Visão Geral do Modelo de Referência OSI da ISO

Redes de Computadores: Módulo I – 2a ParteUFC/ETI2004

© Rossana Andrade, Abril 2004 1

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Rossana AndradePh.D, SITE, University of Ottawa, Canadá

Profa. Departamento de Computação, Centro de Ciências,Universidade Federal do Ceará

[email protected]



Módulo I – 2ª Parte

� Visão Geral das Camadas e Protocolos– Modelo de Referência OSI da ISO– Arquitetura TCP/IP– Arquitetura IEEE 802

� Camada de Enlace� Redes Locais sem Fio� Camada de Rede� Ligação Inter-Redes



Visão Geral do Modelo de Referência OSI da ISO



O Modelo de Referência OSI

� Modelo de Referência para a Interconexão de Sistemas Abertos – OSI (Open Systems Interconnection) da ISO (International Standards Organization)

� Modelo constituído de 7 camadas� Princípios para Definição dessas Camadas:

– Criação de uma camada somente quando se fizer necessário um diferente nível de abstração

– Cada camada deve executar uma função bem definida



A Influência do RM-OSI

� Open Systems Interconnection was a family of standard protocols developed by ISO and the CCITT (now ITU) for the interconnection of systems that were called ‘open’ to each others because they all adopted the OSI protocols

� Although the layering concept was not invented by OSI, OSI codified it and refined it

� Although OSI was not successful as a standard (it was too complex and too slow), it was highlyinfluential– Many OSI concepts are used in successul standards



Vários Sucessos dos Conceitos OSI

� The lowest layers of OSI pre-existed OSI and were the most successful (X.25 = LAP-B,subsequently modified for use in ISDN)

� The higher layers of OSI were the least successful– Especially Session and Presentation were thought to be too

complex to implement. It was thought to be preferable to leave such functionalities to the end user

� However, several OSI Appication Layer concepts were found to be useful and some will be encountered later in this course



Vários Sucessos dos Conceitos OSI (Cont.)

� One of the least successful aspects of OSI appears to have been the connection-oriented approach� OSI is connection-oriented starting from the lowest layers.� IP, instead, is connectionless: each packet travels on its own

- At the transport layer, if the application services is connection-oriented, TCP will reorder messages. If it is connectionless, UDP will be used and the end and the application protocol will reorder messages

� OSI also tried to be efficient in data representation, error detection, etc., at the cost of complexity in the protocols. This is less important nowadays, with very high-speed and reliable hardware. Complexity, however, results in high implementation costs



Terminologia: sem conexão e orientado a conexão

� Connection-oriented service. The service provider preserves the order of messages.

� Connectionless service: each message travels on its own, with its own destination address. Service provider may change the order.– Datagram service: service provider does not even provide

assurance that message is received (no ack is used)� The last two may be appropriate for some

applications, and they are less expensive to implement and run.

� On very reliable media (e.g. fiber optics) in practice these three services may provide very similar results.



Serviços: Terminologia RM-OSI

� Função de cada camada no modelo OSI– Prover serviços à camada acima dela

� Serviço: conjunto de funções oferecidas a um usuário por um fornecedor

� Ponto de acesso ao serviço (Service Access Point-SAP)– Exemplo: Unix, os PAS são sockets e os endereços dos

PASs são os endereços dos sockets� Entidades

– Elementos ativos – software (um processo) ou hardware (uma placa de interface de redes)

� Entidades pares ou parceiras– Entidades da mesma camada em máquinas diferentes



Serviços: Terminologia RM-OSI (Cont.)

� Tipos de serviços oferecidos de uma camada à outra acima dela– Baseados em conexões (ou orientado a conexão)– Sem conexões (ou não-orientado a conexão)

� Primitivas de Serviços– Especifica o tipo de serviço fornecido de uma

camada à outra» Serviço confirmado, não confirmado ou iniciado pelo

fornecedor



Exemplo: Primitivas de Serviços

a: pedido.CONEXÃO f:indicação.DADOSb:indicação.CONEXÃO g:pedido.DADOSc:resposta.CONEXÃO h:indicação.DADOSd:confirmação.CONEXÃO i:pedido.DESCONEXÃOe:pedido.DADOS j:indicação.DESCONEXÃO



Serviços vs. Protocolos

� Conceitos desvinculados– um serviço é um conjunto de primitivas (operações) que

uma camada oferece a uma camada acima dela.– um protocolo é um conjunto de regras que governa o

formato e significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocados entre entidades parceiras de uma mesma camada.

� Analogia com linguagens de programação– Serviços

» Tipo abstrato de dados

– Protocolos » Implementação do serviço



Transmissão de Dados no RM-OSI

� Burocracia de terminologia desnecessária– exemplo

� Livro Tanenbaum- UDS: Unidade de Dados de Serviços- UDP: Unidade de Dados de Protocolos - PAS: Ponto de Acesso a Serviços- UDI: Unidade de Dados de Interface- ICI: Informação de Controle da Interface

� Livro do Soares- ICP: Informação de Controle de Protocolo



ASE: Elemento de Serviço de Aplicação

� An ASE is a set of functions grouped together to support specif application needs

� Some of these will be specific to applications E.g. functions needed to generate a call.

� Others are commom to many types of applications– Security– Remote operation– Association Control



O Modelo de Referência OSI (Cont.)

� Princípios para Definição das Camadas– A função de cada camada deve ser escolhida

observando-se a definição de protocolos padronizados internacionalmente

– Os limites de cada camada devem ser escolhidos de forma a minimizar o fluxo de informações entre as interfaces

– O número de camadas não deve ser nem muito grande, nem muito pequeno, de forma a evitar a repetição de funções e nem tornar a arquitetura difícil de controlar



Camada Física

� Questões Típicas– Quantos Volts devem ser utilizado para os bits 0 e

1?– Qual é a duração de um bit (em microsegundos)?– A transmissão é simplex, half ou full-duplex?– Como a conexão inicial é estabelecida e desfeita?– Quantos pinos o conector deve ter e qual a função

de cada pino?– Domínio da Engenharia Elétrica



Camada de Enlace

� Transformar um canal físico em um canal livre de erros de transmissão para a camada de Rede

� Funções Principais:– Detecção de Erros– Controle de Fluxo– Controle de Seqüência de Quadros



Camada de Rede

� Controle de Operação da Sub-Rede� Funções Principais:

– Roteamento– Controle de Fluxo– Controle de Congestionamento– Contabilização– Tratamento dos Problemas decorrentes de Interconexão de

Redes:» Endereçamento» Tamanho de Mensagens» Protocolo Diferentes

� Serviços oferecidos: datagrama e circuito virtual



Camada de Transporte

� Isolar as camadas superiores das características das sub-redes de comunicação

� Funções Principais:– Dividir mensagens que ultrapassam o tamanho

máximo dos pacotes da camada de rede– Multiplexação: várias conexões de transporte

compartilhando a mesma conexão de rede– Splitting: uma conexão de transporte ligada a várias

conexões de rede– Controle de Fluxo entre os processos nos hosts de

origem e de destino



Camada de Sessão

� Permite que usuários (em máquinas diferentes) estabeleçam sessões entre si

� Funções Principais– Gerenciamento de token

» Somente o proprietário do token pode transmitir os dados

– Controle de diálogo» Ponto de Sincronização

– Gerenciamento de atividades» Uma atividade pode corresponder a uma ou mais

unidades de diálogo



Camada de Apresentação

� Preocupa-se com a sintaxe e a semântica da informação transmitida

� Funções Principais:– Conversão de padrões de terminais e arquivos

para padrões de redes e vice-versa» Definição de uma forma abstrata para representação dos

dados

– Compactação de textos– Criptografia



Camada de Aplicação� Oferece os meios para que os processos de aplicação utilizem

o ambiente OSI� Funções Principais

– de gerenciamento– mecanismos genéricos que servem para suportar a

construção de aplicações distribuídas» Estabelecimento de uma associação entre um ou mais usuários (ACSE

– Association Control Service)» Suporte a chamadas de procedimentos remotos (ROSE – Remote

Operations Service Element)» Serviço de Transferência de Dados Confiável (RTSE – Reliable

Transfer Service Element)

– mecanismos específicos de cada protocolo de aplicação» FTAM – File Transfer, Access and Management» MHS – Message Handling System» DS – Directory Service» Terminal remoto



RM-OSI da ISO para LANs

� Meios de alta velocidade e baixíssima taxa de erros

� Mudanças necessárias– Camadas de enlace

» Protocolo de acesso ao meio� Conjunto de padrões 8802

– Camadas de rede» Nível inter-rede



Um pouco da História

� TCP/IP was developed for use by the USA military in the late 60s and 70s (ARPANET).

� X.25 (the lowest 3 layers of OSI) were developed by the CCITT (now ITU-T) in theseventies. It was widely implemented, esp. in Europe.

� OSI was an effort to extend X.25. It ended up being quite complex.

� In the late nineties, OSI was basically abandoned and there was a return to TCP/IP.



Visão Geral Arquitetura TCP/IP



Arquitetura TCP/IP

� Arquitetura “Internet”� Protocolos desenvolvidos pelo IAB –

Internet Activity Board� Request for Comments (RFCs)

– Documentação dos protocolos� Ênfase especial a interconexão de

diferentes topologias de redes– Internet gateway ou Internet router



Camadas da Arquitetura TCP/IP

INTERFACE DE REDE

INTER-REDE

TRANSPORTE

APLICAÇÃO

FÍSICA



Camada Física

� Semelhante à camada física do RM-OSI

� Também conhecida como camada intra-rede

� Hardware básico de comunicação da rede



Camada Interface de Rede

� Semelhante à camada de enlace do modelo OSI

� Acesso ao Hardware de Comunicação – Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, Frame

Relay, entre outros� Protocolos especificam como organizar os

dados em frames e como transmiti-los– MTU (Maximum Transmission Unit)

»Limite máximo do tamanho do frame



Camada Inter-Rede

� Também conhecida como camada Internet

� Funções principais– Endereçamento– Roteamento



Camada de Transporte

� Comunicação fim a fim entre as aplicações� Orientado a conexão

– Protocolo TCP: controle de fluxo, controle de erro, seqüenciamento e multiplexação/demultiplexação do acesso ao nível inter-rede

� Sem conexão – Protocolo UDP: seqüenciamento e

multiplexação/demultiplexação do acesso ao nível inter-rede



Camada de Aplicação

� Usuários usam programas de aplicação para ter acesso aos serviços– SMTP – Simple Mail Transfer Protocol– FTP – File Transfer Protocol– Telnet – serviço de terminal virtual– DNS – Domain Name System



Arquitetura IEEE 802

� Conjunto de Padrões para redes locais– Desenvolvidos pelo comitê IEEE Computer

Society– Adotado pelo ANSI– Republicados internacionalmente: ISO

8802� Arquitetura de 3 camadas

– Correspondem às camadas física e de enlace do modelo OSI



Relação entre IEEE 802 e RM-OSI



Funções Principais

� Funções principais do nível mais baixo:– Codificação/decodificação de sinais– Geração e remoção de preâmbulos para

sincronização– Transmissão/recepção de bits



Funções Principais (Cont.)

� Funções principais dos níveis mais altos:– Fornecer um ou mais SAPs para os usuários da

rede» Protocolo LLC – Logical Link Control

– transmissão» Montar os dados a serem transmitidos em quadros

� Campos de endereço e detecção de erros

– recepção» Desmontar quadros

� Reconhecimento de endereços e detecção de erros

– Gerenciar a comunicação no enlace

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Protocolos e Padrões IEEE 802

� Padrão IEEE 802.1– Documento que descreve o

relacionamento entre os diversos padrões IEEE 802 e o relacionamento deles com o modelo RM-OSI

– Gerenciamento da rede– Interconexão inter-redes



Protocolos e Padrões IEEE 802 (Cont.)

� Protocolo LLC– Padrão IEEE 802.2

» descreve a subcamada superior do nível de enlace

� Protocolo MAC– Padrão IEEE 802.3

» rede em barra utilizando CSMA/CD

– Padrão IEEE 802.4» rede em barra utilizando passagem de permissão como

método de acesso



Protocolos e Padrões IEEE 802 (Cont.)

� Padrão IEEE 802.5– rede em anel utilizando passagem de permissão

como método de acesso� Padrão IEEE 802.6

– rede em anel utilizando o Distributed Queue Dual Bus (DQDB) como método de acesso

� Padrão IEEE 802.11– rede em anel utilizando o DFWMAC – Distributed

Foundation Wireless Media Access Control» CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision

Avoidance



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• Questões de Projeto da Camada de Enlace

• Algoritmos de Detecção e Correção de Erros

• Protocolos de Enlace para controle de Fluxo• Especificação e Validação de Protocolos

Obs.: As Figuras utilizadas para acompanhar os próximos slides foram retiradas do site do livro do Tanenbaum



Introdução

� Comunicação eficiente e confiável na camada de enlace

� Limitações dos circuitos de comunicação– Erros ocasionais– Taxa de dados finita– Retardo de propagação



Questões de projeto

� Dois processos de enlace de dados que se comunicam através de um protocolo de enlace de dados– Interface de serviços à camada de redes– Agrupamento em quadros– Tratamento de erros de transmissão– Controle de fluxo



Tipos de Serviços

� Serviço sem conexão e sem confirmação– Taxa de erros muito baixas– Recuperação de erros nas camadas mais

altas– Exemplos

» Tráfego em tempo real» LANs



Tipos de Serviços (Cont.)� Serviço sem conexão e com

confirmação– Cada quadro é confirmado individualmente

» Otimização se feito na camada de enlace, mas pode ser confirmado na camada de transporte

– Timeout e reenvio de quadros– Exemplos

» Sistemas sem fio: canais não confiáveis



Tipos de Serviços (Cont.)� Serviço orientado à conexão

– Estabelecimento de uma conexão» Inicialização de variáveis e contadores» Transmissão de quadros» Liberação de todos os recursos alocados

– Quadros numerados– Quadros recebidos uma única vez e na ordem

correta– Fornece aos processos da camada de rede

» Equivalente ao fluxo de bits confiável



Enquadramento� Detectar e corrigir erros

– Divide o fluxo de bits em quadros– Calcular o checksum para cada quadro na origem– Recalcular e comparar o checksum no destino– Métodos para o enquadramento

» Temporização» Contagem de caracteres» Caracteres iniciais e finais com inserção de caracteres» Flags iniciais e finais com inserção de bits» Violações de codificação da camada física



Controle de Erros

� Problema: Como garantir que todos os quadros estão chegando na camada de rede de destino e na ordem correta?

� Solução– Feedback (positivo ou negativo)

� Novo problema: o transmissor em deadlock

� Solução: temporizador



Correção de Erros

� Método de Hamming– Bits numerados consecutivamente

» Início: bit 1 a extremidade esquerda



Detecção de Erros

� Paridade– Um bit de paridade é inserido no final de cada

caracter de um quadro– Paridade par

» Todos os caracteres com um número par de bits

– Paridade ímpar» Todos os caracteres com um número ímpar de bits

– Problema» O receptor não percebe o erro caso um número par de

bits tenha sido invertido



� CRC: Cyclic Redundancy Check– Um quadro de k bits é representado por um

polinômio em X de ordem K – 1, onde o coeficiente do termo Xi é dado pelo (i+1)-ésimo bit da seqüência de k bits

» 10110001 � X7 + X5 + X4 + 1

– Transmissor» O polinômio de ordem k-1 é dividido, em aritmética de

módulo 2, por um polinômio gerador de ordem n, tendo como resultado um resto e um quociente

Detecção de Erros (Cont.)



» Gera em sua saída os k bits originais, seguidos dos nbits correspondentes ao polinômio obtido com o resto da divisão

� Resto é chamado de Frame Check Sequence (FCS)

– Receptor» O polinômio de ordem k-1 (gerado de forma análoga

com os primeiros bits recebidos) é dividido, em aritmética de módulo 2, pelo mesmo polinômio gerador de ordem n do transmissor

� O resto é comparado com os n últimos bits recebidos no quadro

� Se for igual, os dados não contém erros� Se for diferente, um erro é detectado

Detecção de Erros (Cont.)



Controle de Fluxo

� Problema: o transmissor envia quadros mais rapidamente do que o receptor pode aceitá-los

� Solução: protocolo com regras específicas a respeito do envio do próximo quadro



Especificação e Validação de Protocolos

� Várias Técnicas de Descrição Formal para especificar e validar protocolos– Máquina de Estados Finita– Redes de Petri– LOTOS – Language of Temporal Ordering

Specification – SDL – Specification and Description

Language– MSCs – Message Sequence Charts



Modelos de Máquina de Estados Finitos

� Máquina de protocolo– Transmissor e receptor

� Exemplo: Protocolo simplex com canal ruidoso– Estados

» espera o quadro 0» espera o quadro 1



Modelos de Redes de Petri

� Quatro elementos básicos– Lugares (círculos)

» Estado onde o sistema ou parte dele pode estar– Transições (barra horizontal ou vertical)

» Zero ou mais arcos de entrada cuja origem são lugares de entrada

» Zero ou mais arcos de saída cuja direção de partida são os lugares de saída

» Ativada quando houver pelo menos um token de entrada em um de seus lugares de entrada

– Arcos– Tokens (ponto cheio)



Modelos de Redes de Petri (Cont.)

� A escolha da transição a ser disparada é indeterminada– Vantagem para especificar protocolos

� Utilizadas para detectar falhas de protocolos– Protocolo incorreto– Deadlocks

� Representação em forma algébrica– Regras de gramática



Exemplos da Camada de Enlace

� Comunicação ponto a ponto– Conexão do roteador local com o mundo externo

através de linhas privadas ponto a ponto com roteadores distantes

– Usuários com conexões domésticas» Conta shell» Conta gráfica (funciona como um host na Internet ou

emula um host na Internet)

– Protocolos SLIP (Serial Line IP) e PPP (Point-to-Point Protocol)



SLIP� Enquadramento por inserção de caracter

– Sequência de dois bytes (OxDB, OxDC)� Compactação do cabeçalho do TCP e IP nas

versões mais recentes� Limitações

– Sem detecção ou correção de erros– Aceita apenas o IP– Conhecimento prévio do endereço IP da origem e

do destino– Sem autenticação– Não é um padrão aprovado para a Internet



PPP� Enquadramento por inserção de bits

– Flag 01111110 de início e final

� Detecção de erros� Aceita vários protocolos de rede

– Negocia opções da camada de rede independente do protocolos utilizado

» Network Control Protocol (NCP)

� Permite que endereços sejam atribuídos dinamicamente – Link Control Protocol (LCP): ativa e testa linhas, negocia

opções e desativa linhas – autenticação

� Definido na RFC 1661



A subcamada de acesso ao Meio

� Protocolo WDMA– Wavelength Division Multiple Access– WDM: multiplexação por divisão do

comprimento de onda» FDM em fibras» Sistema óptico utiliza uma grade de difração

para separar as bandas � Cada fibra que chega no prisma tem seu espectro de

energia alocado a uma faixa diferente



WDMA� Divide o canal em subcanais utilizando FDM,

TDM ou ambas� Canal estreito para transmissão de sinais de

controle� Canal largo para transmitir quadros de dados� Canais sincronizados por um único relógio

global� Tipos de tráfego permitido

– Orientado à conexão » com taxas de dados constantes (vídeo não-compactado)

e variáveis (transferência de arquivos)– Sem conexão ou datagramas



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� Protocolos da Subcamada de Acesso ao Meio de LANs sem fio

� IEEE 802.11b



Protocolos de LAN sem fio� Contexto diferenciado das LANs com fio

– Um canal cobrindo toda a largura de banda

– Mais suscetível a colisões e interferências� Solução simples

– Protocolo CSMA» Problema no receptor e não no transmissor» Problema de estação oculta» Problema de estação exposta





Bluetooth� Histórico

– projeto inicial da Ericsson de 1994– SIG (Special Interest Group) do Bluetooth em 1998

» Ericsson, IBM, Nokia, Intel eToshiba

– origem do nome: Herald Bluetooth» rei viking que unificou a Dinamarca e Noruega

� Bom e barato– um sistema sem fio completo em um único chip– alcance de 10m, pico de transferência de dados de

720 Kbps e custos inferiores a $5 – PAN: personal area network



Tecnologia Bluetooth

� utiliza a ISM (Industrial, Scientific and Medical) de 2.4 GHz– desvantagem: banda superlotada

� utiliza técnica FHSS– ciclos de freqüência com maior rapidez do que o IEEE

802.11– desvantagem: interferência com outros sistemas

� Piconet– Até oito dispositivos conectados

� Scatternet– redes com mais de oito dispositivos divididos em piconets



Exemplo de uma rede BluetoothPonto de acesso à LAN

Telefones Celulares viva-voz

Laptops

FotocopiadoraCafeteira



Aplicações

� Visão Futurística– torradeira com acesso via Internet– geladeira inteligente– gravador de vídeo programado

remotamente– batimento cardíaco controlado

remotamente



Perfis Bluetooth � um conjunto próprio de protocolos e

procedimentos do Bluetooth denominado de perfil– 9 perfis para descrever as aplicações

» primeira especificação

– 4 perfis de sistema (números 1, 2, 5 e 10)» características comuns a uma ou mais aplicações

– nem todos os dispositivos Bluetooth aceitam todos os perfis

– os perfis compartilham protocolos– necessários para interoperabilidade



Pilha de Protocolos Bluetooth

Protocolos do Núcleo do Bluetooth (Perfil 1)

Rádio baseado no IEEE 802.11 com saltos de freqüência

Banda Base SCO com comutação de circuitos ou ACL com comutação de pacotes

LMP: Link Manager Protocol Controla a Autenticação e a Criptografia

L2CAP: Logical Link Control and Adaptation ProtocolRealiza a multiplexação de tipos diferentes de tráfego e cuida do QoS

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Pilha de Protocolos Bluetooth (Cont’d)

SDP: Service Discovery ProtocolProcura outros dispositivos e compartilha informações sobre perfis e aplicações permitidos

PPP

RFCOMM Perfil 5

Comandos AT controlam o modem

Perfis 11, 12, 13

OBEX: Object Exchange Perfil 10

Perfis 7,8,9Perfil 6

TCS: Telephony Control ServicePara voz sem pacotes

Perfis 3,4

Perfil 2



Perfil 1 - de Acesso Genérico

� Perfil do Núcleo do Bluetooth� Manutenção dos links entre os dispositivos� necessário p/ todos os dispositivos bluetooth� não é suficiente para gerar uma aplicação útil� inclui funções necessárias a todos os

protocolos do núcleo bluetooth



Perfil 2 - de Aplicação para Descoberta de Serviço

� Permite que o usuário tenha acesso ao SDP– quais serviços do bluetooth estão disponíveis em

um dispositivo

� o SDP está incluído no perfil 1 (núcleo do bluetooth)– entretanto, sem o perfil 2, o SDP só pode ser

acessado pelas aplicações e não diretamente pelo usuário



Perfil 3 - de Telefonia sem Fio

� Destinado ao “Telefone 3 em 1”– denominação do SIG– telefone celular com um chip bluetooth que

permite utilizá-lo como telefone sem fio

� Também utilizado somente como Telefone sem Fio

� ou para adicionar funções de telefone sem fio a outro dispositivo equipado com bluetooth

� executado sobre o protocolo TCS



Perfil 4 - Intercomm

� baseado no protocolo TCS� permite comunicação de voz

bidirecional� diferença do perfil 3

– permite somente conexões entre dois usuários do bluetooth dentro da faixa de cada um deles

– não possui capacidade completa no sistema de telefonia ou Internet



Perfil 5 - de Porta Serial

� Permite que os dispositivos Bluetooth emulem uma porta serial de PC

� utiliza o protocolo RFComm� capaz de emular o antigo cabo RS-232

ou o mais novo USB (Universal Serial Bus)

� utilizado por muitos perfis do nível superior



Perfil 6 - de Fones de Ouvido

� Especifica as funções que proveêm uma conexão sem fio a um conjunto contendo fones de ouvido e talvez um microfone– uso em computadores ou telefones celulares

� utiliza o perfil de porta serial (perfil 5) � utiliza os comandos Advanced Technology (AT)

– originalmente projetados para o controle de modems– nome proveniente de homônimos computadores IBM



Perfil 7 - de Rede de Discagem

� Destinados à conexão de computadores à Internet por um telefone celular– atualmente -> necessidade de um cabo

especial ou talvez um IrDA– futuro -> capazes de utilizar o próprio

Bluetooth� inclui o perfil de porta serial (perfil 5) e o

PPP (Point-to-Point Protocol)



Perfil 8 - de Fax

� Semelhante ao perfil de rede de discagem (Perfil 7)

� permite que um telefone móvel sem fio emule um fax-modem quando conectado via Bluetooth a um laptop com software de fax

� utiliza o PPP e o perfil de porta serial (perfil 5)



Perfil 9 - de acesso à LAN� Maior utilidade� destinado a redes de dados IP� permite que um PC equipado com

Bluetooth forme uma LAN sem fio ou se conecte a outras LANs por um ponto de acesso especial– ponto de acesso em redes privadas ou em

lugares públicos para conexão com a Internet



Perfil 10 - de Intercâmbio Genérico de Objetos

� Controla como o Bluetooth utiliza o OBEX (Object Exchange)– protocolo cliente-servidor proveniente do

IrDA

� permite que aplicações troquem dados diretamente– não há necessidade de utilizar pacotes no

estilo Internet



Perfil 11 - de Envio de Objeto

� Controla o intercâmbio de – cartões de visita eletrônicos– pequenos arquivos com as mesmas informações de um

arquivo de visita convencional» arquivo automaticamente na base de dados de um dispositivo

� “envio” de informações de maneira ativa por um usuário

� privacidade protegida– os cartões de visita não são transmitidos a todos os

dispositivos que se encontram dentro da faixa



Perfil 12 - de Transferência de Arquivo

� Permite que um dispositivo tenha acesso a arquivos armazenados em outros dispositivos

� transferência entre dispositivos, de um dispositivo para outro ou diretamente pelos usuários

� além do link entre dois computadores, os dispositivos incluem links entre MP3-players e câmeras digitais



Perfil 13 - de Sincronização

� Mantém atualizados os dados armazenados em dispositivos diferentes

� automatiza a sincronização – permite que o computador sincronize

automaticamente os dados com um telefone móvel ou PDA sempre que estiver na mesma faixa do outro dispositivo



Bibliografia Bluetooth

� www.bluetooth.com� www.motorola.com/bluetooth� Dornan, Andy, Wireless

Communication: o guia essencial de comunicação sem fio, Ed. Campus, 2000.



IEEE 802.11� Banda ISM� PCMCIA card é um transceptor de rádio

– que se comunica com outros transceptores semelhantes chamados de pontos de acesso (access points)

– custo de US$ 79 a 120

� interoperabilidade entre diferentes vendedores� transmissão por difusão

– versão mais simples utiliza FHSS, 79 freqüências diferentes a serem escolhidas, 1 Mbps

– versão posterior utilizam DSSS, 2Mbps– Outras versões: IEEE 802.11b e IEEE 802.11a



IEEE 802.11 (Cont.)� Soft Handoff herdado do CDMA� Protocolo de acesso ao meio

– rede sem fio utilizando o DFWMAC - Distributed Foundation Wireless Media Access Control

– MACA: Multiple Access with Collision Avoidance» Evoluções: MACAW e CSMA/CA

� CSMA/CA - Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

� autenticação� gerência de potência� sincronização



IEEE 802.11b

� Publicado em 1999� Conhecido na indústria como Wi-Fi:

Wireless Fidelity� versão DSSS a 11 Mbps� Redes ad-hoc ou redes estruturadas



Exemplo de uma Rede IEEE.802.11b

Localização de Acesso Público

LaptopsWindows CE PDA

Switch

RoteadorT1

Internet



Limitações

� Velocidade de acesso à Internet� Segurança

– criptografia– uma solução proposta seria a instalação

de firewalls



IEEE 802.11a

� Alcança velocidades de 54 Mbps� espectro Unlicensed National

Information Infrastructured (U-NII) de 5 GHz

� técnica coded OFDM (OrthogonalFrequency Division Multiplexing)



Bibliografia IEEE.802.11

� www.wi-fi.com� standards.ieee.org/getieee802� Dornan, Andy, Wireless

Communication: o guia essencial de comunicação sem fio, Ed. Campus, 2000.



Camadas da Arquitetura TCP/IP

INTERFACE DE REDE

INTER-REDE

TRANSPORTE

APLICAÇÃO

FÍSICA



Camada Inter-Rede

� Protocolos Utilizados� Endereços Lógicos � Mapeamento de endereços lógicos para

endereços físicos � Endereçamento e Roteamento de

Datagramas� Tipos de serviços� Fragmentação e Montagem de Datagramas



Camada Inter-Rede

Protocolos Utilizados� ARP e RARP� Internet Protocol (IP)

– Não orientado a Conexão e não Confiável– Endereçamento e roteamento

� Internet Control Message Protocol (ICMP)– Mensagens de erros geradas pelos gateways

� Internet Group Management Protocol (IGMP)– Multicast na Internet



Protocolos Utilizados

Camada Inter-Rede (Cont.)� ARP (Address Resolution Protocol)

– O nível IP utiliza os gateways para o transporte dos datagramas, interligando as sub-redes. Para isso é necessário o conhecimento do endereço físico dos gateways.

– O ARP realiza o mapeamento do endereço lógico IP para o endereço físico da sub-rede.




Camada Inter-Rede (Cont.)� ARP (Address Resolution Protocol)

– O host que pretende mapear um endereço IP para o físico deve enviar um pedido ARP no modo broadcast na rede. O host que receber e verificar que o endereço IP é o seu, responde com o seu endereço físico.




Camada Inter-Rede (Cont.) � ARP (Address Resolution Protocol)

– Cada host possui um cache dos mapeamentos realizados de forma a otimizar a busca do endereço físico. Contudo, tais entradas armazenadas possuem um tempo de vida limitado, permitindo alterações nos endereços.

– Um host ao receber um pedido ARP pode atualizar o seu cache mesmo que o endereço procurado não seja o seu.




Camada Inter-Rede (Cont.)

Hardware Type Protocol Type

Hlen Plen Operation

Sender HA

Sender HA Sender IP

Sender IP Target HA

Target HA

Target IP

� ARP (Address Resolution Protocol)





� RARP (Reverse Address Resolution Protocol)– Usado por um host para descobrir o seu

endereço lógico IP a partir do seu endereço físico (Diskless).

– Quando o host necessita do seu endereço IP envia um pedido no modo broadcast. O servidor RARP, que mantém uma tabela de mapeamento, responde.




Camada Inter-Rede (Cont’d)� RARP (Reverse Address Resolution

Protocol)– Utiliza o mesmo formato de protocolo do

ARP– Pode haver mais de um servidor RARP



Internet Protocol - IP

� Recursos Críticos para o Desempenho IP– Largura de banda disponível– Memória disponível para buffers– Processamento da CPU

� Problemas no endereçamento IPv4– Número de Usuários na Internet

� Solução: IPv6



Endereçamento IPv4 � Endereços Lógicos Internet Protocol (IP) v4

0

1 0

1 1 0

8

16

24

Classe B

Classe A

Classe C

netid hostid

31

1 1 1

1 1 1

Classe D

Classe E

0

1 0

multicast group ID

reserved for future use

31

31

31

31



Endereçamento IPv4 (Cont.) � Endereços IPs

– Classe A» 26.0.0.0 (16.777.216 endereços)» 0.0.0.0 a 127.255.255.255

– Classe B» 131.146.0.0 (65.536 endereços)» 128.0.0.0 a 191.255.255.255

– Classe C» 192.31.235.0 (256 endereços)» 192.0.0.0 a 223.255.255.255



Endereçamento IPv4 (Cont.)

� Endereçamento– Endereços IPs Especiais

» Os campos Net Id e Host Id possuem significados diferentes quando possuem todos seus bits em zero (0) ou em um (1)

» Todos bits em um significa broadcast� Net Id: para todas as redes� Host Id: para todos os hosts dentro da rede

– ex.: 192.31.235.255




� Endereços IPs Especiais– Todos bits em zero no Host ID significa esta rede– Todos bits em zero no Net ID e Host ID significa

este host– Todos bits em zero no Net ID significa um host

desta rede» ex.: 0.0.0.10

– LoopBack Address para testes» 127.0.0.0» 127.0.0.1 localhost




NET ID HOST ID

Subnet Id HOST ID (Subnet)

� Sub-redes (Subnets)– Máscara (Mask)

» usado para determinar o Net Id e o Host ID do endereço



Endereçamento IPv4 (Cont.)� Sub-redes (Subnets)

– Os bits em um (1) representam a parte do Net Id e Subnet Id, enquanto que

– Os bits em zero (0) representam o Host Id (Subnet)

– Ex.: Classe B 143.54.0.0Sub-rede A: 143.54.10.0Sub-rede B: 143.54.20.0Máscara: 255.255.255.0




classe B original: 191.31.0.0Sub-rede: 191.31.23.0

Máscara: 255.255.255.224 (11100000)

191.31.23.32 (00100000)

191.31.23.96 (01100000)

191.31.23.128 (10000000)

� Exemplo Sub-rede




� CIDR (Classless Inter-domain Routing)– Descrito na RFC 1519– Idéia básica: alocar as redes class C

restantes (quase 2M) em blocos de tamanho variados

» redes class C contíguas como unidades» Regras de alocação alteradas: o mundo é

particionado em 4 zonas � Europa, América do Norte, América Central e

América do Sul, Ásia e região do Pacífico



Internet Protocol – IPv4 (Cont.)

Vers HLEN Service Type Total Legth

Identification Flags Offset

TTL Protocol Type Header CheckSum

Source IPDestination IP

Options PAD

DADOS

� IPv4: Campos do Datagrama




Camada Inter-Rede (Cont.)� Encapsulamento do Datagrama

– Os datagramas podem ser fragmentados devido ao MTU da sub-rede

– Tamanho máximo de 65531 octetos– Os campos Identification, Flags e

Fragment Offset são usados na fragmentação





Datagrama de 1400 octetos : A -> B

Identification Flags OffsFrag1: xxxx 010 0Frag2: xxxx 010 600Frag3: xxxx 001 1200

- Fragmentos só são remontados no host destino

MTU = 1500

MTU = 620

MTU = 1500

A

B

� Fragmentação e Montagem de Datagramas IP



Camada Inter-Rede

Roteamento

� Atividades Básicas do Roteador� Requisitos do Roteador� Algoritmos de Roteamento� Protocolos Principais



Roteamento

Atividades Básicas do Roteador

� Determinação das melhores rotas � Transporte de pacotes

– Comutação (switching)




Determinação das Melhores Rotas

� Métrica – padrão de medida que é usado pelos

algoritmos de roteamento para determinar o melhor caminho para um destino




Determinação das Melhores Rotas (Cont.)

� Métrica– Tamanho do caminho

» O custo é igual à soma dos custos de cada enlace, ou o número de hops necessários para alcançar o destino.

– Confiabilidade» A confiabilidade de um enlace pode ser

determinada pelo administrador da rede e é utilizada para determinar a rota adequada.





� Métrica– Atraso

» O tempo que leva para chegar ao destino é calculado por vários fatores:

� Largura de banda dos enlaces intermediários;� Filas das portas dos roteadores;� Congestionamento nos enlaces;� Entre outros.

– Largura de banda





� Métrica– Carga

» A monitoração da carga exige, na maioria das vezes, muito recurso de memória, processamento e rede.

– Custo da comunicação» Para algumas instituições o desempenho pode

não ser muito importante. Sendo mais interessante administrar os custos da transmissão.





� Tabelas de roteamento: inicializadas e mantidas pelos algoritmos de roteamento para ajudar na determinação da melhor rota.

� A tabela de roteamento apresenta relações do tipo endereço destino/próximo hop e a conveniência deste caminho. Estas informações são, constantemente, trocadas entre os roteadores.





A

143.54.1.10

143.54.2.34

Tabela de rotas de Arede gateway

143.54.10.0 143.54.2.34143.54.100.0 143.54.1.10200.17.164.0 143.54.1.10

� Exemplo de Tabela de Roteamento



Roteamento

Atividades Básicas do Roteador� Transporte dos pacotes

– Uma vez escolhida a rota, estes algoritmos são relativamente simples.

– O roteador examina o endereço destino e determina se sabe passar adiante o pacote, muda o endereço físico e transmite o pacote.



Roteamento

Requisitos do Roteador� Conhecer a topologia da subrede e escolher

os caminhos adequados dentro dela;� Cuidar para que algumas rotas não sejam

sobrecarregadas, enquanto outras fiquem sem uso;

� Resolver os problemas que ocorrem quando origem e destino estão em redes diferentes.



Roteamento

Algoritmos� Definição: É o software responsável por decidir

por qual linha um pacote deve ser enviado para chegar ao seu destino.

� Características desejadas:– Correção;– Simplicidade;– Robustez;– Estabilidade;– Consideração com o usuário;– Eficiência global.



� Características:– Robustez

» Uma vez que uma rede entre em operação, deve permanecer assim durante anos, sem falhas de todo o sistema.

» O algoritmo de roteamento deve ser capaz de resolver modificações na topologia e no tráfego sem requerer que todos os programas em todas as máquinas sejam abortados e a rede seja reinicializada.

Roteamento

Algoritmos (Cont.)



� Características:– Consideração com o usuário e eficiência

global» Estes dois requisitos são contraditórios. » Às vezes, para melhorar o fluxo de dados seria

necessário terminar com o fluxo entre duas máquinas.

» Evidentemente, isto mostra o compromisso existente entre estes dois objetivos do algoritmo.

Roteamento

Algoritmos (Cont.)



Roteamento

Algoritmos (Cont.)

� Estático (não-adaptativo)– Não baseia as suas decisões de

roteamento em medidas ou estimativas do tráfego e topologia correntes. As rotas são definidas anteriormente e carregadas no roteador na inicialização da rede.



Roteamento

Algoritmos (Cont.) � Dinâmico (adaptativo)

– Tenta mudar as suas decisões de roteamento de acordo com as mudanças de tráfego e topologia. A tabela de roteamento modifica-se com o passar do tempo.

– Isolado» Tabela atualizada pelo caminho mais curto

– Distribuído» Tabela atualizada pela carga

– Centralizado» Tabela controlada por um Centro de Controle de

Roteamento (CCR)



Algoritmos

Roteamento Dinâmico� Tipos

– Vetor de distância» Estes algoritmos transmitem toda a tabela de

roteamento com dados não apenas de seus enlaces.

» Transmite apenas para os seus vizinhos. » Exigem menos recursos de processamento e

memória.» Converge lentamente



Algoritmos

Roteamento Dinâmico (Cont.)� Tipos

– Estado de enlace» Algoritmos de estado de enlace transmitem

apenas a parte da tabela de roteamento que diz respeito aos seus enlaces.

» Transmite para toda a rede. » Apresentam convergência mais rápida, sendo

menos susceptíveis a laços de roteamento.



Roteamento

Protocolos� Função

– A função de um protocolo de roteamento é construir tabelas de roteamento completas nos diversos roteadores de uma rede.

� Tipos– igp (interior gateway protocol): protocolos para

realizar o roteamento dentro de um sistema autônomo (AS).

– egp (exterior gateway protocol): protocolos para realizar o roteamento entre sistemas autônomos.



Roteamento

Protocolos (Cont.)� Protocolos do tipo IGP (Interior Gateway Protocol)

� RIP (Routing Information Protocol)� IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)� Enhanced IGRP� OSPF (Open Shortest Path First)

� Protocolos do tipo EGP (Exterior Gateway Protocol)� EGP (Exterior Gateway Protocol)� BGP (Border Gateway Protocol)



Camada Inter-Rede

Protocolos Utilizados (Cont.)� ICMP (Internet Control Message

Protocol)– Oferece funções de gerência– Encapsulado no datagrama IP– Emitido por um gateway intermediário ou

pelo host destino



Camada Inter-Rede

Protocolos Utilizados (Cont.)

Type Code ->

Code CheckSum ->

CheckSum Information

� ICMP: Campos



Camada Inter-Rede

Protocolos Utilizados (Cont.)

� Mensagens ICMP– Echo Request / Echo Reply– Destination Unreachable– Source Quench– Redirect



Camada Inter-Rede

Protocolos Utilizados (Cont.)� Mensagens ICMP

– Time Exceeded for a Datagram– Parameter Problem on a Datagram– Timestamp Request / Timestamp Reply– Address Mask Request / Address Mask

Reply



��

• Extensões para Fibra Ótica• Repetidores• Pontes• Comutadores• Roteadores• Gateways de Aplicação

Obs.: As Figuras utilizadas nos próximos slides foram retiradas do site do livro do Cormer



Interconexão de Redes (Cont.)

� Gateways (passarelas)– Interligação física e lógica entre duas ou

mais redes– Classificados conforme a camada mais

alto dos protocolos convertidos» Camada física: repetidores» Camada de enlace: pontes» Gateway de rede, de transporte e de aplicação



Interconexão de Redes (Cont.)

Sub-Rede de ComunicaçãoTerminais

HostsIMPs



Projeto de uma Rede Local

� Limites de distância, custo e velocidade� Extensões cobrem distância de no

máximo poucos Km� Como alcançar distâncias maiores em

uma LAN de um campus (e.g., campus do Pici) ou interligando campi?



Projeto de uma Rede Local (Cont.)� Muitas LANs utilizam compartilhamento de

meio físico– Ethernet (CSMA/CD), Token Ring (Token

Passing)� Problemas com o aumento da distância

– CSMA/CD: retardo entre frames, tamanho mínimo dos frames

– Token Passing: tempo de circulação do token� Tamanho do meio físico afeta a potência do

sinal elétrico e a imunidade ao ruído



Projeto de uma Rede Local (Cont.)

� Hardware adicional – Extensão da distância do meio físico

� Os sinais das LANs são passados para cada segmento

� A tecnologia mista resultante continua com limitações para distâncias maiores



Extensões para Fibra Ótica

� Modems de fibra– Convertem sinais AUI para sinais digitais– Transmitem sinais digitais via cabo de fibra ótica

para outro meio



Repetidores

� Interconecta segmentos de tecnologias semelhantes– Amplificador bidirecional de sinais – Pode duplicar o tamanho do segmento– Não entende formato dos frames– Não possui endereço de hardware



Exemplo de uma LAN com Repetidores



Repetidores (Cont.)

� Limitações– Não podem ser utilizados indefinidamente– CSMA/CD necessita de baixo retardo

» Se o meio é muito longo, CSMA/CD não funciona

– Limite do padrão Ethernet» 4 repetidores entre 2 estações quaisquer



Desvantagens dos Repetidores

� Simplesmente retransmitem os sinais– Não entendem frames completos– Colisões afetam a rede inteira– Problemas temporários

» Barulho se propaga por toda a rede



Pontes

� Também conectam dois segmentos de LANs

� Retransmite frames de um segmento para outro segmento

� Trabalha com frame completo– Utiliza NIC como qualquer outra estação– Executa algum processamento no frame



Pontes (Cont.)

� Invisível para os outros computadores da rede

� Permite comunicação nos segmentos ao mesmo tempo

� Podem fazer processamento adicional– Isola colisões e interferências



Pontes Adaptativas ou Transparentes

� Filtrando Frames



Pontes Adaptativas ou Transparentes (Cont.)

� Verifica o destino do frame que está chegando

� Procura destino na tabela hash das estações conhecidas– Redireciona o frame para a próxima interface no

caminho do destino– Não redireciona se o destino é no próprio

segmento onde a origem está– Tempo de chegada é indicado e a tabela expurga

as entradas que contenham mais de alguns minutos



Pontes entre Edifícios

� Quando a distância não suporta uma única LAN



Pontes em Longa Distância



Uma rede de Pontes interconectadas



Problema: Um ciclo de Pontes

� Prevenção do problema de loops infinitos– Evitar que todas as pontes redirecionem todos os

frames– Evitar que a rede de pontes interconectadas

contenha um ciclo de segmentos com pontes



Pontes Spanning Tree� Como uma ponte sabe se deve redirecionar

ou não os frames?– Na inicialização, a ponte se comunica com todas

as outras pontes no segmento ao qual ele está conectado

– Executa o algoritmo conhecido como DistributedSpanning Tree (DST) que decide que ponte não deve redirecionar os frames

» Uma ponte não redireciona frames caso encontre em cada segmento ao qual está conectada, uma ponte que concordou em redirecionar frames



Pontes Spanning Tree (Cont.)

– Após o término do algoritmo DST, as pontes que concordaram em redirecionar os frames formam um grafo que não contém ciclos (i.e., uma árvore)

– A raiz da árvore é a ponte que contém o menor número de série



Pontes com Roteamento na Origem

� Criadas pelos responsáveis pelas topologias em anel� O transmissor de cada frame sabe se o destino está

em sua LAN� Quando o frame é enviado para outra LAN o bit de

alta ordem do endereço de origem é ativado para 1� Caminho exato no cabeçalho do frame

– LAN com ID de 12 bits, pontes de 4 bits– Rota de origem ao destino

� Problema: explosão dos quadros



Comutadores

� Conexão de vários computadores a um dispositivo de hardware



Comutadores (Cont.)� Semelhança física com o hub

– Múltiplas portas permitindo que cada uma seja conectada a um computador

� Diferença na operação– Um hub simula um meio compartilhado– Um comutador simula uma LAN com várias

pontes, sendo cada computador conectado a um segmento dessa LAN

– Vantagem do comutador» Paralelismo» Largura de banda com um hub: R» Largura de banda com um comutador: R*N/2



Roteadores

� Gateways conversores de meio– Tratamento do pacote

» Receber o pacote do nível inferior» Tratar cabeçalho» Descobrir roteamento necessário» Construir novo pacote» Enviar para o destino

� Gateways tradutores de protocolos– Open em uma rede, call request em outra



Gateways de Aplicação

� Gateways tradutores de protocolos– Converte os protocolos da camada de

aplicação

� Half-gateway– Projeto bem mais simples e estruturado– Maior flexibilidade quanto à distância física



Conclusão� Repetidores na camada física� Pontes e comutadores nas camadas

física e de enlace– Comuns– adaptativas

� Roteadores até a camada de rede� Gateways de aplicação cobrem todas

as camadas

��



�� !��[1] Andrew S. Tanenbaum, Redes de Computadores,

Editora Campus, Terceira Edição Americana, 1996.[2] Andy Dornan, Wireless Communication: o guia

essencial de comunicação sem fio, Ed. Campus, 2000. ISBN 85-352-0765-1.

[3] Comer, Douglas E., Computer Networks and Internets, 2nd Edition, Prentice-Hall, Inc., 1999. ISBN 0-13-083617-6.

[4] Luís Fernando Soares et al, Das LANs, MANs, WANs às Redes ATM, Editora Campus, 2a Edição, 1995. ISBN 85-7001-954-8.

[5] Martin W. Murhammer et al., TCP/IP Tutorial e Técnico, Makron Books, 2000. ISBN 85-346-1188-2.

Documents

Visão Geral do Modelo de Referência OSI da ISO