Protocolo de rede

Não basta a ligação em hardware; é necessária uma
linguagem comum


protocolo de comunicações - especificação do formato das
mensagens e das condições em que são enviadas
IP - Internet Protocol






define formato dos pacotes e comportamento dos routers
é o mínimo para que um computador se possa ligar à Internet
cada computador tem uma cópia do software IP que todas as
aplicações de rede usam
pacote IP é um datagrama (telegrama de dados)
computador A pretende enviar dados para o computador B: A
constrói um datagrama, entrega-o à sua rede que se encarrega
de o transportar até B e B extrai os dados do datagrama
cria-se a ilusão de uma única rede virtual
Internet - 1
Implementando uma rede virtual

O hardware das várias tecnologias de rede não
entende directamente o formato IP






cada rede define o seu próprio formato de pacote
os datagramas viajam encapsulados em pacotes das redes que
atravessam (são os dados destes pacotes)
um router recebe um pacote da rede A, retira o respectivo
datagrama para obter o endereço, escolhe a rede para onde o
enviar e embrulha-o num pacote apropriado para essa rede
só a máquina destino abre o datagrama para processar os dados
o endereço do pacote pode ser diferente do endereço do
datagrama (intermediário)
cada máquina tem que ter o seu endereço IP
(incluindo os routers)
Internet - 2
Endereços

Para ligar computadores à Internet é necessário
obter endereços da autoridade Internet competente


os endereços IPv4 têm 32 bits e escrevem-se como
4 números (0-255) separados por pontos
193.136.28.10


InterNIC  FCCN  CICA
IPv4 tem um máximo teórico de 4G; futuro IPv6 expande
atribuição de endereços optimiza a gestão da rede:
computadores na mesma rede têm o mesmo prefixo


uma máquina, para enviar um pacote para um endereço de outra
rede, dirige o pacote ao seu router, que o passa ao router
apropriado seguinte, até chegar à rede do destino
podem existir caminhos alternativos; escolhe-se, em princípio, o
mais curto que está activo
Internet - 3
Classes de redes
Endereço: <número da rede><número do nó>
Classe
A
B
1º byte
Rede
Nó
1-126
N
N.N
H.H.H
H.H
H
C
128-191
192-223
D
E
224-239
240-254
N.N.N
(multicast)
(reservada)
Número do nó
Gestão local
(FEUP: 14 redes classe C)
Internet - 4
Perda de pacotes

Nível de comutação de pacotes, para ser eficiente,
tem que ser simples




X
um router recebe pacotes e encaminha-os
tem alguma memória, capaz de absorver picos de tráfego
se saturar, os pacotes a mais perdem-se
é necessário reenviar os pacotes perdidos, mas garantir isso não
é responsabilidade da camada IP
Rede a
máx: 5000
XZ
YW
Rede c
Y
Rede b
Z
W
Rede d
máx: 5000
?
máx: 5000
Internet - 5
Protocolo de transmissão

Para transmitir uma mensagem grande é necessário




parti-la em pacotes
transmitir os pacotes
reconstruir a mensagem, assegurando que todos os pacotes
chegaram, sem repetições e pela ordem correcta
TCP - Transmission Control Protocol

garante que a mensagem é correctamente transmitida
• promove o reenvio de pacotes perdidos, ao fim de um prazo
• reordena os pacotes que se atrasaram por seguirem caminhos mais
longos
• ignora eventuais pacotes repetidos


torna a Internet fiável
tão essencial a cooperação com o IP, que o protocolo básico da
Internet é muitas vezes designado conjuntamente TCP/IP
Internet - 6
Retransmissão de pacotes





TCP acrescenta uma identificação dos dados em cada
pacote (permite detectar repetidos)
quando um pacote chega ao destino, o facto é
confirmado à origem por uma pequena mensagem
de cada vez que envia dados, o TCP inicia um
temporizador
se a confirmação chegar dentro do prazo, o
temporizador é cancelado, senão reenvia os dados
o prazo do temporizador ajusta-se automaticamente
segundo a distância do destino e a carga da rede

adaptação a circunstâncias variáveis explica a eficiência
Internet - 7
Família de protocolos TCP/IP

Robustez/flexibilidade
Aplicação
Telnet, FTP, SMTP, SNMP...
Transporte
TCP, UDP
Rede
IP, ICMP (RFC 792),
IGMP (RFC 1112)
Ethernet, FDDI, ATM...
Interface ao meio
Internet - 8
Porque funciona bem?

IP garante flexibilidade



TCP garante fiabilidade




exige muito pouco do hardware de rede: WANs ou LANs, rápidas
ou lentas, com ou sem perda de pacotes, por rádio, cabo ou fibra
as normas são detalhadas e testadas, garantindo compatibilidade
tolerante a falhas, reenvio de pacotes perdidos, escolha de caminho
monitorização do desempenho da rede
adaptação automática à velocidade de transmissão
Método de desenvolvimento




liberdade de investigação
consenso entre os técnicos
objectivos práticos
impementação e teste como critérios para a normalização
Internet - 9
Modelos de computação

Computação centralizada



Computação distribuída




as primeiras redes tinham um computador e vários dispositivos
(impressoras, terminais, …) ligados, completamente
controlados pelo computador
modelo mestre-escravo
as redes passam a ter vários computadores com capacidade de
processar pacotes
comunicação simétrica: qualquer máquina, PC ou mainframe,
pode contactar outra máquina (peer-to-peer)
computação distribuída refere-se a computação que envolva 2
ou mais computadores a comunicar numa rede
Grande diversidade de aplicações na Internet

tipo de serviço, intervenientes na comunicação, duração,
direcção do fluxo de informação, número de envolvidos
Internet - 10
Modelo cliente-servidor

Ideia básica: especializar alguns computadores para
oferecer serviços; um programa cliente, noutro
computador, pode contactar o servidor para lhe
fazer um pedido




quem comunica são os programas (na Internet, usando TCP/IP)
TCP/IP não arranca automaticamente programas de aplicação;
programa servidor tem que estar a correr quando chegar o pedido
os computadores são multiprogramados
Resultado


embora cada comunicação seja entre dois programas, um
servidor (com várias cópias do mesmo programa) pode
satisfazer simultaneamente vários pedidos e um computador
pode ser cliente em várias conversas
cliente pode fazer um pedido, aguardar pela resposta e terminar
ou iniciar uma sessão e ficar a receber informação
Internet - 11
Arquitectura cliente-servidor
ftp
cliente
ftp
servidor
Aplicação
TCP
TCP
Transporte
IP
IP
Rede
driver
Ethernet
driver
Ethernet
Interface ao Meio
Ethernet
Internet - 12
Serviço de nomes


As pessoas preferem nomes a números
DNS - Domain Name System




serviço da Internet que faz a correspondência entre um nome
associado à máquina e o seu endereço IP
tom.fe.up.pt

193.136.28.12
nome tem que ser único; uma máquina pode ter vários nomes
O DNS marcou a transição da Internet de um
modelo de administração centralizado para um
modelo de administração distribuído.



hosts.txt (espaço de nomes plano)
DNS (espaço de nomes hierárquico)
nomes curtos + sufixo
Internet - 13
Espaço de nomes
root
arpa
com
edu
mil
fr
pt
Domínios genéricos
Domínios geográficos
uminho
up
fe
fc
lnec
tom
calvin.cs.ushef.ac.uk
máquina.departamento.organização.tipo_de_org.país
Internet - 14
Tradução


Servidores de nomes
Tal como a generalidade dos serviços da Internet, o
DNS é um serviço cliente-servidor.
BD
programa
nome
1
resolver
cliente
4
número
nslookup - interroga o DNS (Unix)
name
server
2
3
c
a
c
h
e
Server
remoto
Internet - 15
Nomes e números

Administração de nomes é feita pela instituição de
nível apropriado




pt - Governo português + FCCN
up - CIUP
fe - CICA
não há correspondência entre as partes do nome e
as partes do número IP
Internet - 16
Serviços de navegação

São serviços que permitem varrer ou vasculhar
documentos em computadores remotos







obter texto, som e imagem de uma multiplicidade de fontes
mostrar automaticamente a informação recuperada
guardar uma cópia no disco local
imprimir uma cópia em papel
seguir referências para documentos relacionados, dispensando
o conhecimento exacto do nome do ficheiro e até da máquina
as referências podem mudar de servidor
diferentes dos serviços de recuperação (ftp) que se
limitam a transferir informação sem a mostrar
Internet - 17
gopher

Serviço baseado em menús




funcionamento do navegador





cada linha do menú está associada a outro menú
a um ficheiro que é visualizado ou
a um programa para executar
contacta o servidor (um de cada vez)
obtém uma página de informação
fecha a ligação
mostra a informação
as fronteiras do computador diluem-se e o
conjunto dos servidores de gopher funcionam
como um grande repositório integrado
Internet - 18