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Padrões de Redes

Prof. Marciano dos Santos Dionizio

Padrões de Redes

• Imagine o mundo, como seria sem uma coordenação, regras, normas e padrões.

• Imaginou? Na comunicação esse fato não poderia ser excluído devido aos inúmeros fabricantes e fornecedores de equipamentos para prover a comunicação.

Padrões de Redes

• Sem uma coordenação, esses inúmeros fabricantes não se comunicariam, seriam meras redes isoladas não permitindo a interação, não existiria a internet, telefonia e outros serviços.

• O crescimento das redes de computadores só foi possível pela criação do modelo OSI, criado na década de 80, pela organização padronizadora ISO.

Padrões de Redes

• A padronização exerce outro papel fundamental de ampliar o mercado para os produtos que aderem às regras, baseando-se em dois tipos de padrão:

De facto;

De jure.

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• De facto: são padrões que não foram reconhecidos por uma organização ou comitê ao serem lançados por uma pessoa ou comunidade.

• De jure: são padrões ou protocolos que são reconhecidos legalmente ou por organizações.

Padrões de Redes

• Portanto, um produto sem padronização recebe o nome de facto e, ao ser padronizado por uma organização altera seu status para de jure.

• Os padrões de jure tem as suas especificações submetidas a um corpo avaliador no formato RFC (Request For Change) até a sua versão final aprovada.

Padrões de Redes

• Os principais órgãos padronizadores em sistemas de comunicação são:

• IEEE; • ANSI; • ISO; • ITU-T; • IEC; • EIA; • TIA; • ABNT.

Modelo TCP/IP

• O modelo de referencia TCP/IP, foi desenvolvido para a Internet, que na década de 60 era denominado ARPANET e mantido pelo departamento de defesa Americano.

• Este modelo foi liberado para uso acadêmico em faculdades e centros de pesquisa e logo após para uso comercial, correspondendo a Internet que utilizamos nos dias de hoje.

Modelo TCP/IP

• O modelo TCP/IP foi definido para que a sua arquitetura fosse flexível, capaz de adaptar a aplicações como transferência de arquivos e voz em tempo real e sobreviver a perda de hardwares e redes.

• A partir dessas exigências, permitiu que esse modelo conquistasse a preferência dos protocolos na rede mundial de computadores destacando as seguintes vantagens.

Modelo TCP/IP

• Utilizado em redes locais como redes de longa distancia;

• Adaptar-se a diferentes tecnologias físicas e de diferentes velocidades;

• Permite que um pacote seja transmitido em caminhos distintos pela rede;

• Faz o melhor esforço para entregar os pacotes.

Modelo TCP/IP

• O modelo TCP/IP foi uma pilha de protocolos criado para atender a ARPANET possuindo 4 Camadas:

Camada de Aplicação

• A camada de aplicação é a camada que a maioria dos programas de rede usa de forma a se comunicar através de uma rede com outros programas.

• Processos que rodam nessa camada são específicos da aplicação; o dado é passado do programa de rede, no formato usado internamente por essa aplicação, e é codificado dentro do padrão de um protocolo.


• Existem diversos protocolos nesta camada.

• Como exemplo de alguns deles podemos citar:

• SMTP (Simple Mail Transport Protocol) é utilizado para a comunicação entre serviços de correio eletrônico na Internet.

• POP (Post Office Protocol) é utilizado para recuperação de mensagens de correio eletrônico via Internet.


• IMAP (Internet Mail Access Protocol) - também é utilizado para recuperação de mensagens de correio eletrônico via Internet, mas de forma mais avançada que o POP3.

• HTTP (Hypertext Transport Protocol) – utilizado para a publicação de sites WEB na Internet.

• FTP (File Transfer Protocol) – utilizado para publicação de arquivos na Internet.

Camada de Transporte

• Os protocolos na camada de transporte podem resolver problemas como confiabilidade (o dado alcançou seu destino?) e integridade (os dados chegaram na ordem correta?).

• Na suíte de protocolos TCP/IP os protocolos de transporte também determinam para qual aplicação um dado qualquer é destinado.


• Permite que as máquinas mantenham uma comunicação entre origem e destino.

• Dois protocolos fim-a-fim foram definidos.

• TCP (Transmission Control Protocol): é um protocolo confiavel com conexão que entrega as informações sem erros.


• UDP (User Datagrama Protocol): é um protocolo sem conexão e não confiável destinado a aplicação de vídeo e dados de voz.

• Esse protocolo não possui controle de fluxo e manutenção de seqüência das mensagens enviadas.

Camada de Internet

• Essa camada define um formato de pacote oficial e um protocolo chamado IP (Internet Protocol).

• Sua função é integrar toda a arquitetura permitindo que as maquinas injetem os pacotes IP em qualquer rede garantindo que esses pacotes IP irão trafegar independentemente do destino.

Camada de Internet

• Os pacotes não precisam chegar à mesma ordem que foi enviada, pois, as camadas superiores fariam essa ordenação.

• Dois pontos devem ser relevados que é o roteamento de pacotes e o congestionamento para garantir a entrega.

Camada de Internet

• Com o advento da internet novas funcionalidades foram adicionadas nesta camada, especialmente para a obtenção de dados da rede de origem e da rede de destino.

• Isso geralmente envolve rotear o pacote através de redes distintas que se relacionam através da internet.

Camada de Internet

• Na suíte de protocolos para a internet, o IP executa a tarefa básica de levar pacotes de dados da origem para o destino.

• O protocolo IP pode transmitir dados para diferentes protocolos de níveis mais altos, esses protocolos são identificados por um único número de protocolo IP.

Camada de Internet

• Alguns dos protocolos transmitidos por IP, como o ICMP (usado para transmitir informação de diagnóstico sobre a transmissão IP) e o IGMP (usado para gerenciar dados multicast) são colocados acima do IP mas executam funções da camada internet.

Camada de Rede

• Como há uma grande variedade de tecnologias de rede, que utilizam diferentes velocidades, protocolos, meios transmissão, etc.

• Esta camada não é normatizada pelo modelo, o que provê uma das grandes virtudes do modelo TCP/IP: a possibilidade de interconexão e inter-operação de redes heterogêneas.

Camada de Rede

• Esta camada lida com os meios de comunicação, corresponde ao nível de hardware, ou meio físico, que trata dos sinais eletrônicos, conector, pinagem, níveis de tensão, dimensões físicas, características mecânicas e elétricas etc.

• Os protocolos da camada física enviam e recebem dados em forma de pacotes, que contém um endereço de origem, os dados propriamente ditos e um endereço de destino.

Camada de Rede

• Também gerencia o tráfego e taxas de velocidade nos canais de comunicação.

• Outra função que pode ter é o agrupamento de pequenos pacotes em um único para transmissão pela rede (ou a subdivisão de pacotes grandes).

• No destino os dados são recompostos no seu formato original.

Camada de Rede

• Características

• Ela estabelece e encerra as conexões;

• Notificação e correção de falhas;

• Podem ser guiados, através de cabos;

• Podem ser não guiados, sem fio: rádio, micro-ondas;

• Pode usar o sinal analógico ou digital;

Modelo OSI

Modelo OSI

• Com o objetivo de efetuar uma divisão das diversas partes da rede que compõem uma transmissão, para que possam existir etapas definidas e que permitam a indicação dos diversos componentes, a ISO (Internacional Standard Organization) criou o modelo OSI (open Systems Interconection).

Modelo OSI

• Esse modelo separa as etapas de transmissão, definindo como cada fase do processo deve proceder na transferência de dados.

• Isto torna flexível a implementação de software e hardwares ao longo da rede, pois define as funções de cada fase, facilitando a operacionalização para usuários e fabricantes

Modelo OSI

• Cada nível oferece serviços ao nível seguinte.

• As conexões de um nível são gerenciadas pelo protocolo daquele nível.

• Os níveis definidos com suas funções são sete,assim numerados:

Modelo OSI

Camada Física

• São as conexões elétricas formadas pelos modems, linhas físicas, conectores, cabos e interfaces de hardware de comunicação dos equipamentos.

• Nesse nível temos:

• As definições dos sinais elétricos;

• Transmissão de bits;

• Detecção da portadora de transmissão de dados.

Camada de Enlace

• Situa-se na conexão de dois pontos de uma rede, em que é feita a formatação das mensagens e endereçamento dos pontos em comunicação, ou seja, os bits do nível físico são agora tratados como blocos com endereçamento de origem e destino.

• Nessa camada é feita:

• Checagem de blocos transmitidos e recebidos;

Camada de Enlace

• Correção de erros na transmissão entre dois pontos;

• O nível de enlace possui o conjunto de regras que governa a troca de dados pelo meio físico entre dois pontos.

• Algumas de suas características são:

• Troca transparente de dados. O nível de enlace permite a transferência de qualquer seqüência de bits, portanto, transparente aos dados trafegados;

Camada de Rede

• Nesse nível é feito o controle de todo o trafego dentro da rede externa, como o roteamento dos dados entre os nós da rede para atingir o endereço final. Os pacotes de dados são encaminhados entre os nos da rede ate atingirem o seu destino;

• Tarefas atingidas nesse nível são por exemplo:

• O empacotamento (montagem dos pacotes ou blocos de dados );

Camada de Rede

• Correção de falhas de transmissão entre os nos da rede;

• Controle de fluxo;

• Roteamento dos dados ;

• Encaminhamentos dos pacotes selecionado;

• Controla a transferência do pacote entre a origem e o destino (determina o melhor caminho);

Camada de Rede

• A determinação do melhor caminho pode ser feita em um ponto centralizado da rede ou de forma distribuída.

• O encaminhamento pode ser:

• Estático: Usa-se sempre o mesmo caminho ou divide-se o trafego com outras linhas fixas;

• Adaptativo: escolhesse o melhor caminho. Requer grande troca de informações entre os nos da rede sobre o status das linhas.


• Nessa camada são definidas as regras de controle da comunicação fim a fim entre duas pontas finais que estão se comunicando entre si. É o protocolo dessa camada que garante a entrega correta dos dados no seu destino.

• Essa camada é a primeira a fazer o controle fim a fim, a integridade das mensagens trocadas entre dois usuários finais deve ser garantida, independentemente dos controles dos níveis anteriores.


• Nessa camada temos: • A definição e operacionalização do

endereçamento fim a fim; • Multiplexação e demultiplexação dos dados para

distribuir entre vários terminais de uma rede final;

• Tratamento de retardo e espera de pacote; • Controle de fluxo de mensagens entre

transmissor e receptor e a capacidade de recepção do receptor;

Camada de Sessão

• Nesta camada é realizada a sincronização entre transmissão e recepção permitindo que os processos sejam executados em computadores diferentes;

• Permite recuperar as conexões de transporte sem perder a conexão, ou seja, a sessão continua onde parou;

Camada de Sessão

• Nesse nível opera o protocolo que faz o acesso do usuário a rede para acessar outros sistemas.

• Nele são feitas trocas de mensagens que especificam nas duas pontas a forma de sincronização, como, por exemplo, se a transmissão vai ser half-duplex ou full-duplex.

Camada de Apresentação

• Uma vez identificados os acessos e conexões entre os dois sistemas e usuários na camada de sessão, a camada de apresentação faz a transformação ou a conversão de códigos e formatos dos dados recebidos para, em seguida, passá-los para a aplicação.

• A formação dos dados é feita para que possam ser lidos pela aplicação final, uma vez que podem vir comprimidos ou compactados para ocupar menos espaço para agilizar a transmissão.


• Nesse nível de apresentação, temos, portanto a conversão de códigos e formatos de representação de dados (ASCII em EBCDIC, por exemplo),

• Compressão e descompressão de dados que foram codificados antes da transmissão;

• Permite a criptografia de dados para segurança;


• No caso da criptografia, dados são codificados no nível de apresentação do transmissor e decodificados no nível de apresentação do receptor.


• Nessa camada temos a aplicação final do usuário, que são efetivamente os processos que utilizam as redes;

• São os aplicativos do usuário, os sistemas operacionais, as transações que rodam no terminal do usuário, bancos de dados distribuídos, aplicativos de redes locais como planilhas e processadores de texto, correio eletrônico, transações,etc.

Comparação entre modelo OSI e TCP/IP

Rede Ethernet

• A tecnologia Ethernet surgiu da década de 1970, nos Estados Unidos, no estado do Havaí, criado por estudantes da Universidade do Havaí que propunha interligar os computadores espalhados pelas ilhas em um computador central na ilha de Honolulu.

• A solução mais viável encontrada foi à transmissão por meio de rádio de ondas curtas em duas frequências: uma para recebimento (descendente) outra para envio (ascendente).

Rede Ethernet

• No computador central havia apenas um canal evitando a colisão de informações. Esse sistema ficou conhecido como ALOHANET.

• Um estudante da MIT chamado Robert Metcalfe adaptou o sistema para um cabo coaxial grosso com até 2,5Km de comprimento – Thicknet, com repetidores a cada 500 metros suportando até 256 máquinas por meio de transceptores conectados a um cabo chamado ether.

Rede Ethernet

• Esse layout das máquinas ficou caracterizado pela topologia barramento.

• A mudança significativa entre os modelos era a inspeção do cabo antes do envio de uma informação.

• Mas, como controlar a prioridade? Essa pergunta será respondida a seguir no item CSMA.

Rede Ethernet

• Em 1978, foi criado um padrão para Ethernet chamado de DIX por um consórcio criado entre as empresas Digital Equipment Company, Intel e Xerox.

• Os primeiros produtos com padrão Ethenet foram vendidos na década de 80.

• Nessa época a transmissão era de 10Mbps com cabo coaxial grosso – Thicknet com distância de 2 quilômetros.

Rede Ethernet

• Em 1985, a IEEE desenvolveu o padrão 802, mas, para assegurar os padrões da ISO/OSI alterou o projeto original Ethernet para 802.3.

• Na década de 90, os computadores tornaram-se mais rápidos e o tamanho dos arquivos aumentou ocasionando congestionamento no fluxo de dados na rede. Em 1995, em virtude desse fato, a IEEE anunciou um padrão de 100 Mbps – Fast Ethernet e, posteriormente entre 1998 e 1999 o padrão Giga Ethernet.

Rede Ethernet

• A Ethernet é baseada no modelo OSI possuindo duas camadas.

• A camada física e a de enlace permitindo que o endereço MAC Address da camada enlace pode combinar com os diferentes meios físicos da camada inferior.

• Essa combinação permitiu a rede Ethernet criar mecanismos para o controle do tráfego na rede.

CSMA

• Como já foi visto na rede Ethernet não existe um controle centralizado que informa ao computador a hora certa para transmitir através do cabo.

• Para resolver o questionamento anterior, foram criados protocolos que estudam a portadora (sinais elétricos), detectando-as quando o cabo estiver ocupado.

CSMA

• Esse mecanismo é chamado é chamado de portador de lógica para acesso ou CSMA.

• O CSMA é responsável pela coordenação de transmissão de dados no cabo ether.

• Quando há transmissão por algum computador há uma portadora fazendo que outro computador aguarde.

CSMA

• Há dois tipos de CSMA:

• CSMA persistente: a transmissão é baseada na probabilidade.

• CSMA não persistente: a transmissão é baseada em um algoritmo de tempo aleatório.

• CSMA/CD (CSMA com detecção de colisões): É a evolução do CSMA que controla o tráfego pela portadora e um método para controlar as colisões.

CSMA

• A diferença do CSMA é o controle de colisões que pode ocorrer em duas ou mais estações que iniciam a transmissão ao mesmo tempo.

• Esta colisão destrói os pacotes de dados destas estações. Se uma estação detecta uma colisão durante a transmissão, esta é interrompida.

• Por meio de um algoritmo chamado de back-off, as estações voltam a transmitir em tempos distintos.

O que é um IP?

• O endereço IP, na versão 4 do IP (IPv4), é um

número de 32 bits oficialmente escrito com

quatro octetos;

• Representados no formato decimal como, por

exemplo, "192.168.1.3“;

• Os endereços IP podem ser usados tanto para nos

referir a redes quanto a um host individual;

O que é máscara de sub-rede?

• Uma máscara de subrede, também conhecida como subnet mask ou netmask, é um número de 32 bits usado em um IP para separar a parte correspondente à rede pública, à subrede e aos hosts;

• Uma subrede é uma divisão de uma rede de computadores - é a faixa de endereços lógicos reservada para uma organização.

O que é máscara de sub-rede?

• A divisão de uma rede grande em menores resulta num tráfego de rede reduzido, administração simplificada e melhor performance de rede

Classes de IP

• Os endereços IPv4 consistem de endereços de 32 bits divididos em 4 octetos e uma máscara de subrede do mesmo tamanho;

• Há três tipos de redes para uso;

Classe Início Fim Máscara de Sub-

rede Notação CIDR

A 1.0.0.0 126.255.255.255 255.0.0.0 /8

B 128.0.0.0 191.255.255.255 255.255.0.0 /16

C 192.0.0.0 233.255.255.255 255.255.255.0 /24

IP reservados

Classe Inicio Fim

A 10.0.0.0 10.255.255.255

B 172.16.0.0 172.31.255.255

C 192.168.0.0 192.168.255.255

D 224.0.0.0 239.255.255.255 Multicast

E 240.0.0.0 255.255.255.254 Uso futuro;

127.0.0.0 127.255.255.255 Localhost

0.0.0.0 Rede de origem

Endereçamento IP

• Existem diversas redes conectadas umas as outras no mundo, de maneira que cada rede precisa ter uma “faixa” exclusiva de endereços IP.

• Esta faixa é constituída por diversos endereços IP’s.

Endereçamento IP

• O tamanho de cada rede em quantidade de endereços é determinado pela máscara de rede.

• Esta exclusividade no endereçamento de cada rede é o que viabiliza a comunicação entre uma rede e outra, pois desta forma é possível traçar uma rota para que seja possível alcançar redes distantes da sua.

Endereçamento IP

• Aliado a máscara de rede, um endereço IP nos fornece duas informações.

• A rede a qual pertence e a identificação do host (máquina) nesta rede.

• É como se você escrevesse uma carta e nela inserisse o seu endereço onde consta o numero do prédio e seu apartamento.

Endereçamento IP

• Para que um roteador seja capaz de entregar informações em redes remotas, é necessário que forneçamos a ele os endereços de origem e destino, bem como as respectivas máscaras de rede.

• Através dessas informações, o roteador terá condições de analisar de onde vem e para onde vai à informação, calculando o caminho (rota) mais eficiente para alcançar o destino.

Endereçamento IP

• Concluímos então que o endereço serve como referencia para localização, ou seja, permite encontrar e traçar um caminho eficiente para se chegar a determinado local.

• O mesmo vale para as redes, através dos endereços IP (de origem e destino) e suas respectivas máscaras são possíveis localizar e traçar rotas para alcançar hosts em redes remotas, mesmo que esteja no outro lado do mundo.

Endereçamento IP

• Uma máscara de rede é um numero binário escrito em notação decimal, das 256 combinações possíveis, não podemos utilizar a primeira (0), pois é a que identifica a rede, nem a ultima (255), pois representa o endereço de broadcast desta rede.

Endereçamento IP

• Assim, reescrevemos a formula como 28-2=254. Esta é a quantidade de endereços IP disponíveis para endereçar hosts na rede 192.5.1.254.

• Portanto esta rede não suportará mais do que 254 equipamentos que utilizam endereços IP.

Como calcular Sub-redes?

Classe Máscara de Sub-rede

Notação CIDR Número de Redes

IPs por rede

A 255.0.0.0 /8 128 16.777.214

B 255.255.0.0 /16 16.384 65 534

C 255.255.255.0 /24 2.097.152 254


• Imaginemos agora que em nossa empresa temos duas redes distintas, uma delas com 53 máquinas e a outra com 31, totalizando 84 hosts em toda a empresa.

• Portanto serão necessários 84 IP’s divididos em duas sub-redes para atender a necessidade de endereçamento da nossa empresa.


• Qualquer uma das máscaras padrão (/8, /16 ou /24) possui uma quantidade muito maior de IP’s do que precisamos.

• Se utilizássemos qualquer uma dessas máscaras, estaríamos desperdiçando os IP’s restantes conforme abaixo.

Sub-rede Possíveis

Máscara Quantidade de sub-redes Quantidade de Hosts

255.255.255.128 2 126

255.255.255.192 4 62

255.255.255.224 8 30

255.255.255.240 16 14

255.255.255.248 32 6

255.255.255.252 64 2


BIT 8º bit 7º bit 6º bit 5º bit 4º bit 3º bit 2º bit 1º bit

Calculo 27 26 25 24 23 22 21 20

Valor Decimal

128 64 32 16 8 4 2 1

Exercícios resolvidos:

• Dividir a rede 192.168.25.0 em oito sub-redes:

Exercícios resolvidos:

• Dividir a rede 192.168.25.0 em oito sub-redes:

• Resposta:

Rede IP inicial IP final Mascara de Sub-rede

01 192.168.25.0 192.168.25.31 255.255.255.224

02 192.168.25.32 192.168.25.63 255.255.255.224

03 192.168.25.64 192.168.25.95 255.255.255.224

04 192.168.25.96 192.168.25.127 255.255.255.224

05 192.168.25.128 192.168.25.159 255.255.255.224

06 192.168.25.160 192.168.25.191 255.255.255.224

07 192.168.25.192 192.168.25.223 255.255.255.224

08 192.168.25.224 192.168.25.255 255.255.255.224

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