Modelo de serviços e tarefas da camada de rede


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Modelo de serviços e a infra-estrutura de rede física                                                                     ...
Qualidade de serviço em datagramas IP                                                                                     ...
Remontagem no sistema final                                                                                               ...
Controle de erro em datagramas IP                                                                                         ...
Roteamento em datagramas IP: tempo de vida                                                                                ...
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  1. 1. Modelo de serviços e tarefas da camada de rede Redes de Computadores ! Modelo de serviços (MR-OSI) Instituto de Informática - UFRGS • Não orientado a conexão • Orientado a conexão Nível de rede • Diferenciados (não definido no MR-OSI) (continuação) ! Funcionalidades essenciais ! A implementação dessas funcionalidades é • Endereçamento lógico Instituto de Informática - UFRGS analisada caso a caso • Roteamento • Necessidade de implementar (simplicidade, desempenho, custo etc...) ! Outras funcionalidades • Replicação ou não de esforços • Encapsulamento • etc A. Carissimi -29-oct.-09 • Fragmentação e remontagem • Controle de fluxo e/ou controle de erro • Multiplexação Aula 18 Redes de Computadores 2 Encapsulamento e datagrama IP Datagramas IP: campos gerais 32 bits ! Dados transferidos em unidades chamadas ! Vers (4 bits): datagramas Ver hlen TOS Payload lenght • versão do protocolo IP (IPv4) Ver hlen TOS Payload lenght ! Encapsulamento é inserir informações de Fragment ID Flags + Offset ! Hlen (4 bits): Fragment ID Flags + Offset controle junto com os dados TTL Protocol Checksum • Tamanho do cabeçalho em palavras TTL Protocol Checksum ! Datagrama IP éncapsulado em uma 2-PDU.: IP source address de 32 bits (min=5) IP source address IP destination address • Provê flexibilidade para uso de IP destination address Cabeçalho 802.3 64 Kbytes campos opcionais em palavras de Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS Cabeçalho IP n palavras de 32 bits 32 bits ! Comprimento total (16 bits): Data • Tamanho em bytes do datagrama Área de dados IP • 216 = 65535 bytes (inclui cabeçalho) A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 Área de dados 802.3 ! Encapsula PDUs de transporte e de outros protocolos da camada de rede Redes de Computadores 3 Redes de Computadores 4
  2. 2. Modelo de serviços e a infra-estrutura de rede física Serviço de rede orientado a conexão ! Modelos de serviços MR-OSI ! Prover comunicação confiável • Não orientado a conexão • Garantir que não há perdas, duplicação e inversão de ordem • Orientado a conexão • Motivação: independência de camadas • Diferenciados* (não está definido no MR-OSI) ! Canal lógico ideal (sem erros) entre a origem e o destino ! Rede subjacente (camada de enlace) ! Estabelecimento de conexão versus circuito virtual • Orientada a datagrama Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Conexão envolve apenas os sistemas finais (nível 3 ou superior) • Orientada a circuito virtual • Independe se a rede é orientada a comutação de circuitos ou de pacotes ! A construção de cada modelo de serviço deve ser independente da • Circuito virtual envolve os sistemas finais e intermediários (nível 2 – enlace) rede subjacente • Rede deve prover mecanismos para comutação de circuitos A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 • Ao todo, há seis combinações • Protocolos de sinalização (estabelecimento do circuito virtual) Redes de Computadores 5 Redes de Computadores 6 Serviço de rede não orientado a conexão Serviços diferenciados ! Unidade de informação é o datagrama ! Inclusão de novas condições na negociação do circuito virtual ! Cada datagrama é tratado de forma independente • e.g.; banda passante mínima, atraso máximo, etc • Podem ser perdidos, duplicados, adulterados ou recebidos fora de ordem ! Base para QoS (Quality of Services) ! Serviço não confiável ! Demanda de aplicações que são sensíveis a atrasos na rede e a • Melhor esforço possível (best effort delivery) requisitos de banda Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Confiabilidade – se desejável – deve ser provida pela camada superior ! Vantagens: • Flexibilidade, robustez, simplicidade A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 Redes de Computadores 7 Redes de Computadores 8
  3. 3. Qualidade de serviço em datagramas IP Fragmentação e remontagem ! Suporte mínimo (rudimentar) ! Subdivisão de uma PDU em várias outras (fragmentos) ! Tos (8 bits): tipo do serviço e ! Razões para fragmentar PDUs: qualidade desejada Ver hlen TOS Payload lenght Fragment ID Flags + Offset • N-PDU for maior que a MTU da (N-1)-PDU • Precedence: prioridade TTL Protocol Checksum • e.g.; datagrama IP possui 64 Kbytes e quadro ethernet possui área de • D: menor retardo IP source address dados de 1500 bytes • T: maior vazão IP destination address • R: maior confiabilidade • Tratamento eqüitável entre mensagens grandes e pequenas Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Possibilita estimar comportamento médio da rede • Controle de erro mais eficiente • Simplificar alocação e gerenciamento de buffers A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 0 1 2 3 4 5 6 7 ! Remontagem é reconstrução da PDU a partir dos fragmentos Precedence D T R Unused Redes de Computadores 9 Redes de Computadores 10 Fragmentação Remontagem ! Duas opções: • Remontagem em sistemas intermediários Tamanho: 500 • Remontagem no sistema final destino Deslocamento: 0 Pedaço: 0 Tamanho: 200 Tamanho: 200 Tamanho: 100 Deslocamento: 0 Deslocamento: 200 Deslocamento: 400 Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS Pedaço: 1 Pedaço: 1 Pedaço: 0 Tamanho: 200 Tamanho: 200 Tamanho: 100 Deslocamento: 0 Deslocamento: 200 Deslocamento: 400 Pedaço: 1 A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 Pedaço: 1 Pedaço: 0 Tamanho: 500 Deslocamento: 0 Pedaço: 0 Redes de Computadores 11 Redes de Computadores 12
  4. 4. Remontagem no sistema final Compromissos da fragmentação ! Normalmente empregada ! Aumento do overhead em função do tamanho da PDU ! Vantagens: • Menor a PDU, maior o overhead, menor a eficiência da rede • Fragmentos são roteados independementes ! No receptor, cada PDU representa uma interrupção a ser tratada • Sistemas intermediários não armazenam, nem remontam datagramas • Desempenho do sistema ! Desvantagens: ! Tempo de processamento Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Consumo de processamento no destino final • Maior a quantidade de PDUs, maior o tempo gasto para tratá-las • A remontagem no destino pode ser ineficiente ! Relação custo benefício para determinar o tamanho mínimo e • Se pelo menos um fragmento for perdido, não é possível remontar máximo para uma PDU • Tratamento de perda (controle de erro, se houver) A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 ! Necessário limitar o tempo máximo para remontar um datagrama • Liberação de recursos no sistema (buffers) Redes de Computadores 13 Redes de Computadores 14 Fragmentação e remontagem em datagramas IP Fragmentação IP: exemplo ! Remontagem é feita no sistema final ! Cada fragmento possui seu próprio cabeçalho ! Identificação (16 bits): Ver hlen TOS Payload lenght ! Identificador, flag more e deslocamento • Nro. de seqüência que identifica de Fragment ID Flags + Offset • Flag more = 0 e deslocamento = 0 → não é fragmento forma não ambígua um datagrama TTL Protocol Checksum • Flag more ≠ 0 → é fragmento (posição deslocamento*8 no original) ! Flags (3 bits): IP source address • Flag more = 0 e deslocamento ≠ 0 → é o último fragmento • Apenas dois são empregados IP destination address Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • bit More • bit Don’t fragment ! Deslocamento (offset)(13 bits) • Posição dos dados dentro do fragmento A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 em relação ao datagrama original • Indicado em unidades de 8 bytes deslocamento Redes de Computadores 15 Redes de Computadores 16
  5. 5. Controle de erro em datagramas IP Multiplexação ! O protocolo IP NÃO faz: ! A camada de rede pode “carregar” dados de/para várias entidades • Controle de fluxo Ver hlen TOS Payload lenght • Multiplexação • Controle de erro Fragment ID Flags + Offset • Há apenas detecção de erro ! Pode ser de dois tipos: TTL Protocol Checksum ! Checksum (16 bits) IP source address • Ascendente • Soma em complemento de 1 ’s do IP destination address • Descendente cabeçalho Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Verificado e recalculado a cada roteador Transporte Transporte Rede Rede A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 ascendente descendente Redes de Computadores 17 Redes de Computadores 18 Multiplexação em datagramas IPs Roteamento: Tempo de vida ! Protocolo (8 bits) ! Serviços não orientados a conexão • Indicação do protocolo do nível Ver hlen TOS Payload lenght ! Datagramas podem circular indefinidamente na rede superior Fragment ID Flags + Offset • Decorrência de rotas alternativas ou de roteamento dinâmico • e.g.; 1=ICMP; 6=TCP; 17=UDP TTL Protocol Checksum IP source address • Indesejável por consumir recursos da rede • Tarefa de multiplexação IP destination address ! Solução é atribuir um tempo de vida ao datagrama Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Expirado o “prazo de validade” o datagrama não é repassado adiante • Pode ser implementado por: • Contador de etapas: cada roteador decrementa esse valor Transporte • Medição de tempo real transcorrido (wall clock time) A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 Rede ICMP Redes de Computadores 19 Redes de Computadores 20
  6. 6. Roteamento em datagramas IP: tempo de vida Controle de fluxo, controle de erro e entrega ordenada ! Time to live (8 bits) ! Objetivos similares aos já estudados na camada de enlace • Número máximo de roteadores que um datagrama pode passar Ver hlen TOS Payload lenght ! Por que “repetir esforços”? Fragment ID Flags + Offset • Independência de camadas TTL Protocol Checksum • Se necessário na camada de rede, não se deve “contar” com a IP source address implementação da camada de nível inferior (enlace) IP destination address Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 Redes de Computadores 21 Redes de Computadores 22 Controle de erro em datagramas IP Leituras complementares ! O protocolo IP NÃO faz: ! Stallings, W. Data and Computer Communications (6th edition), • Controle de fluxo Ver hlen TOS Payload lenght Prentice Hall 1999. • Controle de erro Fragment ID Flags + Offset • Capítulo 15, seções 15.1, 15.2, 15.3 • Há apenas detecção de erro TTL Protocol Checksum ! Checksum (16 bits) IP source address ! Tanenbaum, A. Computer Networks (3th edition), Prentice Hall 1996. • Soma em complemento de 1 ’s do IP destination address • Capítulo 5, seções 5.1 e 5.5.7 cabeçalho Instituto de Informática - UFRGS Instituto de Informática - UFRGS • Verificado e recalculado a cada roteador A. Carissimi -29-oct.-09 A. Carissimi -29-oct.-09 Redes de Computadores 23 Redes de Computadores 24

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