Introdução a protocolos de comunicação

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IFSudesteMG – Barbacena 
Sistemas para Internet 
Profª. Priscila Sad 
 
O Problema da Comunicação 
 
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 Ao longo do tempo, o homem tem conseguido 
atingir distâncias cada vez maiores, em menor 
tempo ... 
 ... e o mundo tem ficado cada vez “menor”! 
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 Tudo o que é detectável por uma grande distância 
é um meio potencial de comunicação. 
 Há um longo caminho na tentativa de construir 
sistemas para transferir informações de forma 
rápida por meio de grandes distâncias. 
 O problema de se projetar protocolos de 
comunicação eficientes e sem erros existe muitos 
antes do surgimento dos primeiros computadores. 
 A sequência de eventos que levam à falha de um 
protocolo é difícil definir. 
◦ Devemos esperar o inesperado 
 
 
Pinturas Rupestres Voz Humana 
 
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 Sinal de Fumaça 
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O cacique 
está chegando! 
Chefe, eu vim o mais rápido possível! 
Não adianta! O sinal está muito fraco! 
 Grécia Antiga 
◦ Agamemnon, escrita por Aeschylus em 458 a.C., 
descreve como sinais de fogo foram usados, 
supostamente, para comunicar a queda de Tróia para 
Atenas numa distância acima de 450 km 
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Aeschylus 
 Grécia Antiga 
◦ Problema com sinais de fogo: 
 Número de mensagens diferentes que podem 
ser enviadas é bastante limitado 
 
◦ Problema identificado por Polybius, 
historiador grego do segundo século a.C. 
 Não havia como mandar uma nova mensagem 
que necessitasse atenção imediata 
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Estátua de Polybius achada 
em Cleitor, Grécia 
 Grécia antiga: Solução de Polybius 
 
◦ Dois conjuntos de cinco tochas 
◦ Suposições: 
 Há um acordo prévio entre os sinalizadores sobre a 
codificação das letras e as regras de comunicação a serem 
usadas 
 Alfabeto dividido em cinco conjuntos de cinco letras 
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 Grécia antiga: Solução de Polybius 
◦ Regras de comunicação: 
 Sinalizador que inicia a transmissão levanta duas tochas 
 Sinalizador que irá receber a mensagem levanta duas tochas 
como confirmação que está pronto 
 Sinalizador T(X) usa o conjunto de tochas da esquerda para 
indicar o conjunto do alfabeto a ser usado e o conjunto de 
tochas da direita para indicar a letra a ser transmitida 
 
◦ Mensagens arbitrárias poderiam ser enviadas 
◦ Método usado por quase 20 séculos! 
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 Telégrafo Ópticos 
◦ Sistema de telégrafo construído pelos franceses por volta 
de 1791. 
◦ Era um conjunto de hastes móveis que transmitiam letras 
e sinais de um código. 
◦ Usado para codificar mensagens a partir da posição dos 
indicadores e reguladores. 
◦ Era colocada em lugares altos, como torre de igrejas. 
◦ Podia mandar mensagens a distancia de 700 km em 20 
minutos. 
◦ O sistema deixou de ser usado quando surgiram os 
aparelhos elétricos. 
 
 
 
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Primeiro Telégrafo Óptico 
Paris-Lille, 1794, Claude Chappe 
Telégrafo em Condé, França 
Novembro 1794 
 Telégrafo Óptico 
◦ Primeira rede de telecomunicações da Europa: Lyon-
Turin-Milão-Veneza 
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The Early History of Data Networks 
Gerard J. Holzmann, Björn Pehrson 
ISBN: 0-8186-6782-6, Hardcover, 304 pages 
November 1994, Wiley-IEEE Computer Society Press 
 Telégrafo Óptico 
◦ Teoricamente com 3 partes móveis, cada semáforo 
poderia ser definido em 256 posições. 
◦ Usado para codificar letras maiúsculas e minúsculas, 
sinais de pontuação e códigos de controle. 
 
 
 
 
 Telégrafo Eletromagnético 
◦ Telégrafo elétrico escrito por um misterioso em uma 
revista em 1753 
◦ Uso de fios paralelos para cada caractere a ser 
transmitido. 
◦ Pequeno pith-balls eram colocados perto do terminal de 
cada fio no receptor 
◦ O remetente colocava uma carga elétrica em um dos fios 
e o pith-ball correspondente no receptor se movia. 
◦ A partir daí, veio os conceitos sobre indução elétrica e o 
surgimento de telégrafos elétricos mais eficientes. 
 Telégrafo Eletromagnético 
◦ Muito usado na comunicação para proteger trechos de 
estrada de ferro perigosos. Ex.: linhas de via única ou 
túneis. 
 A causa de um acidente ferroviário é investigado e 
documentado detalhadamente 
 Um acidente grave inesperado pode acontecer a partir da 
combinação de vários eventos. 
 Um acidente poderia ser evitado se um protocolo de 
comunicação pudesse ser usado adequadamente entre os 
sinaleiros. 
 Telégrafo Eletromagnético 
 
 Primeiras redes 
◦ Embora o telégrafo fosse usado a princípio na sinalização 
ferroviária, logo foram usadas em outras aplicações, como a 
bolsa de valores em Londres e Paris. 
◦ Surgiram as primeiras empresas de telégrafo público. 
◦ Em 1875 havia quase 200.000 Km de linhas telegráficas em 
operação. 
◦ Usado a versão do telégrafo com Código Morse. 
 Usava 3 símbolos: ponto, traço e traço longo 
 Versão mais moderna em 1851 através de código binário e 
comprimento variável do símbolos: ponto e traço. 
 Primeira melhoria com uso de perfurador de fita de papel. 
 Primeiras redes 
◦ Em 1858, foi construída uma perfuradora de papel 
automática com a velocidade de transmissão de 300 
palavras/minuto (cerca de 30bit/s) 
◦ Em 1920 surgimento das primeiras telemáquinas de 
escrever. 
 Teclados e impressoras foram ligadas diretamente ao 
telégrafo 
◦ Em 1850 e 1950 houve o surgimento, respectivamente, do 
rádio e televisão. 
 Protocolos de comunicação 
◦ Por volta de 1940 o rigor dos novos protocolos de 
comunicação aumentou rigorosamente quando a execução de 
um protocolo foi automatizado em grandes computadores 
mainframe. 
◦ Em 1946 o ENIAC (primeiros computadores programáveis) 
com 30 toneladas. 
◦ O tamanho nunca foi problema para um protocolo, mas a sua 
velocidade cada vez mais foi preocupação no projeto de 
protocolo. 
◦ Em 1956 ocorreu as primeiras experiências em transmissão de 
dados de longa distância entre dois computadores usando 
linha telefônica. 
 Problemas de controle de comunicação dos dados. 
 Protocolos de comunicação 
◦ Os primeiros dados dos protocolos de comunicação eram 
executados em computadores com codificações simples, 
e a maioria manual. 
◦ Procedimentos usados para resolver problemas de 
coordenação da comunicação usando o modelo 
mestre/escravo. 
◦ Uma das partes estava envolvida com o controle da 
comunicação e responsável pela transferência entre 
todos os dados e tarefas, sincronização e gerenciamento 
da conexão. 
 Protocolos de comunicação 
◦ Em 1960 com ligações diretas dos computadores através 
da rede de dados, o problema do projeto de protocolos 
se tornou ainda mais importante. 
◦ A velocidade da transmissão dos dados eram maiores, a 
carga de tráfego também era maior e a conveniência da 
relação mestre/escravo ficou inviável. 
◦ Os computadores se comunicavam diretamente , 
conectado em redes aos pares. 
 Protocolos de pares 
◦ As primeiras redes de grande porte foi nas Cia Aéreas 
(American Airlines) no início dos anos 1960. 
◦ 1969 houve a construção de uma grande rede de 
comutação de pacotes pelo Departamento de Defesa 
americano. A ARPA. 
 Ligava aproximadamente 1200 nós . 
◦ A internet, sucessora da ARPA cresceu de 25000 nós em 
1985, até 250 mil nós em 1989. 
◦ A quantidade de dados da rede privada e pública 
cresceu rapidamente 
 
 Protocolos de pares 
◦ Embora hoje os sistemas possam se comunicar usando fibras 
ópticas ou satélites, os problemas devem ser resolvidos para: 
 utilizar um sistema de comunicação eficaz; 
 fazer o compartilhamento adequado de recursos; 
 Responsabilidade de gerenciar os recursos ser negociado entre as 
partes. 
◦ Os design de redes de 1960 aprenderam da pior maneira que 
eventos inesperados podem arruinar completamente a rede: 
 Redes paralisadas por protocolos com defeitos ou incompletos 
 A colisão de dados entre dois satélites “pode parecer” inofensível, 
mas a colisão entre dois trens não. 
 Linguagens de Protocolos 
◦ O termo protocolo para a comunicação de dados foi usado 
pela primeira vez no Laboratório Nacional de Física da 
Inglaterra 
 Um memorando foi intitulado “Um protocolo parautilização na 
rede de comunicação de dados com morosidade” 
◦ Protocolo é um acordo sobre a troca de informação entre duas 
partes comunicantes. 
 Define o formato em que as mensagens serão escritas (sintaxe) 
 Define o formato da troca de mensagens o vocabulário válido entre 
as mensagens trocadas (semântica) 
 Deve estabelecer as regras de tudo o que é permitido e proibido. 
 Requisito difícil de atender 
◦ Embora protocolos sejam usados na comunicação de longa 
distância, sempre há um humano por trás das decisões de 
eventos inesperados. 
 
 Padronização de Protocolos 
◦ Existem muitos órgãos de padronização ativos na área 
de comunicação de dados. 
 National Institute of Science and Technology (NIST) 
 International Standards Organization (ISO) 
 Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 
 American National Standards Institute (ANSI) 
 Padronização de Protocolos 
◦ ISO 
 Inclui muitos órgãos padrões, tais como: 
 ANSI: Responsável pela padronização dos da codificação de 
caracteres ASCII e a definição de interface RS232 
 A ISO é organizado em comitês técnicos (TC), que por sua 
vez é organizado em subcomissões (SC) e grupos de 
trabalhos (GT) 
 A TC97 lida com as normas para computadores; 
 TC97/SC6 lida com telecomunicações; 
 TC97/SC6/GT1 atua nos padrões de protocolos do enlace de 
dados. 
 A adesão ao ISO é voluntária. 
 Padronização de Protocolos 
◦ CCITT (The Comité Consultatif International Telégraphique 
et Tele phonique) 
 Parte da organização ITU (International Telecommunications 
Union) 
 É um tratado formado por duas organizações separadas CCIT 
(sistemas de telégrafos) e CCIF (sistemas de telefonia) 
 Inclui a AT&T (EUA) e PTT (Europa) 
 Inclui o Departamento de Estado dos EUA 
 Organizado em grupos de estudos (SG) e grupos de trabalho (WP) 
 O SGVII, por exemplo, diz respeito a redes de comunicação de 
dados; e 
 SGVII/WP2 trabalha em interfaces de rede 
 Publicação conhecida: X.25 
 Padronização de Protocolos 
◦ IFIP (Federation for Information Processing) 
 Organização que faz ligação entre os trabalhos da CCITT e 
ISO. 
 Criada em 1960. 
 Organizado em subcomissões técnicas (TC), onde cada TC é 
subdividos em grupos e trabalho (WG) 
 TC6, por exemplo, é dedicado a dados comunicações; e 
 WG6.1 estuda Arquiteturas e protocolos de redes de 
computadores. 
 Padronização de Protocolos 
◦ A existência dessas organizações para a padronização de 
protocolos não resolve o problema. 
◦ Eles enfrentam os mesmos problemas que os projetistas 
de protocolos. 
◦ Para projetar e descrever um protocolo, precisamos ser 
capazes de: 
 Expressar os critérios do projeto; 
 Verificar sua eficácia; 
 Capaz de verificar se os critérios do projeto foram atendidos; 
 Projeto de protocolos é tão antigo quanto a 
própria comunicação. 
 Apenas quando a interpretação das regras de 
protocolos foi automatizado em máquinas de alta 
velocidade, percebeu-se que projetos de 
protocolos era um problema desafiador. 
 Os protocolos hoje são maiores e mais complexos, 
tem mais funcionalidades. 
 O problema que um designer enfrenta agora é 
fundamental: como criar grandes conjuntos de 
regras para a troca de informações que são 
mínimas, logicamente consistente, completa e 
eficazmente aplicadas. 
◦ Dado um problema, como pode um designer resolvê-lo 
de forma sistemática de modo que os requisitos sejam 
alcançados? 
◦ Dado um protocolo, como um analisados de protocolo 
mostra que o protocolo está em conformidade com os 
requisitos?