmissor encapsula os segmentos em datagramas○ No lado receptor, entrega os segmentos à camada de transporte○ Protocolos da camada de rede em cada hospedeiro, roteador○ Roteador examina campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por

ele

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CAMADA DE REDE● Funções:

○ Comutação■ Mover da entrada para saída■ Ação local

○ Roteamento■ Determinar rota do início ao fim■ Caminho fim-a-fim

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CAMADA DE REDE● Redes de datagrama

○ Sem conexão na camada de rede● Redes de circuito virtual

○ Com conexão na camada de rede

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REDES DE DATAGRAMA● Não existe estabelecimento de conexão na camada de rede● Roteadores: não existe estado sobre conexões fim-a-fim● O conceito “conexão” não existe na camada de rede● Pacotes são encaminhados pelo endereço do hospedeiro de destino● Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas

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REDES DE DATAGRAMA● No IP não há garantia:

○ Temporização entre pacotes seja preservada○ Pacotes sejam recebidos na ordem em que foram enviados;○ da eventual entrega dos pacotes transmitidos

● Outros procolos devem tratar esses problemas● Complexidade nas extremindades● Sistemas finais inteligentes● Redes mais simples internamente e com diversos tipos de enlace

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REDES DE DATAGRAMA

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REDES DE DATAGRAMA

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ROTEADOR● Principal elemento de camada 3● Execução de algoritmos de roteamento

○ OSPF○ RIP○ BGP

● Comutar os datagramas do link de entrada para saída

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CAMADA DE REDE● Protocolos:

○ IPv4○ IPv6○ ICMP

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CAMADA DE REDE● IP

○ Internet Protocol○ Projetado para interconexão de rede○ Versão 4 - Presente○ Versão 6 - Presente/Futuro○ Não há garantia de entrega○ Não há garantia de ordem de entrega

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IPV4● Formato do quadro● Vamos analisar o quadro

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IPV4● Fragamentação

○ Um pacote é dividido em vários fragmentos○ Remontagem realizada no destino○ Diversos MTUs○ Informações para remontagem no cabeçalho IP○ Necessidade de todos os fragmentos para remontagem

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IPV4● Endereçamento

○ Crucial para Internet○ Importante entendimento○ Não trata da entrega local○ Famoso Endereço IP

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IPV4● Endereçamento

○ Comprimento de 32 bits ou 4 bytes○ Escrito de forma decimal separados por .○ Cerca de 4 milhões de endereços possíveis○ Cada interface deveria ter endereço único (NAT, vamos falar ainda)○ Exemplo:

■ Decimal: 193.32.216.9■ Binário: 11000001 00100000 11011000 00001001

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IPV4● Endereçamento

○ Designa o endereço a sub-rede○ Parte identifica a rede e outra porção o host da rede○ Máscara de sub-rede (netmask)○ Os bits mais a esquerda que representam o endereço da rede○ Utiliza-se a notação da / para separação

■ Exemplo: /24○ OU na forma decimal

■ Exemplo: 255.255.255.0

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IPV4● Endereçamento

○ CIDR (Classeless Interdomain Routing) - Roteamento Interdomínio sem classe○ Formato

■ a.b.c.d/x○ x = máscara de rede, quantidade de bits que representam o prefixo de rede○ 32 -x = Identificam os hosts da rede○ Exemplo:

■ 192.168.0.0/24

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IPV4● Endereçamento

○ Detalhando : 192.168.0.0/24■ 192.168.0.0 - Endereço da rede■ 192.168.0.255 - Broadcast■ 192.168.0.1 - 192.168.0.254 - Possíveis hosts

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IPV4● Endereçamento

○ Calculando sub-redes e endereços:○ Endereços de hots possívies: 2n -2○ N = número de bits para identificação da rede

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IPV4● Endereçamento

○ Faixas utilizadas internamente■ Rede 10.0.0.0 (classe A)■ Rede 172.16.0.0 até 172.31.0.0 (classe B)■ Rede 192.168.0.0 (classe C)

○ NAT - Network Address Translation

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IPV4● Endereçamento

○ Como o nó verifica se a estação está na mesma rede?■ Máscara de rede - Vamos verificar no quadro

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TABELA DE ROTAS● Cada entrada especifica um destino e o próximo roteador para alcançá-lo● Mantém entradas para outras redes e hospedeiros locais

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TABELA DE ROTAS● Quando um pacote é recebido, o roteador verifica a qual rede pertence

○ Se for para uma rede distante, é encaminhado para o próximo roteador conforme tabela

○ Se for para rede local, o pacote é enviado diretamente○ Se não estiver na tabela e não for local o destino é o gateway padrão

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TABELA DE ROTAS● Exemplo

Endereço/Máscara Próximo Salto

135.46.56.0/22 Interface 0

135.46.60.0/22 Interface 1

192.53.40.0/23 Roteador 1

Padrão Roteador 2

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TABELA DE ROTAS● Exemplo

○ O que o reteador fará com os pacotes destinados a:■ 135.46.63.10■ 135.46.52.2■ 135.46.57.14■ 192.53.56.7■ 192.53.40.7

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IPV4● Roteamento

○ Principal função da camada de rede○ Pode necessitar de diversos hops (saltos)○ Roteamento estático○ Roteamento dinâmico

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IPV4● Roteamento Estático

○ Tabela definida manualmente○ Tabelas não se alteram de acordo com a topologia○ Sujeito a falhas de configuração○ Manutenção realizada manualmente○ Custo da manutenção cresce em função da complexidade e tamanho da rede

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CAMADA DE TRANSPORTE● Fornece serviço diretamente aos processos● Não é implementada em roteadores● Fornece meio de transporte lógico● Processos em hosts diferentes utilizam conexão lógica da camada de transporte● PDU da camada é o Segmento

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CAMADA DE TRANSPORTE● Camada de Rede identifica o host● Camada de transporte identifica o processo ou usuário do host● Permite que diversos aplicativos enviem dados a partir de um único host● Sistemas Operacionais são multi-tarefas

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CAMADA DE TRANSPORTE

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CAMADA DE TRANSPORTE● Multiplexação

○ Reunir dados provinientes de diferentes processos de aplicação○ Transmissor

● Demultiplexação○ Entrega dos segmentos para a aplicação○ Receptor

● Utiliza números de porta e endereço IP

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CAMADA DE TRANSPORTE● Arquitetura TCP/IP basicamente 2 protocolos

○ TCP○ UDP

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UDP● User Datagrama Protocol● Serviço não confiável

○ Segmentos podem não chegar○ Segmentos podem chegar fora de ordem

● Não orientado a conexão○ Cada segmento tratado independente○ Não há apresentação entre o transmissor e o receptor

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UDP● Protocolo simples● Mínimas funções da camada de transporte● Basicamente detecção de erro e entrega os dados para o processo correto● Aplicação fala quase diretamente o IP● Pouco acrescenta a camada de rede● Então porque utilizar?

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UDP● Entrega de forma mais rápida, sem estabelecimento de sessão● Sem controle de congestionamento● Sem estado de conexão● Cabeçalho pequeno

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UDP● Estrutura do segmento

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UDP● Estrutura do segmento

○ Source port■ Porta de origem da aplicação

○ Destination Port■ Porta de destino da aplicação

○ UDP length■ Tamanho total do segmento em bytes

○ UDP checksum■ Campo opcional■ Complemento de 1 da soma de todas as palavras

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UDP● Utilização

○ Aplicações cliente x servidor○ Um consulta para uma resposta○ Aplicações de mídia○ Aplicações tolerantes a falha

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TCP● Transmission Control protocol● Serviço confiável

○ Garante que os dados serão entregues na forma que foram enviados● Orientado a conexão

○ Conexões nos sistemas finais● Controle de fluxo

○ Transmissor não esgota a capacidade do receptor

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TCP● Controle de congestionamento

○ Transmissor não esgota recursos da rede● Gerencia timers

○ Necessita de timers para executar o trabalho● Mais complexo que o UDP● Principal protocolo● Utilizado pela maioria das aplicações

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TCP● Recebe fluxo da aplicação e divide em partes

○ Com frequência, temos 1460 para que ele possa caber em um quadro ethernet● Camada de rede aceita cada parte como um segmento distinto● Destino restaura o fluxo original

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TCP● Destino retorna um segmento com número de confirmação com o número da

próxima sequência a receber● Se expirar o timer, o segmento será retransmitido

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TCP● Serviço TCP utiliza o conceito de socket

○ Endereço IP + Número da porta○ Portas abaixo de 1024 - Portas bem conhecidas

● O serviço TCP necessita estabelecimento de sessão● Fluxo

○ Estabelecimento de sessão○ Transferência de dados○ Término da conexão

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TCP● Conexões são identificadas por socket

○ Endereço IP de origem○ Porta de origem○ Endereço IP de destino○ Porta de destino

● Conexões são full-duplex● Analogia ao endereço de um edifício

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TCP● Estabelecimento de conexão

○ Passo 1: Cliente inicia conexão com SYN=1 e ack=0○ Passo 2: Servidor responde com SYN=1 e ack=1○ Passo 3: Cliente responde com SYNC=1 e ack=1○ Famoso: 3-way handshake

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TCP

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TCP● Término de conexão

○ Passo 1: host 1 envia FIN ao host 2○ Passo 2: host 2 responde FIN para host 1 com ACK○ Passo 3: host 2 envia FIN ao host 1○ Passo 4: host 1 responde FIN para host 2 com ACK

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TCP

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CAMADA DE APLICAÇÃO● Camada de interface com o usuário● Motivo da existência de redes● Maioria das aplicações são executadas● Exemplos de protocolos: HTTP, SMTP, FTP, SSH, POP3, IMAP, DNS● Procolos definos na RFC

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ARQUITETURAS DE APLICAÇÃO● Cliente-servidor● P2P● Híbrida

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ARQUITETURAS DE APLICAÇÃO● Cliente-servidor

o Servidor Endereço fixo Hospedeiro ativo Sempre aguardando conexão

o Cliente Endereço dinâmico Nem sempre estão conectados

o Comunicação só pode ocorrer entre clientes e servidoreso Exemplo: Servidor Web

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ARQUITETURAS DE APLICAÇÃO● P2P (Peer-to-peer / Ponto-a-Ponto)

o Sem um nó centralo Conexões alteram com frequênciao Altamente escalávelo Difícil de gerencialo Exemplo: Torrent

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ARQUITETURAS DE APLICAÇÃO● Híbrido

o Presença de um servidor para localizar os pares ou arquivoso Comunicação realizada diretamente entre os pareso Exemplo: Voip

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COMUNICAÇÃO ENTRE PROCESSOS● No mesmo host quem define é o SO● Entre hosts diferentes:

o Processo clienteo Processo servidor

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COMUNICAÇÃO ENTRE PROCESSOS● Estrutura P2P: Quem é o cliente e quem é o servidor?

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SOCKETS● Envio/Recebimento para o socket● Análogo a uma porta

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FUNCIONAMENTO● Através da endereço - IP● Através da porta - 80● Junção de endereço e porta

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FUNCIONAMENTO● Protocolos da camada de transporte

o TCPo UDP

● Aplicação define qual protocolo utilizar

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APLICAÇÃO X CAMADA DE TRANSPORTEAplicação Procolo de Aplicação Protocolo de

TransporteEmail SMTP TCPWeb HTTP TCP

Compartilhamento de Arquivo

SAMBA TCP

Resolução de nome DNS UDPAcesso Remoto SSH TCPMonitoramento SNMP UDP

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FUNCIONAMENTO● Serviços

o Analogia a um shopping