5) Redes de Computadores

• 1^as Redes: simples transferência de arquivos

• Redes hoje: protocolo TCP/IP implementado como parte do SO Unix

• Diversas classificações das redes de computadores

• Quanto ao tamanho:

  1. redes locais (LANs – local area networks)

  2. redes de longa distância (WANs – wide area networks)

• Quanto ao fabricante:

  1. redes proprietárias (fechadas)

  2. redes abertas

• Quanto à topologia: (Fig. 3.10)

  1. Anel

  2. Via

  3. Estrela

  4. Irregular

• Internet: é uma rede de redes de computadores

• É uma combinação de:

  1. LANs

  2. WANs

  3. ‘backbones’ (espinha dorsal)

  4. redes de computadores de alta velocidade

  5. meios de comunicação de alta capacidade

  6. roteadores (máq. especializadas em transm de pacotes)

• Endereçamento na Internet: por meio de grupos de rede, chamados de domínios (Fig. 3.11)

• Endereçamento de um computador na Internet:

  1. descrito por meio de um padrão de bits (32 bits)

  2. duas partes, onde cada uma identifica:

• o domínio a que pertence (identif. de rede)

• a máquina (identif. do computador)

3. papel da InterNIC (Internet Network Informat. Center)

4. nome do domínio (mais fácil de memorizar)

• Exemplo: comp.ufla.br (Fig. 3.12)

• Word Wide Web: divulgação por meio de hipertexto

• Hipermídia: redes de textos, imagens e sons

• Modelo Cliente/Servidor novamente

• Linguagem do hipertexto: HTML (Hypertext Markup Language)

• Segurança na rede: senha

6) Protocolos de Redes

• São os conjuntos de regras que regulam a comunicação entre os diferentes componentes de um SO

• Os protocolos de rede definem os detalhes de cada atividade realizada na rede:

  1. modo de envio das mensagens

  2. maneira como autoriza o envio de mensagens

  3. forma de manipulação das tarefas de empacotar e desempacotar mensagens para transmissão

Controle dos Privilégios de Transmissão

• Um método para coordenar as autorizações de transmissão de mensagens: protocolo token-ring (anel de tokens) para redes em anel

• Cada máquina só transmite mensagens à direita (Fig.3.13)

• E só recebe mensagens da máquina à esquerda

• Transmissão sempre é feita no sentido horário: a máquina que recebe a mensagem faz uma cópia dela e a re-envia à sua direita

• Quando a mensagem volta para a máquina que a originou a mensagem é retirada de circulação

• Deve haver cooperação entre as máquinas da rede

• Problema: cada máquina tenta enviar só as suas mensagens

• Solução: padrão bits chamado ‘token’

• A máquina só pode enviar mensagens se tiver o ‘token’

• Uma vez enviadas as mensagens o computador envia o ‘token’ ao computador à sua direita, o qual também poderá enviar mensagens

• Deste modo, cada máquina terá a oportunidade de enviar, na sua vez, mensagens para as outras máquinas do anel

• Outro método para coordenar as autorizações de transmissão de mensagens: protocolo CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Acess with Collision Detection)

• É o protocolo da rede Ethernet

• Toda mensagem transmitida por uma máquina é re-enviada para todas as outras máquinas da via (redes em via)

• Cada máquina monitora todas as mensagens; retém somente aquelas endereçadas para ela

• Para enviar uma mensagem, uma máquina espera até detectar silêncio na via, quando começará a transmitir

• Se outra máquina começar a transmitir ao mesmo tempo, elas detectam o sinal e interrompem suas transmissões

• Elas aguardam um período de tempo aleatório (curto) e tentam novamente a transmissão

Arquitetura em Camadas dos Softwares de Redes

• Software de rede fornece as ferramentas abstratas necessárias para a transmissão de mensagens pela rede

• Tais ferramentas abstratas formam a infra-estrutura do modelo ‘cliente-servidor’

• Compreensão desta estrutura é importante para que se possa entender a Internet

• Seu estudo exemplifica os conceitos em que se baseiam os sistemas de software

• ‘Ferramenta abstrata’ significa que:

1. o usuário dela não se preocupa com o ‘como’ ela faz, apenas com ‘o que’ ela faz

2. o implementador dela não se preocupa com ’quem ou quando’ ela é utilizada, apenas com o ‘como’ ela faz

• Analogia do ‘Transporte de Pacote via Correio’ (Fig. 3.15)

• Sua empresa (Tabajara):

• envia peças de reposição a um cliente em lugar distante

• sua tarefa: juntar e empacotar as peças de acordo com as especificações da companhia entregadora de encomendas

• você despacha o pacote nesta companhia (e a sua tarefa está completa, pois a responsabilidade é da companhia)

• porém, não é papel da companhia entregadora transportar peças de reposição, mas sim o de transportar pacotes com certo tamanho e peso, de um destino ao outro, e dentro de um certo prazo de tempo

• por sua vez, a companhia entregadora junta o pacote com vários outros em um contêiner, de acordo com as regras que a companhia área especifica

• com o contêiner preenchido a companhia área assume a responsabilidade pelo transporte

• não é papel da companhia aérea transportar peças de reposição ou pacotes, mas sim o de transportar contêiners de um destino a outro, dentro de certo prazo de tempo

• após o vôo, a companhia aérea entrega o contêiner para a companhia entregadora da cidade, assumindo esta a responsabilidade pela entrega dos pacotes

• Esta companhia abrirá o contêiner e entregará o pacote a seu cliente, de acordo com o endereço fornecido

• Em suma, o transporte de pacotes é feito por meio de uma hierarquia de três níveis:

1. o nível do usuário (você e seu cliente)

2. o nível da companhia entregadora

3. o nível da companhia aérea

• Cada nível usa nível inferior como uma ferramenta abstrata

você não se preocupa com os detalhes do trabalho da companhia entregadora, e esta não se preocupa com os detalhes do trabalho feito pela companhia aérea

• Em cada nível da hierarquia se pode identificar o remetente e o destinatário (pacote e contêiner)

• É o que ocorre com o software que controla a comunicação em rede; mas no caso pode haver mais de 3 níveis e estes são chamados de ‘camadas’

• Cada camada é formada por conjunto de rotinas de software

• Objetivo da divisão de trabalho em hierarquia de camada:

1. divide a tarefa completa em subtarefas manipuláveis

2. estabelece objetivos específicos para cada subtarefa

3. estabelece limites entre as ações de cada subtarefa

4. estabelece interface padronizada entre as camadas

5. o ‘como’ é feito o trabalho de cada subtarefa não é importante para as outras subcamadas

6. Para cada camada, as subtarefas feitas nas outras camadas são vistas como ferramentas abstratas

Hierarquia do Software da Internet

• O software de controle de comunicação da rede Internet utiliza 4 camadas (Fig. 3.16)

• Mensagem dividida em pequenas parcelas ou partes

• Cada parcela é repetidamente empacotada pelas camadas de software, à medida que elas passam de uma camada à outra, descendo de nível

• Cada empacotamento consiste em bits adicionais colocados à frente ou atrás da parcela (ou pacote)

• Os pacotes que chegam a máquina destinatária são, na realidade, pacotes acondicionados (empacotados) dentro de outros pacotes

• Estes pacotes ‘empacotados’ (acondicionados) são desempacotados, camada por camada, à medida que eles sobem de nível, até que as parcelas de mensagens sejam reagrupadas e enviadas ao módulo de software adequado, da máquina destino

• É comum o invólucro de um pacote exceder o tamanho das próprias mensagens contidas nele

• Camada de Aplicação: armazena as mensagens recebidas e supervisiona a transmissão delas

• Exemplos: o envio de mensagens de um gerenciador de correio eletrônico, ou de arquivos para outro computador, ou ainda o recebimento de ‘homepages’ por um ‘browser’

• Importante: não confundir os software aplicativos com o software da camada de aplicação

• Camada de Transporte: é usada pela camada de aplicação

• A camada de aplicação envia à camada de transporte a mensagem a ser transmitida, juntamente com o endereço do destinatário

• É de responsabilidade da camada de aplicação prover um endereço com formato compatível com as especificações da camada de transporte

• Para cumprir a exigência, a camada de aplicação solicita os serviços dos servidores de nomes da Internet, para traduzir os endereços mnemônicos usados para os correspondentes endereços numéricos de rede (o padrão de 32 bits)

• Tende recebido a mensagem e o seu endereço, a camada de transporte divide a mensagem em segmentos de tamanho compatível com as especificações da camada de transporte, acrescenta números sequênciais a estes segmentos (para sua reconstituição), e despacha os pacotes resultantes para a camada de rede

• Camada de Rede: responsável por verificar se os pacotes recebidos são despachados corretamente pela Internet aos seus destinatários finais

• Isso é feito acrescentando-se a cada pacote um endereço destinatário intermediário, de acordo com as seguintes normas:

  1. Se o destino final do pacote estiver dentro da rede corrente, o endereço anexado será uma duplicata do último endereço destinatário usado

  2. Caso contrário, o endereço anexado será o roteador da rede corrente

• Daí que:

  1. o pacote destinado a uma máquina dentro da rede corrente será enviado a esta máquina

  2. e o pacote destinado a uma máquina externa será enviado a um roteador, de onde será transferido para uma rede adjacente

• A camada de rede embrulha os pacotes, que recebe da camada de transporte, com uma cobertura adicional, que apresenta o endereço intermediário (em vez do original)

• Os pacotes estendidos (re-empacotados) são então enviados à camada de ligação (link layer)

• Camada de Ligação: responsável por lidar com os detalhes da comunicação com a rede específica em que a máquina se encontra:

  1. Rede ‘token-ring’  aguarda o recebimento do token

  2. Rede Ethernet  espera por um silêncio na via

• Camada de ligação também tem que traduzir os endereços da Internet (que aparecem do lado de fora dos pacotes) para um sistema local apropriado de endereços, e acrescentar estes endereços traduzidos ao pacote, na forma de mais um invólucro adicional

• No recebimento dos ‘pacotes de pacotes’, cada camada desfaz o trabalho feitos pelas várias camadas na emissão da mensagem

• Quando a camada de ligação recebe os pacotes de rede de comunicação, ela retira o invólucro exterior colocado pela camada de ligação na mensagem original, e despacha os pacotes desempacotados para a sua camada de rede

• Toda vez que a camada de rede recebe um pacote da sua camada de ligação, aquela elimina o endereço intermediário da Internet e passa a considerar o último endereço destinatário

• Se este for o seu endereço (o da própria máquina), a camada de rede enviará o pacote para a sua camada de transporte

• Caso contrário, a camada de rede re-embrulha o pacote, anexando um novo endereço intermediário e envia de volta a sua camada de ligação para prosseguir na rede

• Deste modo, os pacotes passam de máquina em máquina até os seus destinos finais

• A cada passo, é a camada de rede que se encarrega de determinar o destino da mensagem no passo seguinte de seu trajeto

• Para facilitar o re-endereçamento: a camada de rede mantém uma tabela de roteamento

• Quando a camada de transporte recebe pacotes da camada de rede, aquela extrai os segmentos da mensagem e a reconstrói, de acordo com a sequência de números

• Uma vez reconstruída a mensagem, a camada de transporte a envia para a sua camada de aplicação, onde será devidamente tratada (acessada por um aplicativo qualquer)