Arquitetura e Protocolos de Rede TCPIP Modelo Arquitetural

Arquitetura e Protocolos de Rede TCP/IP Modelo Arquitetural Prof. Sales Filho <salesfilho@cefetrn. br>

Agenda n n n Motivação Objetivos Histórico Família de protocolos TCP/IP Modelo de Interconexão Arquitetura em camadas Arquitetura TCP/IP Encapsulamento e demultiplexação Interação dos protocolos Arquitetura OSI x TCP/IP Padronização Estrutura de Interconexão da Internet 2

Motivação n Realidade Atual Ampla adoção das diversas tecnologias de redes de computadores n Evolução das tecnologias de comunicação n Redução dos custos dos computadores n n Dificuldades Restrições ao número de dispositivos conectados n Tecnologias incompatíveis inviabilizam a interoperabilidade n 3

Motivação n Alternativas n Adotar mecanismos que permitam a interoperabilidade n Interconectar as diferentes redes n Compatibilizar a heterogeneidade das múltiplas tecnologias de redes n Solução n Tecnologia de inter-redes 4

Tecnologia de inter-redes n Conceito n n Conjunto de protocolos que permitam a interconexão de redes heterogênias Benefícios Acomodação de múltiplas plataformas de hardware e software n Esconde os detalhes do hardware da rede n Permite a comunicação dos dispositivos de forma independente do tipo de rede física adotada n 5

Histórico n 1970 -1979 ARPA (Advanced Research Projects Agency) define arquitetura e protocolos para a interconexão de redes usando comutação de pacotes n Surgimento da ARPANET n Surgem as primeiras especificações da família de protocolos TCP/IP n n Detalhes de comunicação e convenções para interconectar as redes e realizar o roteamento de tráfego 6

Histórico n 1980 -1985 Família de protocolos TCP/IP é padronizada na ARPANET n Início da emergente internet n A DCA (Defense Communication Agency) divide ARPANET em duas redes: n Rede para pesquisa: ARPANET n Rede militar: MILNET n n ARPA desenvolve implementação de TCP/IP de baixo custo e financia a integração em sistemas UNIX (BSD) 7

Histórico n 1985 -1990 (National Science Foundation) em 1986 cria a NSFNET n Criação do backbone da rede NFSNET n NSF n Interligação de centros de supercomputação n Conexão com a ARPANET n Adoção dos protocolos TCP/IP por organizações comerciais n Amplo crescimento da internet 8

Família de protocolos TCP/IP n Conceito: n Conjunto de padrões de redes que permitem a interconexão de redes e sistemas heterogêneos n Redes físicas com diferentes tecnologias de acesso n Equipamentos desenvolvidos por diferentes fabricantes, com diferentes arquiteturas de hardwares e que executam em diferentes Sistemas Operacionais 9

Família de protocolos TCP/IP n Quem pode utilizar ? n Qualquer organização que deseje interconectar suas diversas na forma de uma inter-rede n Não requer uma conexão com a internet n A internet é apenas uma demonstração concreta da validade da tecnologia TCP/IP 10

Modelo de Interconexão E 9 E 1 E 2 N 5 R 3 N 1 R 4 R 1 R 2 N 4 N 2 N 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 11

Modelo de Interconexão n Roteador n Possui conexões com duas ou mais redes n Não provê conexão direta com todas as redes físicas n Roteia pacotes de uma rede para outra n Mantém informações de roteamento para todas as redes n É também denominado gateway ou sistema intermediário 12

Modelo de Interconexão n Estação n Dispositivo do usuário conectado a alguma rede física da inter-rede n Estação multihomed pode atuar como um roteador n Requer ativação e configuração da função de roteamento de pacotes entre as redes denominado Host, hospedeiro ou sistema final n Também 13

Modelo de Interconexão n Visão do usuário Usuários vêm a inter-rede como uma rede virtual única à qual todos os dispositivos estão conectados n Usuários não conhecem as diversas redes físicas individuais n Adota um mecanismo de endereçamento universal, baseado em endereços IP, que permite a identificação única de cada dispositivo na interrede n 14

Arquitetura em camadas n Objetivo Estruturar o hardware e o software de um projeto de rede n Divide e organiza os problemas de comunicação em camadas hierárquicas n Cada camada é responsável por uma função específica e usa as funções oferecidas pelas camadas inferiores n Uma arquitetura de rede é definida pela combinação dos diversos protocolos nas várias camadas n 15

Arquitetura TCP/IP Mensagem Aplicação Seguimento/Datagrama UDP Datagrama IP Quadro FTP, HTTP, SMTP Transporte TCP/UDP Rede IP/ICMP Interface de Rede Ethernet, PPP, Token Ring Abordagem Top-Down Botton-Up 16

Arquitetura TCP/IP n Camada de aplicação Define a sintaxe e a semântica das mensagens trocadas entre as aplicações n Única camada cuja implementação é realizada usando processos do Sistema Operacional n Exemplos: n Telnet – Serviço de terminal virtual n FTP – Serviço de transferência de Arquivos n SMTP – Serviço de correio eletrônico n DNS – Serviço de nomes n HTTP – Serviço Web n 17

Arquitetura TCP/IP n Camada de transporte n Provê comunicação fim-a-fim entre aplicações n TCP (Transmission Control Protocol) nÉ baseado em conexão n Provê fluxo confiável de dados n Divide o fluxo de dados em segmentos n UDP (User Datagram Protocol) n Provê serviço de datagrama não confiável 18

Arquitetura TCP/IP n Camada de rede Realiza transferência e roteamento de pacotes entre dispositivos da inter-rede n IP (Internet Protocol) n Provê serviço de datagrama não confiável n Envia, recebe e roteia datagramas IP n n ICMP (Internet Control Message Protocol) n Permite a troca de informações de erro e controle entre camadas de rede de estações distintas 19

Arquitetura TCP/IP n Camada de interface de rede n Compatibiliza a tecnologia da rede física com o protocolo IP n Aceita datagramas IP e transmite na rede física sob a forma de quadros n Trata os detalhes de hardware da conexão física e geralmente inclui o driver do dispositivo e a placa de rede 20

Encapsulamento e demultiplexação n Processo de encapsulamento n n Está relacionado ao envio de dados Processo de demultiplexação n Está relacionado ao recebimento de dados E 2 E 9 E 1 R 3 N 1 R 2 N 2 Encapsulamento (envio) E 3 N 5 Demultiplexação (Recebimento) R 4 N 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 21

Encapsulamento e demultiplexação n Processo de encapsulamento Preparação dos dados para transmissão n Os dados são gerados pela camada de aplicação n Descem na pilha de protocolos até serem efetivamente enviadas pela rede física n DADOS Aplicação CABEÇALHO DADOS Transporte CABEÇALHO DADOS Rede CABEÇALHO DADOS Enlace CABEÇALHO DADOS Os dados são gerados pela camada de aplicação. A aplicação deve indicar qual o protocolo da camada de transporte a ser utilizado (TCP/UDP). O protocolo de transporte adiciona seu cabeçalho, recebe a PDU da camada de aplicação em sua área de dados e encaminha para a camada de rede A camada de receba a PDU de transporte, realiza suas funções e encaminha para a camada de enlace A camada de enlace receba a PDU de rede, realiza suas funções e encaminha para a transmissão física 22

Encapsulamento e demultiplexação n Processo de encapsulamento Cada PDU de aplicação deve carregar informação do endereço IP do destino, porta do destino e protocolo de transporte n Cada PDU de transporte carregar o endereço IP do destino n Cada PDU de rede deve carregar a PDU de transporte n DADOS CABEÇALHO DADOS 23

Encapsulamento e demultiplexação n Processo de demultiplexação (recepção) n Processo inverso ao emcapsulamento Aplicação Transporte FTP . . . TCP SMTP DNS . . . TCP Porta SNMP Porta ICMP Rede IP Interface de rede Driver de Rede 24

Interação dos protocolos Estação E 1 1º Estação E 2 Protocolo SMTP 16º TCP 15º IP 14º Driver 13º Protocolo UDP 2º TCP 3º IP Roteador 1 IP 7º IP 6º 4º Driver 5º Driver N 1 Roteador 2 IP IP 11º IP 10º Driver 8º N 2 9º Driver 12º N 3 25

Arquitetura OSI x TCP/IP 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Aplicação 4 Transporte 3 3 Rede 2 2 Enlace 1 Física Interface de Rede 1 * A camada de aplicação na arquitetura TCP/IP inclui as camadas de apresentação e sessão da arquitetura OSI ** A camada de interface de rede da arquitetura TCP/IP inclui as camadas de enlace e física da arquitetura OSI 26

Padronização n Grupos n ISOC (Internet Society) n n IAB (Internet Architecture Board) n n Auxilia, suporta e promove a evolução e uso da internet como infra-estrutura de comunicação global Coordena a pesquisa e o desenvolvimento dos protocolos TCP/IP IETF (Internet Engieneering Task Force) Realiza pesquisa de curta e média duração n Atua como corpo editorial e revisão dos padrões da internet n n IRTF (Internet Research Task Force) n Coordena pesquisas de longa duração relacionadas à evolução do TCP/IP e a arquitetura de inter-rede 27

Padronização n Propostas e padrões Publicados em RFCs (Reference for Comments) n RFCs são numeradas sequencialmente em ordem cronológica n Possuem diferentes categorias n n Standards, Draft Standard, Proposed Standard, Experimental, Informational, Historic Um protocolo é declarado padrão da internet somente após se tornar estável n O grupo RFC Editor é responsável por publicar, manter e distribuir todos os RFCs n 28

Estrutura de interconexão da internet Provedor Internacional NAP – Network Access Point NAP Provedor Nacional Provedor Regional Provedor Local Provedor Local 29

Referências Comer, Douglas E. , Interligação de Redes Com Tcp/ip n James F. Kurose, Redes de Computadores e a Internet n Escola Superior de Redes, Arquitetura e Protocolos de Redes TCP/IP n 30