UNIVERSIDADEEDUARDOMONDLANE
FaculdadedeEngenharia
CursodeLicenciaturaem EngenhariaElectrónica
ProcessamentodeInformação
Período:Laboral
Protocolosdecomunicaçãonatransmissãodeinformação
Autor:
Mondlane,ShélsioTariqueSérgio
Maputo,Novembrode2020
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Protocolos de Comunicação, Trabalhos de Processamento de Dados
Este documento descreve as 7 camadas do modelo OSI e aborda o modelo TCP-IP.
Tipologia: Trabalhos
2020
1 / 26
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UNIVERSIDADEEDUARDOMONDLANE
FaculdadedeEngenharia CursodeLicenciaturaem EngenhariaElectrónica ProcessamentodeInformação Período:Laboral
Protocolosdecomunicaçãonatransmissãodeinformação
Autor:
Mondlane,ShélsioTariqueSérgio
Maputo,Novembrode 2020
ÍNDICE
- 1 Introdução
- 1 1 ContextualizaçãoeProblematização
- 1 2 Objectivosdotrabalho
- 2 Protocolosearquitecturaderede
- 2 1 Tiposdeprotocolos
- 2 2 EncapsulamentoeMultiplexação
- 3 ModeloOSI
- 4 CamadasdomodeloOSI
- 4 1 CamadaFísica
- 4 2 CamadadeLigaçãodeDados
- 4 3 CamadadeRede
- 4 4 CamadadeTransporte
- 4 5 CamadadeSessão
- 4 6 CamadadeApresentação
- 4 7 CamadadeAplicação
- 5 ArquitecturadaInternet(ArquitecturaTCP-IP)
- 5 1 CamadasdaArquitecturadaInternet(ArquitecturaTCP-IP)
- 5 2 ProtocolosdoTCP-IP
- 6 Conclusão
- 7 Bibliografia
Umatransmissãonomodeloapresentadoporvezessetornaimpraticávelporum ou ambososseguintesmotivos:
Osdispositivosdeentradaesaídaestãomuitolongeum dooutroencarecendo, porexemplo,estabelecerumalinhadedicadacom milharesdecomprimentos;
Adiversidadedeterminaisdetransmissãodesinaissejadevoz,imagensou dados,iriam deigualmodorequererlinhasdedicadaseespecíficasquemais umavezsetornaimpraticável.
Asoluçãodesteproblemaéconectarcadadispositivoaumarededecomunicações que possa materializar o conceito de uma forma genérica, concatenando computadores,terminais,telefoneseoutrosdispositivospormeiodeumaredevirtual.
Namaterializaçãodesseensejosurgem doisnovosconceitos:
Odeprotocolodecomunicação
Odaarquitecturadecomunicação.
1. 2 Objectivosdotrabalho
Opresentetrabalhosubordinadoaotema“protocolosdecomunicaçãoetransmissão deinformação”éum ambiciosoedesafiantepropósitoderever,unificareexpor,numa perspectivateórica,acategoriadasalternativasdesenvolvidasnaimplementaçãoda linguagem desenhadaedisponibilizadaparacolocardiversasentidadesnomandatode tornarefectivaafunçãodecomunicaçãonum ambientemuitomaiscomplexoqueo tradicionalmodeloenvolvendoumalinhadetransmissãodedicada.
Otrabalhotem comoobjectivosgerais:
Familiarizar-secom osfundamentosteóricosdeinformação;
Tomarconhecimento dos princípios de observação de informação e sua apresentaçãopelosdadosinternos;
Verificarossistemasdeelaboraçãodeinformação,doseufuncionamentogeral edosprincípiosdesuarealização;
Conhecerasváriaspossibilidadesdeprocessamentodistribuídoeredesde computadores.
Otrabalhotem comoobjectivosespecíficos:
Descreverasregrasquegovernam asoperaçõesdasunidadesfuncionaispara queacomunicaçãotenhasucesso(Protocolos);
Expora estrutura hardware e software que implementam a função de comunicação(arquitectura);
Descrevero“OpenSystem interconnection(OSI)”comomodelodereferência paraaimplementaçãodeprotocolos;
ApresentaroTCP-IPcomoprotocolocomercialqueimplementeomodeloOSI parainternet.
2 Protocolosearquitecturaderede
Paradesenhareimplementarredesdecomputadoresénecessáriossatisfazeruma série de requisitos,no geral,custo-eficiência,fiabilidade,alto desempenho na conectividadeentreosnodos.Asredesnãosãoestáticas,sãodinâmicas.
Osoutrosdesafiosnodesenhoderedessãoqueestasdevem acomodarmudanças nastecnologiasbem comonacrescenteprocuradeserviçoscom exigênciasainda maioresderecursosderede.
Paraajudaralidarcom estacomplexidadeosquedesenvolvem redesdesenvolveram aArquitecturadeRedes.
AArquitecturadeRedeéum conjuntodenormaseprincípiosqueguiam oprocesso dedesenhoeimplementaçãodeRedesdeComputadores.
Osconceitosdeprocessamentodisseminadoerededecomputadoresimplicam que
2 1 Tiposdeprotocolos
Os protocolos,estão divididos em dois grupos,a saber, Protocolos abertos e ProtocolosfechadosouEspecíficos.
ProtocolosAbertos:sãoaquelesquepodem serusadoslivremente,tantopela indústria quanto por qualquer outra pessoa,eles não possuem donos específicoseportantopodem serencontradoem qualquersistema.O mais populardetodos,éoTCP/IP,queéopadrãomundialdainternet.
ProtocolosFechadosouProtocolosEspecíficos:sãodesenvolvidosparaatuar em ambientes de rede fechadas e só podem serusados pela empresa desenvolvedora,um exemplo,éoIPX/SPXdaNovell,NetBIOSdaMicrosoft.
FIGURA 3 :GrafodeProtocolosdeum sistemahipotético
AfigurailustraoGrafodeProtocolosdeum sistemahipotéticocujosprotocolossão:
RRP( Request/ReplayProtocol)
MSP( MessageStream Protocol)
HHP( Host-to-HostProtocol)
OsprotocolosRRPeMSPimplementam doistiposdiferentesdecanaisProcesso-para- Processoetodosdependem doprotocoloHHPqueprovidenciaaconectividadehost- para-host.
Explicaçãodacomunicaçãoentreosprogramasdeacessoaficheirosnosdoishosts:
AaplicaçãodeficheirosolícitaaoprotocoloRRPparaenviarumamensagem em seu nome,paracomunicarcom oseuparoprotocoloRRPinvocaosserviçosdoprotocolo HHP,queporsuavez,transmiteamensagem paraoseuparnohost 2 ,logoquea mensagem chega no protocolo HHP do host 2 este passa a mensagem para o protocoloRRP,Queporsuaveztransmiteamensagem paraoprogramadeficheiros.
Nestecasoparticularpode-sedizerqueaaplicaçãousouosserviçosdo ProtocolStack (PilhadeProtocolos)RRP/HHP.
Deve-senotarqueotermoprotocoloéusadoem duasformasdiferentes:
Nalgunscasosrefere-seainterfacesabstractos,istoé,àsoperaçõesdefinidas pelosserviçosdointerfaceeaformaeosignificadodasmensagensquesão transmitidasentreospares;
Avezrefere-seaomóduloqueimplementaosdoisinterfaces.
Paraestabelecerumadistinçãoentreosinterfaceseosmódulosqueimplementam esses interfaces geralmente refere-se aos interfaces como Especificações de Protocolos.
AsespecificaçõessãoexpressasatravésdePseudo-códigos,diagramasdetransição deestados,representaçõesgráficasoudeimagensdosformatosdepacotes,eoutras anotações abstractas.Os programadores podem implementaros protocolos de diferentesmaneiras.Odesafioéodeassegurarqueasdiferentesimplementaçõesdas mesmasespecificaçõespodem trocar(comunicar-se)mensagenscom sucesso.Há organizaçõesinternacionaiscomoaISO (InternationalStandardsOrganization)ea Internet Engineering Task Force (IETF) que estabelecem políticas para a implementaçãodeum GrafodeProtocoloparticular.Aogrupoderegrasqueregem ou regulam aformaeoconteúdodoGrafodoProtocolochama-se ArquitecturadeRede.
2 2 EncapsulamentoeMultiplexação
a) Encapsulamento
Conceito de Header(cabeçalho):Estrutura de dados que contém a informaçãousadaparacontrolaracomunicaçãoentreospares.
Conceitode bodyou payload:Quandoseadicionao headerao payload seguindoasespecificaçõesdoprotocolodizqueosdadosdaaplicação
internacionaisou,pelo menos,nacionaisdeveserpromulgadopelasorganizações apropriadas.Essespadrõestêm doisefeitos:
Osfornecedoressesentem encorajadosaimplementarospadrõesdevidoà expectativadeque,devidoaoamplousodospadrões,seusprodutosseriam menoscomercializáveissem eles;
Osclientesestãoem posiçãodeexigirqueospadrõessejam implementados porqualquerfornecedorquedesejeproporequipamentosaeles.
Deveficarclaroapartirdadiscussãosubsequentequenenhum padrãoúnicoserá suficiente.Atarefadecomunicaçãodeumaformaverdadeiramentecooperativaentre aplicativosem diferentescomputadoresémuitocomplexaparasertratadacomouma unidade.Oproblemadeveserdecompostoem partesadministráveis.Portanto,antes quesepossadesenvolverpadrões,devehaverumaestruturaouarquitecturaque definaastarefasdecomunicação.
Essalinhaderaciocíniolevouaorganizaçãointernacionaldepadronização(ISO)em 1977 aestabelecerum subcomitéparadesenvolvertalarquitectura.Oresultadofoio modelodereferênciadeinterconexãodesistemasabertos(OSI),adoptadoem 1983 , queéumaestruturaparadefinirpadrõesparaconectarcomputadoresheterogéneos.O modeloOSIforneceabaseparaconectarsistemas"abertos"paraprocessamentode aplicativosdistribuídos.Otermo"aberto"denotaacapacidadedeconexãodequaisquer doissistemasem conformidadecom omodelodereferênciaeospadrõesassociados. OdocumentobásicodoOSI[ISO 84 ]resumeopropósitodomodelo.
Conceitos
Uma técnica de estruturação amplamente aceita,e a escolhida pela ISO,é a estratificação.Asfunçõesdecomunicaçãosãodivididasem um conjuntoverticalde camadas.
Cadacamadaexecutaum subconjuntorelacionadodasfunçõesnecessáriasparase comunicarcom outrosistema.Eledependedapróximacamadainferiorparaexecutar funçõesmaisprimitivaseocultarosdetalhesdessasfunções.Eleforneceserviços paraapróximacamadasuperior.Idealmente,ascamadasdevem serdefinidasde formaqueasalteraçõesem umacamadanãoexijam alteraçõesnasoutrascamadas. Assim,decompomosum problemaem váriosproblemasmaisgerenciáveis.
A tarefa do subcomité ISO era definirum conjunto de camadas e os serviços executadosporcadacamada.Oparticionamentodeveagruparfunçõeslogicamente, devetercamadassuficientesparatornarcadacamadaadministravelmentepequena,
masnãodevetertantascamadasqueasobrecargadeprocessamentoimpostapela colectadecamadassejaonerosa.Atabela 1 Citaasdivisõesem camadasdomodelo OSIeapresentaexemplosdealgunsprotocolosparacadacamada.
Camada Protocolos
1 .Física(PH) Modem,^802.^11 Wi-Fi,RDIS,RS-^232 ,EIA-^422 ,RS-^449 , Bluetooth,USB, 10 BASE-T, 100 BASE-TX,ISDN,SONET,DLC…
2 .Enlace(L) Ethernet,IEE 802. 1 Q,HDLC,Tokenring,FDDI,
PPP,Switch,Framerelay,ATM…
3 .Rede(N) IP(IPv 4 ,IPv 6 ),IPsec,ICMP,ARP,RARP,NAT…
4 .Transporte(T) NetBEUI,TCP,UDP,SCTP,DCCP,RIP…
5 .Sessão(S) NetBios…
6 .Apresentação (P)
XDR,TLS…
7 .Aplicação(A) HTTP,RTP,SMTP,FTP,SSH,Telnet,SIP,RDP,IRC, SNMP,NNTP,POP 3 ,IMAP,BitTorrent,DNS…
TABELA 1 :CamadasOSIeexemplosdealgunsprotocolos
Ascamadascitadasacimacontêm,em termosgerais,asfunçõesquedevem ser desempenhadasem um sistemaparaqueelesecomunique.Claramenteque,são necessáriosdoisparaquehajacomunicação,entãoomesmoconjuntodefunçõesem camadasdeveexistirnosdoissistemas.
Acomunicaçãoéconseguidaporterentidadescorrespondentes("pares")namesma camadaem doissistemasdiferentessecomunicam pormeiodeum protocolo.
Ascamadasdemesmoníveldevem compartilharum protocolocomum.
Paragarantiroqueacimafoiexposto,sãonecessáriospadrões.Ospadrõesdevem definirasfunçõeseserviçosaserem fornecidosporumacamada.Ospadrõestambém devem definirosprotocolosentreosparesdecamadas(cadaprotocolodeveser idênticoparaosdoisparesdecamadas).OmodeloOSI,aodefinirumaarquitecturade setecamadas,forneceumaestruturaparadefiniressespadrões.
FIGURA 6 :Oconceitodecamada
AlgumaterminologiaOSIútiléilustradanaFigura 6 .Parasimplificar,qualquercamada échamadadecamada(N)eosnomesdasconstruçõesassociadasaessacamada também sãoprecedidospor(N).Dentrodeum sistema,háumaoumaisentidades activasem cadacamada.Umaentidade(N)implementafunçõesdacamada(N)e também oprotocoloparacomunicaçãocom entidades(N)em outrossistemas.Um exemplodeentidadeéum processoem um sistemademultiprocessamento.Oupode sersimplesmenteumasub-rotina.Podehaverváriasentidades(N)idênticas,seissofor convenienteoueficienteparaum determinadosistema.Também podehaverentidades (N)diferentes,correspondendoapadrõesdeprotocolodiferentesnaquelenível.
Cadaentidadesecomunicacom entidadesnascamadasacimaeabaixodelapormeio deumainterface.A interfaceérealizadacomoum oumaispontosdeacessode
serviço (SAPs),que funcionam na forma de portas,discutidas anteriormente.A entidade(N- 1 )forneceserviçosparaumaentidade(N)pormeiodainvocaçãode primitivas.Umaprimitivaespecificaafunçãoaserexecutadaeéusadaparapassar dados e informações de controle.A forma realde uma primitiva depende da implementação.Um exemploéachamadadesub-rotina.
OmodeloOSIéorientadoàconexão.Duas(N)entidadessecomunicam,usandoum protocolo,pormeiodeumaconexão(N- 1 ).Essaconexãológicaéfornecidapor(N- 1 ) entidadesentre(N- 1 )SAPs.
FIGURA 7 :OperaçõesOSI.Fonte:[FOLT 83 ]
AFigura 7 ,ilustraosprincípiosdoOSIem operação.Primeiro,considereamaneira maiscomum em queosprotocolossãorealizados.QuandooaplicativoXtem uma mensagem paraenviaraoaplicativoY,eletransfereessesdadosparaumaentidadede aplicativonacamadadeaplicativo.Um cabeçalhoéaplicadoaosdadosquecontêm as informaçõesnecessáriasparaoprotocolodopardecamadas 7 (encapsulamento).Os dadosoriginais,maisocabeçalho,sãoagorapassadoscomoumaunidadeparaa camada 6 .Aentidadedeapresentaçãotrataaunidadeinteiracomodadoseanexaseu própriocabeçalho(um segundoencapsulamento).Esseprocessocontinuadescendo atéacamada 2 ,quegeralmenteadicionaum cabeçalhoeum trailer(porexemplo, HDLC).Essaunidadedacamada 2 ,chamadade quadro,éentãopassadapelacamada
conectores,transmissãoerecepçãodesinaisfísicos;
Outrarelativaaaspectosindependentesdomeiofísicocomo,porexemplo, codificaçãoedescodificaçãode bitsatransmitir/receber.
Defineaformacomoarepresentaçãológicadainformação-Osbits,com valorlógicoe bit 1 - sãotransformadosem símbolosfísicos-tensõesoucorrenteseléctricas,ondas electromagnéticasem caboscoaxiais,sinaisópticos-queviajam no meio físico utilizado.AcamadaFísicanomodeloOSItem comoprincipaisfunções:
Tratadetensõeseimpulsoseléctricos;
Especificacabos,conectoreseinterfaces;
Providenciaocontinuofluxodebitsatravésdomeiodetransmissão.
4 2 CamadadeLigaçãodeDados
ÉasegundacamadadomodeloOSIetem comopreocupaçãoofereceraonívelfísico umatransmissão deinformação estruturadaefiável(associabitsem tramasou frames,porexemplo).OsAdaptadoresderede, Devicedriversquecorrem osistema operativo do nodo geralmenteimplementam estacamada.Nasredeslocais,esta camadaaparecedivididaem duassubcamadas:
ASubcamadadeControlodeAcessoaoMeioFísico,quedeterminaquandoé queumadadaestaçãodaredepodetransmitirinformação;
A Subcamada de Controlo das Ligações Lógicas,que poderá lidarcom aspectoscomoocontrolodofluxo,controlodeerrosecontrolodosequência.
Asprincipaisfunçõesdestacamadasão:
Garantiraintegridadedosdados
Adicionamarcasdefim einiciodemensagens
Fornecealgoritmosdedetecçãoecorrecçãodeerros
Éresponsávelpelatransferênciadosdados
Fornecemétodosdeacessoaredelocal
Fornecermecanismoslocaisdecontrolodefluxodeinformação
Éresponsávelpeloendereçamentofísico(MAC)elógico(LLC);
Lêainformaçãodacamadafísicaeatribui-lheumaestruturalógica;
Esta estrutura incluiinformação sobre para que computadorna rede a informaçãosedestinaedeondevem ainformação
4 3 CamadadeRede
TerceiracamadadomodeloOSI.Tem inerentesasfunçõesdarede.Encaminhaa informaçãoaolongodarede.Em protocolosorientadosabitatrama/frameéprotegida porbitsdeparidade(oqueacontececom protocolosorientadosacaracteres).Nestes, nasuaversãobásica,ostramas/framessãopacotesesãoenumerados,oquepermite distinguirporexemplo,sequênciasdeconfirmaçãoparapacotesdiferentes.
Asprincipaisfunçõesdestacamadasão:
Direccionapacotesdeinformação
Estabelecearotamaisadequada
Responsávelpeloendereçamentológicoeefectuaratransiçãodenomeslógicos paraendereçosfísicos.
Controlaotráfegoderede
Reconheceprioridades
4 4 CamadadeTransporte
QuartacamadadomodeloOSI.Efectuaacomutaçãodeinformaçãonum formatoque recebedacamadadesessão.Sequenciaasmensagensefazoseuendereçamentoaté aodestino.Tem comoobjectivoessencialcriarum ambientedecomunicaçõespara permitir as camadas superiores implementarem processos de comunicação
entidadesdeaplicaçãocomunicantes
Estabelecerpontosdosincronismoederecuperaçãonofluxodedados,
4 6 CamadadeApresentação
EstaéasextacamadadomodeloOSI.Tem em contaoproblemadeexistirem modos diferentesderepresentarainformaçãoeformatosdedados.Porexemplosaberse:
Um numerointeiroédefinidocomode 16 , 32 ou 64 bits,
Obitmaissignificativoficaàesquerdaouàdireita(étransmitidoem primeiro lugarouem ultimo)
OsModocomoosstreamsdevídeosãotransmitidos.
Efectuaaconversãodedadosparaformatospadrão(Ex.ASCII),encriptaçãode dados,compressãodedadosetratamentosterminais.
Asprincipaisfunçõesdestacamadasão:
Transferênciadedadosparatiposdedadoscomuns(ASCII)
Fornecemeiosparaoestabelecimentoeutilizaçãodassintaxes–abstractas
Éresponsávelpelaconversãodedados,pelaencriptaçãodainformaçãoeainda pelacompressãodosmesmosparaqueosdadospossam sertransferidos rapidamente;
Mudaaaparênciadainformação quevem dascamadasinferioresparaas superioresparaqueestaspossam utilizaressamesmainformação;
4 7 CamadadeAplicação
Eporúltimo,asétimacamadadomodeloOSI.Estacamadatentaapenasasseguraras condiçõesparaqueosprogramaspossam cooperarentresi.
Étotalmentededicadaedependentedasaplicaçõesaforneceraoutilizador específico.
IncluiprotocoloscomoFTP,quedefinem omodoatravésdoqualaplicaçõesde transferênciadeficheirosinterromperam.
Asprincipaisfunçõesdestacamadasão:
Loginepassword
Formaderepresentarinformaçãocomum
Asseguraroinício,desenvolvimentoefim dasaplicações
Transferênciadeficheiros,acessoemanutenção
Formasderepresentaçãopadrão
Tratamentodemensagens
Transferênciadedocumentos
Acessoabasesdedados
SVA(Videotex,e-Mail,EDI,etc.)
Protocolosindustriais.
5 ArquitecturadaInternet(ArquitecturaTCP-IP)
A arquitecturadeInternet,também chamadaArquitecturaTCP/IP,desenvolveu-sea partirdaprimeirarededecomutaçãodepacoteschamadaARPANET.Ambas,aInternet eaARPANET,foram desenvolvidaspelaAdvancedResearchProjectAgency(ARPA), umadasagênciasdefinanciamentodepesquisaedesenvolvimentodoDepartamento deDefesadosEstadosUnidosdeAmérica.AsexperiênciasdaARPANETedaInternet começaram antes do estabelecimento do Modelo OSI,portanto,influenciaram a definiçãodoModeloOSI.
5 1 CamadasdaArquitecturadaInternet(ArquitecturaTCP-IP)
AarquitecturadeInternet,tem somentequatrocamadas:
1 .CamadaFísica/Ligação(também chamadadeAcessoaRede)
Composta pordiferentes protocolos de redes locais como Ethernet,FDDI(Fiber