Aula 2 - Arquitetura de redes

Prévia do material em texto

Arquitetura de redes
Topologia de redes
Já aprendemos que uma rede de computadores é formada por um conjunto de equipamentos digitais (computadores, celulares, impressoras, etc.) que trabalham interconectados, oferecendo serviços de rede para seus usuários. Os equipamentos são denominados nós da rede (node em inglês), e as conexões são chamadas de links de comunicação.
A topologia de uma rede é definida pela maneira como os nós e os links estão organizados.
Podemos referir-nos à topologia de uma rede do ponto de vista físico ou lógico:
· Na topologia física, temos a identificação da localização física de dispositivos intermediários e a instalação de cabos. Ela descreve como os equipamentos, os cabos ou as antenas de telecomunicação estão organizados para a troca de mensagens, da qual se extrai o layout físico da rede. Há uma ampla gama de equipamentos que são conectados em nós físicos, como computadores, roteadores, repetidores, modems e firewalls.
· Já a topologia lógica identifica os dispositivos, as portas e o esquema de endereçamento. A visão da organização lógica tem seu foco voltado para as funcionalidades, sem se preocupar com os detalhes físicos de implementação. A topologia lógica da rede pode ser alterada por software, a partir das interfaces de configuração e operação dos equipamentos.
Resumo das topologias de rede:
12
345
Modelo hierárquico ou de camadas
O modelo de camadas foi uma escolha natural para a implementação da comunicação em cada nó de uma rede (KUROSE; ROSS, 2013). Ele facilita a divisão de um problema complexo em etapas distintas (camadas) e permite a padronização das atividades desenvolvidas em cada uma delas, sem elevar o nível de rigidez do conjunto. A implementação do processamento das informações em cada camada independe das demais (modularização), simplificando testes de validação. É preciso garantir apenas uma descrição objetiva do tipo e do formato das informações na entrada e na saída da camada, assim como quais são os objetivos e os resultados esperados, inclusive em casos de falha.
Protocolo de comunicação foi o nome dado a esse conjunto de camadas, regras de processamento e formatos de dados. Cada camada também pode ser chamada de protocolo. Assim, um protocolo é formado por uma pilha (diversas camadas) de outros protocolos. Chamamos de arquitetura de redes o conjunto de todos os protocolos de comunicação empregados na implementação de uma rede.
Importante
Modelos definem princípios, estabelecendo padrões, que promovem a interoperabilidade de equipamentos desenvolvidos por fabricantes distintos.
No fluxo contínuo da comunicação, cada camada recebe informações da camada anterior, processa segundo as regras predefinidas e repassa o resultado para a camada seguinte. Os detalhes de hardware e software, como tipo de processador, tamanho da memória e algoritmos utilizados, estão encapsulados e são de conhecimento apenas do fornecedor do protocolo.
As funcionalidades de cada camada foram estabelecidas de maneira que possam ser reaproveitadas para implementação de protocolos distintos. Enquanto uma camada tem seu foco no meio físico de comunicação da mensagem, com ou sem fio, por exemplo, outra camada que responde pela verificação da integridade da mensagem pode ser aproveitada em ambas as situações.
Independência de implementação baseada na padronização e possibilidade de reaproveitamento de camadas são conceitos que se consolidaram ao longo dos anos. Na área comercial, permitiram a criação de componentes de sistemas de comunicação, variando desde pequenos dispositivos até servidores dedicados, organizados de maneira a prestar serviços específicos na rede. Foram decisões acertadas de concepção e projeto considerando um mercado de soluções bastante dinâmico, com mudanças frequentes decorrentes de rápidos avanços tecnológicos, em que sempre é preciso atender à necessidade de garantia da interoperatividade entre equipamentos de fabricantes distintos.
Pilhas TCP/IP
A família de protocolos TCP/IP, como ficou conhecida, é um dos pilares de todo o desenvolvimento de serviços de rede que hoje conhecemos. Criada em alinhamento com o modelo de camadas, convencionou-se que as camadas mais elevadas estão logicamente mais próximas da interface com o usuário e lidam com informações num nível mais elevado de abstração, enquanto as mais baixas aproximam-se mais de pacotes de dados enviados e recebidos pelas interfaces físicas dos meios de comunicação.
Foi concebida com dois objetivos principais. O primeiro era de interconexão de diferentes tipos de redes locais para criar um serviço de comunicação global, em que computadores geograficamente distribuídos, operando em redes em área limitada e com tecnologias distintas, pudessem trocar mensagens e usufruir de serviços de rede comuns. Foi desse esforço que se consolidou a internet, a rede das redes, interligando bilhões de usuários em todo o mundo.
O segundo objetivo foi o de criar uma abstração da rede física para liberar o desenvolvimento de aplicações das limitações geradas por detalhes de implementação de protocolos, sistemas operacionais e meios de comunicação. A ideia era que o desenvolvedor da aplicação tivesse um conjunto de funções-padrão de comunicação acessadas via uma interface de software padrão. Essa aplicação, por exemplo, de transferência de arquivos via rede funcionaria em qualquer rede a que os usuários estivessem conectados.
Importante
Benefícios do TCP/IP:
· Padronização: amplamente implementado por todos os fabricantes.
· Interconectividade: integra distintos sistemas em redes heterogêneas.
· Integração: conecta soluções tecnológicas novas e antigas.
· Robustez: suporta aplicações de rede com grande estabilidade.
· Escalabilidade: conecta redes locais à internet em todo o mundo.
O TCP/IP é uma pilha de protocolos organizados em 4 camadas:
Os protocolos mais conhecidos na camada de aplicação são os seguintes:
· HTTP/HTTPS: navegação na web.
· 
· SMTP: comunicação de e-mails.
· 
· FTP: transferência de arquivos.
· 
· Telnet: terminal virtual de comandos de texto.
Na camada de transporte, os principais protocolos são TCP, UDP e SCTP.
O TCP (transmission control protocol) oferece um serviço de comunicação com garantia de que a ordem e o conteúdo dos dados recebidos estão corretos. É um serviço orientado à conexão lógica (sessão) confiável que se estabelece entre dois nós da rede antes do início da transmissão. O protocolo oferece ainda diversas funcionalidades, como:
· conexão simultânea nos dois sentidos (full-duplex);
· controle de fluxo e de congestionamento da comunicação;
· retransmissão de pacotes perdidos ou corrompidos;
· confirmação de recebimento de dados.
Já o UDP (user datagram protocol) é usado para envio e recebimento de dados isolados pouco sensíveis, sem nenhuma garantia quanto à correção da ordem de chegada ou do conteúdo. Os pacotes com dados corrompidos são simplesmente descartados. Ele é de mais simples implementação e demanda menor processamento e alocação de memória para ser executado pelo equipamento conectado à rede, reduzindo o tempo de resposta na rede (latência).
O protocolo SCTP (stream control transmission protocol) oferece a transferência confiável de pacotes, livre de erros de duplicação e falhas no endereçamento, assim como suporte para novas aplicações como VoIP (voice over internet protocol). Ele foi concebido de maneira a combinar as melhores funcionalidades dos protocolos TCP e UDP.
Na camada de rede da pilha TCP/IP, o protocolo IP (internet protocol) oferece o serviço de endereçamento de dados, sem verificação de erros, confirmação de recebimento ou qualquer outra funcionalidade como as disponibilizadas pelo protocolo TCP. Apesar da simplicidade, o serviço de menor esforço de comunicação de dados do protocolo IP é suficiente para atender à demanda dos demais protocolos em níveis superiores, a menos que haja uma perda excepcional de pacotes de dados ou atrasos muito grandes de transmissão na rede.
Os protocolos ethernet, SNA (system network architecture)e wireless fazem parte da camada física do TCP/IP. Diversos serviços de comunicação são oferecidos nesse nível: tradução de nomes e endereços lógicos em endereços físicos, especificação de rotas de dados na rede, gerenciamento de tráfego e taxas de comunicação, além de divisão/reunião de pacotes de dados. Essa camada oferece um elevado grau de liberdade para implementação de protocolos, suficiente para permitir a operação do TCP/IP em ambientes de rede envolvendo grande variedade de tecnologias, velocidades de comunicação e meios de transmissão.
Para saber mais...
O protocolo ICMP (internet control message protocol) situado na camada de rede utiliza os serviços do protocolo IP para controlar a propagação de dados na rede, sinalizando erros de congestionamento, atrasos de propagação e falhas no roteamento de pacotes entre redes. A gestão dos nós e do tráfego entre eles é uma função importante que busca a garantia da qualidade dos serviços. Parte do tráfego de uma rede é gerado por protocolos de controle como o ICMP.
· O PROTOCOLO OPEN SOURCE EXISTE PARA RESOLVER PROBLEMAS DE HETEROGENEIDADE
· PROCESSO DE CONTENÇÃO: OCORRE NA TOPOLOGIA DE BARRAMENTO, QUANDO UM COMPUTADOR ENVIA UMA MENSAGEM, OS OUTROS PARAM.
· TOQUEM: OCORRE NA TOPOLOGIA DE ANEL, PARA QUE AS MÁQUINAS POSSAM TRANSMITIR MENSAGEM.
· O CONCENTRADOR NA TOPOLOGIA ESTRELA É UM SWITCH
· CAMADA DE ACESSO: DÁ ACESSO A TODAS AS MÁQUINAS; SÃO UTILIZADOS SWITCHES
· CAMADA DE DISTRIBUIÇÃO: DISTRIBUI O ACESSO PARA TODOS
· CAMADA DO NÚCLEO: GERENCIAMENTO DE TRÁFEGO