Redes de Computadores

 

Redes de Armazenamento de Dados

 

  • Visão geral

    • Storage
      • concentrador de unidades de armazenamento de dados que provê uma solução flexível e de alta confiabilidade;
      • reduz o desperdício de espaço ao permitir o alocamento conforme a necessidade sem que seja preciso desligar um servidor;
    • Escalabilidade
      • capacidade de um sistema em suportar aumento de carga por meio da adição de recursos (hardware);
      • Vertical (scale-up) → adiciona ou substitui recurso de hardware de um nó do sistema;
      • Horizontal (scale-out) → adiciona mais nós ao sistema; um cluster que funciona como um sistema único;
    • Snapshot
      • visão estática e somente leitura de um disco em determinado ponto no tempo;
    • Server Free
      • clone da base de produção para realização de backup;
    • Desduplicação
      • tecnologia de armazenamento que não duplica partes iguais de arquivos distintos, reduzindo o espaço utilizado;
    • iSCSI
      • permite a comunicação SCSI (comandos de acesso a disco) sob TCP/IP (initiator → target);
      • o software cliente, iSCSI initiator, permite utilizar uma placa de rede Ethernet em vez da controladora iSCSI;
    • NFS
      • sistema de arquivos distribuído para compartilhamento de arquivos e diretórios sob TCP/IP;
      • quando usado em conjunto com PXE (dhcp+tftp para download do kernel) pode dispensar o uso de disco local;
  • Tipos de Storage
    • DAS
      • storage diretamente conectado ao host, cuja unidade de acesso (tipo de dado) é o bloco de dados;
      • funciona como uma extensão lógica do armazenamento interno do host ligado por diversas interfaces de discos (USB, SATA, SCSI, etc);
      • o particionamento e formatação (sistema de arquivos) dos discos é realizada pelo host;
      • pode ser utilizado em cluster e agrega escalabilidade quanto ao uso somente de armazenamento interno;
      • possui limitação ao número de hosts conectados;
      • não possui overhead ou latência de comunicação de rede;
    • NAS
      • storage conectado ao host por meio de rede Ethernet, cuja unidade de acesso (tipo de dado) é o arquivo;
      • funciona como serviço de armazenamento de dados e compartilhamento de arquivos por meio dos protocolos CIFS/SMB ou NFS;
      • o particionamento e formatação (sistema de arquivos) dos discos é realizada pelo storage (que possuem sistema operacional);
      • o host não tem controle ou conhecimento da estrutura dos discos, cujo aumento ou diminuição do disco não implica em ações no host;
      • normalmente não possuem monitor ou teclado e são configurados pelo navegador;
      • possui overhead e latência de comunicação de rede;
    • SAN
      • storages conectado a hosts por meio de rede dedicada/segregada para armazenamento (LAN Free), cuja unidade de acesso é o bloco de dados;
      • funciona como uma extensão lógica do armazenamento interno do host ligado por Fibre Channel (sob fibra óptica) ou iSCSI (sob par trançado);
      • o particionamento e formatação (sistema de arquivos) dos discos é realizada pelo host;
      • um conjunto de discos pode ser agrupado em RAID, e subdivido para distintos hosts; cada parte é apresentada a um host como um disco;
      • possui overhead e latência de comunicação de rede;
  • Fibre Channel

    • Visão geral
      • padrão de comunicação para transferência de bloco de dados em redes de armazenamento a alta velocidade;
      • opera na velocidade de 1Gbps a 20Gbps em fibra (altas velocidades) ou cabo (coaxial ou par trançado blindado);
      • Fibre Channel Protocol (FCP) encapsula o protocolo SCSI sob TCP (iFCP), sob IP (FCIP) ou sob Ethernet (FCoE);
      • as controladoras Fibre Channel (placas dos servidores) são chamadas de FC HBA (Fibre Channel Host Bus Adapter);
    • Benefícios
      • segurança, escalabilidade, velocidade, custo/benefício, fluxo de dados sem congestionamento, largura de banda Gigabit;
      • compatibilidade com vários protocolos e topologias, auto gerenciamento, hot swap, elasticidade e distância;
    • Topologia → descrevem como um conjunto de portas são conectadas; são transparentes aos equipamentos conectados;
      • FC Point-to-Point – FC-PP (ponto a ponto)
        • utiliza links bidirecionais entre 2 dispositivos conectados;
      • FC Arbitraded Loop – FC-AL (laço arbitrário)
        • utiliza links em anel entre até 126 dispositivos;
        • a adição ou remoção de dispositivos causa a interrupção da comunicação;
        • a porta que vence a arbitragem indica a outra porta para a realização da comunicação;
      • FC Switched Fabric – FC-SW (cross point)
        • utiliza links em estrela por meio de Switchs FC entre até 224 dispositivos (endereçamento de 24bits);
        • não há compartilhamento de mídia;
    • Camadas do protocolo → não segue o modelo OSI; FC0 e FC1 são equivalentes a camada física;
      • FC4 → camada de mapeamento de protocolo em que o SCSI, IP or FICON são encapsulados para a camada FC2 (visão do FC-ROUTER);
      • FC3 → camada comum de serviços que pode implementar funções de criptografia e de redundância (RAID), aplicável a múltiplas portas;
      • FC2 → camada de rede que define os principais protocolos FC-PI-2 standard (visão do FC-SWITCH);
      • FC1 → camada de enlace que implementa a codificação de sinais;
      • FC0 → camada física que inclui o cabeamento e conectores (visão do FC-HUB);
    • Fibras multimodo (OM – optical mode) → 0,5m até 500m por meio de múltiplos feixes de luz (850 nm shortwave) sujeitos a dispersão e colisões;
      • OM1 → diâmetro do núcleo de 62.5 µm, a 200Mhz e transmissões de 10 Gb/s até 33m;
      • OM2 → diâmetro do núcleo de 50 µm, a 500Mhz e transmissões de 10 Gb/s até 82m;
      • OM3 → diâmetro do núcleo de 50 µm, a 2000Mhz e transmissões de 10 Gb/s até 300m, de 40 Gb/s e 100 Gb/s até 100m;
      • OM4 → diâmetro do núcleo de 50 µm, a 4700Mhz e transmissões de 10 Gb/s até 400m, de 40 Gb/s e 100 Gb/s até 150m;
    • Fibras monomodo (single-mode) → 0,5m até 50km por meio de feixe único (simples) de luz (1.310-1.550 nm longwave) no centro do núcleo;
      • diâmetro do núcleo de 9 µm;
  • Redundância de dados (Redundant Array of Independent Disc – RAID)
    • Visão geral

      • combinação de discos para melhor desempenho, confiabilidade, ou ambos;
      • os dados são distribuídos pelos discos para acesso paralelo;
      • RAID em hardware → transparente ao sistema operacional;
      • RAID em software → implementado no sistema operacional, afeta o desempenho, ciclos de CPU, suporta alguns níveis de RAID;
    • RAID por bloco de setores (tiras)

      • RAID0 → área útil de 100% dos discos; melhor desempenho de leitura e escrita; não há redundância, logo, não há paridade;
      • RAID1 → área útil de 50% de um par ou mais pares de discos; dados são duplicados em 1:1 discos, não há paridade;
      • RAID4 → área útil de -1 disco em 3 ou mais discos; dados de paridade concentrados em um único disco (gargalo);
      • RAID5 → área útil de -1 disco em 3 ou mais discos; dados de paridade distribuídas em todos os discos; escrita simultânea;
        • admite perda de um único disco e gera overhead de remontagem do disco substituído;
      • RAID6 → área útil de -2 discos em 4 ou mais discos; dados de paridade distribuídas em todos os discos e de escrita simultânea;
        • admite perda de dois discos e gera overhead de remontagem do disco substituído;
      • RAID10 (1+0) → área útil de 50% de 4 ou mais de discos; conjuntos de RAID1 unidos por um RAID0;
      • RAID01 (0+1) → área útil de 50% de 4 ou mais de discos; conjuntos de RAID0 unidos por RAID1;
      • RAID50 (5+0) → área útil de 66% de 6 ou mais de discos; conjuntos de RAID5 unidos por um RAID0;
    • RAID por palavra com paridade → correção de erros por código de Hamming; rotação dos discos devem estar em sincronia;
      • RAID2 → 3 ou mais discos; código de Hamming embutido na palavra, não há diferenciação entre os discos;
      • RAID3 → 3 ou mais discos; um único disco para paridade de escrita serializada (gargalo);

 

Introdução às Redes de computadores

 

  • Conceito
    • sistema de dispositivos eletrônicos, objetos e pessoas intrinsecamente conectadas para o compartilhamento de recursos entre si;
  • Área de abrangência
    • LAN (Local Area Network)
      • comunicação entre computadores em uma área restrita (espaço de escritórios);
      • alta velocidade de transmissão (FastEthernet, GigaEthernet, 10GigaEthernet);
      • baixo retardo;
      • raros erros de transmissão;
    • MAN (Metropolitan Area Network)
      • comunicação entre computadores em uma área de média dimensão (espaço de uma cidade);
      • utiliza tecnologia semelhante a LAN para interligar uma ou mais LANs;
      • taxa de erros de transmissão maior que em LANs;
    • WAN (Wide Area Network)
      • comunicação entre computadores em uma área geograficamente estendida (espaço nacional ou internacional);
      • taxa de erros de transmissão maior que em MANs;
  • Retardo (atraso)
    • Retardo de processamento → tempo decorrido para geração do pacote para transmissão;
    • Retardo de acesso → tempo decorrido até que a estação consiga o direito de transmitir;
    • Retardo de transmissão (propagação) → tempo decorrido do inicio da transmissão até o completo recebimento pelo receptor;
    • Retardo de transferência (total) → retardo total;
  • Topologia
    • estudo das formas, das estruturas e do relacionamentos das partes com o todo;
    • Tipos → linha, árvore (hierárquica), barramento, estrela, anel, totalmente conectada;
    • Topologia física → refere-se a como os enlaces físicos estão organizados, a forma física que trafegam os bits;
    • Topologia lógica → refere-se a como as estações irão se comunicar entre si;

 

Contexto de Enlace – Sinais digitais

 

  • Sinais Analógicos e Digitais

    • Modulação
      • inserção da informação útil dentro de um sinal de radiofrequência (portadora analógica) ou pulso eletromagnético (portadora digital);
      • mapeamento de sequências de bits em padrões (símbolos) de amplitude, frequência e período (fase) aplicados à onda portadora;
      • o conjunto símbolos possíveis em uma modulação forma sua constelação;
      • Onda portadora (carrier) → onda senoidal com amplitude, frequência e fase constantes;
      • Sinal modulador (sinal modulante)→ sinal que representa a informação e que modificará a onda portadora;
      • Onda portadora modulada → onda resultante que quando comparada com a onda portadora identifica-se a informação contida;
    • Demodulação (detecção)
      • processo para reversão da modulação para obtenção do sinal modulador (diferença entre a onda recebida e a onda portadora);
    • Multiplexação → combinação de dois ou mais canais de informação por apenas um meio de transmissão;
      • Multiplexação por divisão da frequência (FDM – Frequency Division Multiplexing)
        • cada canal de informação é associado a um subcanal com determinada frequência;
        • utiliza-se banda de guarda para separação da frequência utilizada nos subcanais;
        • normalmente usado para sinais analógicos;
      • Multiplexação por divisão do tempo (TDM – Time Division Multiplexing) → mais eficiente para tráfego uniforme;
        • cada canal de informação possui uma janela de tempo para uso da banda de transmissão;
        • normalmente usado para sinais digitais;
      • Multiplexação estatística por divisão do tempo (STDM – Statistical Time Division Multiplexing)
        • cada canal de informação possui uma janela de tempo para uso da banda de transmissão se existir tráfego;
    • Sincronização
      • sinal de sincronismo (sinal de relógio) que mantém o receptor sincronizado com a cadeia de bits transmitida;
      • sinal incorporado ao sinal transmitido (no passado utilizou-se canal dedicado para sinal de sincronismo);
      • Manchester → codificador de linha com sincronismo incluído;
    • Fluxo de dados
      • Simplex → fluxo de dados em direção única (sistemas de rádio e TV);
      • Half-duplex → fluxo de dados em ambas as direções, uma de cada vez (sistemas Walk-talk);
      • Full-duplex → fluxo de dados em ambas as direções simultaneamente;
  • Técnicas de modulação em portadora analógica (sinal analógico)
    • Modulação da informação analógica (sinal modulador analógico)→ modular informação contínua;
      • Modulação em amplitude (AM)
        • sinal modulador modifica somente a amplitude da onda portadora;
        • susceptível a interferências;
        • largura de banda menor (10kHz);
      • Modulação em frequência (FM)
        • sinal modulador modifica somente a frequência da onda portadora;
        • não é susceptível a interferências;
        • largura de banda maior (150 a 200kHz);
      • Modulação em fase (PM)
        • sinal modulador modifica somente a fase da onda portadora;
        • depende de um hardware mais complexo;
    • Modulação de informação digital (sinal modulador digital, discreto ou codificado) → modular informação binária (ou número finito de possibilidades);
      • Modulação por chaveamento em amplitude (ASK – Amplitude Shift Keying);
        • a onda portadora tem a amplitude modificada, sendo desligada ou ligada a partir dos bits a serem transmitidos (modulação On-Off);
        • são usados dois níveis de tensão elétrica, ainda que um deles seja 0 V;
      • Modulação por chaveamento da frequência (FSK – Frequency Shift Keying)
        • a onda portadora tem a frequência modificada com o chaveamento entre frequências pré-definidas;
        • é usado apenas um nível de tensão elétrica com variação da frequência a partir dos bits a serem transmitidos (f¹=0, f²=1);;
      • Modulação por chaveamento da fase (PSK – Phase Shift Keying)
        • a onda portadora tem a fase modificada (invertida em 180º) a partir dos bits a serem transmitidos (0º 0→1, 180º 1→0);
        • depende de um circuito de recepção mais complexo e possui melhor desempenho;
  • Comutação (chaveamento) → forma de alocação de recursos para a transmissão de dados;
    • Circuitos → alocação de recursos dedicados entre os terminais emissor e receptor (ponta a ponta) antes da transmissão da informação;
      • Etapas → estabelecimento da conexão (alocação de recursos); transmissão da informação; desconexão (liberação dos recursos);
      • Recursos alocáveis → caminho físico, canais de frequência (FDMA) ou canais de tempo (TDMA);
      • Exemplo → sistemas de telefonia;
    • Mensagens
      • há identificação do endereço do receptor e transmissão da mensagem completa (não fragmentada nem dividida em pacotes);
      • o nó que estiver com a mensagem só reencaminha após integralmente recebida (Store-and-Forward);
      • cada nó necessita de capacidade significativa de armazenamento;
      • Exemplo → redes X.25 e serviço de correio X.400;
    • Pacotes → unidade de transferência da informação;
      • pacotes (partes da mensagem) são encaminhados por meios compartilhados (não exclusivos);
      • susceptíveis a percorrer caminhos distintos e chegar em ordem diferente;
      • a estação receptora agrupa os pacotes recebidos na sequência correta reconstruindo a informação enviada;
      • taxa de transmissão variável;
      • menor atraso de transmissão total da mensagem;
      • há mais eficiência em recuperar erros em pacotes (partes menores da mensagem);
      • equipamentos de rede tolerantes a falhas;
      • Pacotes em células
        • pacote com tamanho fixo;
        • utiliza caminho virtual fixo (caminho constante) com garantia de entrega e ordenação (ATM);
      • Pacotes em datagramas
        • não há conexão ou estado no contexto de enlace;
        • enviados de forma independente com número de sequência para que o receptor possa ordená-los (IP);
  • Modos de transmissão
    • Sincronismo
      • a informação é transmitida em blocos de tamanho fixo (em geral múltiplo de 8 bits);
      • cada bit é transmitido em intervalos de tempo uniforme (1 bit por unidade de tempo);
      • Transmissão assíncrona

        • a sincronização (uniformidade) ocorre somente entre o bit de partida e o bit de parada;
        • a indicação de início e fim do segmento está encapsulada (contida) no próprio fluxo bits, bit de partida(0) e bit de parada(1);
        • Transmissão dos blocos → em intervalos de tempos aleatórios (uniformidade intermitente);
        • Não havendo fluxo a ser transmitido → transmite-se ininterruptamente o bit 1 (permite identificar o rompimento da linha);
        • Relação de bits úteis/bits transmitidos → menos eficiente, devido ao overhead pela envio de bits de partida e parada;
      • Transmissão síncrona;
        • o sincronização (uniformidade) ocorre continuamente (quase permanente) por meio de relógio (clock de sincronismo);
        • o relógio de tempo uniforme é utilizado pelo receptor para segmentar o fluxo de bits recebidos;
        • Transmissão dos blocos → em intervalos de tempos fixos (uniformidade continua);
        • Não havendo fluxo a ser transmitido → transmite-se caracteres especiais para manter o intervalo de tempo constante;
        • Relação de bits úteis/bits transmitidos → mais eficiente;
    • Paralelismo
      • Transmissão serial
        • utiliza um canal para transmissão sequencial de um bit/byte por vez (mais eficiente);
      • Transmissão paralelas
        • utiliza vários canais para transmissão simultânea de um grupo de bits/bytes por vez (sofre ruído);

 

Contexto de Enlace – Meios de transmissão

 

Meios de transmissão por cabo (Wired)

 

  • Cabo coaxial
    • formado por dois meios condutores (núcleo e malha metálica) com blindagem adicional para prover resistências as perdas por indução dos condutores;
    • resistência a interferências e atenuação (índice RG → especificações físicas e recomendação de uso);
    • Banda base → 10base2;
      • transmissão por pulsos de corrente contínua com impedância de 50 Ω;
      • taxa de transmissão de 1 a 50Mibps em modo de transmissão Half-Duplex com sincronização por meio de código Manchester;
      • tamanho do seguimento de 0,45m até 185m em até 5 seguimentos (máximo de 925m com repetidores ou 300m sem);
      • método de acesso ao meio por detecção de portadora com detecção de colisão;
      • o núcleo é coberto por uma material isolante, seguido por uma malha metálica que é coberta por uma capa plástica;
    • Banda larga → 10base5;
      • transmissão por variação no sinal da frequência com impedância de 75 Ω;
      • taxa de transmissão de 100 a 150Mibps em modo de transmissão Full-Duplex;
      • tamanho do seguimento de 2,5m até 500m (recomendado múltiplos de 23,4 – 70,2 ou 117 metros) em até 5 seguimentos (máximo de 2,5km);
      • método de acesso ao meio por multiplexação por divisão em frequência (FDM);
      • o núcleo é coberto por uma material isolante, seguido por um condutor cilíndrico de alumínio rígido que é coberto por uma capa plástica;
  • Par trançado
    • origem na transmissão telefônica por meio de sinais elétricos analógicos;
    • possui grande número de linhas instaladas e baixo custo de instalação e manutenção;
    • qualidade da transmissão relacionada ao material e a proteção dos condutores, bitola dos fios e técnicas de transmissão e cancelamento;
    • formado por par de fios entrelaçados para prover resistências as interferências (relacionada taxa de giro do par de fios por metro);
    • as perdas são relacionadas a distância entre os pontos ou por indução dos condutores devido a interferência mútuas e de fontes externas;
    • interferências elétricas externas são geradas por osciladores, motores, geradores, mau isolamento, tempestades elétricas ou linhas de alta tensão próximas;
    • UTP (Unshielded Twisted Pair)
      • não blindado;
      • impedância de 100 Ω;
    • STP (Shielded Twisted Pair)
      • blindagem simples com uma folha de aço/liga de alumínio que envolve todos os pares;
      • resistência a interferência de fonte externa;
    • FTP (Foiled Twisted Pair)
      • blindagem par a par com folha de aço/liga de alumínio que envolve cada par;
      • resistência a interferência mútua;
    • S/UTP (Screened Unshielded Twisted Pair)
      • blindado com única malha metálica que envolve todos os pares;
      • maior resistência a interferência de fonte externa;
    • S/FTP (Screened Foiled Twisted Pair)
      • blindado com malha metálica que envolve todos os pares e folha de aço/liga de alumínio a cada par;
      • maiores resistências a interferência de fonte mútua e externa;
  • Fibra óptica
    • Conversão, Transmissão e Recepção
      • o cabo de fibra lançado é emendado por fusão ao distribuidor interno óptico (DIO); emendas mecânicas são usadas para reparos emergenciais;
      • os cordões ópticos utilizam conectores LC, SC, ST ou FC para interligar o transceptor ao DIO (ponta A) e o DIO ao transceptor (ponta B);
      • o transceptor óptico faz a conversão de sinal elétrico em sinal óptico, injeta a luz no núcleo, recepciona-a e converte o sinal óptico em sinal elétrico;
    • Estrutura do Cabo e a Propagação da Luz
      • possui núcleo fino com alto índice de reflexão e casca (125µm) sendo ambos de vidro (↑) ou de plástico (↓) ou vidro/plástico (±);
      • utiliza um revestimento de plástico (cladding) de baixo índice de refração para manter a luz no núcleo;
      • a luz injetada no núcleo ao atingir o revestimento com ângulo de incidência maior que o ângulo crítico sofre reflexão total;
      • contém ainda uma camada de isolamento e capa externa (bainha) para proteção mecânica e resistência a corrosão (durabilidade);
    • Sinal de luz e comprimento de onda
      • são transmitidos sinais de luz codificados no espectro infravermelho (10 a 15Mhz);
      • transmissão simultânea de canais por multiplexação por divisão da comprimento de onda (λ);
      • Janelas ópticas → regiões de comprimento de ondas com baixa atenuação óptica;
      • Primeira janela → λ de 800 a 900nm, atenuação mínima em 850nm de ~20dB/Km;
      • Segunda janela → λ de 1260 a 1360nm, atenuação mínima em 1310nm de ~0,3 a 0,5dB/Km;
      • Terceira janela → λ de 1500 a 1600nm, atenuação mínima em 1550nm de ~0,18 a 0,25dB/Km;
    • Propriedades
      • imune a interferências eletromagnéticas (não susceptível a indução) e a ruídos;
      • condutividade elétrica nula, sem risco de fogo ou centelhamento e resistência a alta faixa de temperatura (-40ºC a 93ºC);
      • cabo de 3/8 com 12 pares de fibra com peso de 58 Kg/Km (leveza);
      • largura de banda com taxa teórica de 500 trilhões de bits por segundo;
    • Multimodo
      • transmissor de diodos emissores de luz (led) com cabos mais baratos e resistentes;
      • utilizada para menores distâncias (redes locais) e taxas de transmissão (1500Mhz/Km);
      • núcleo de 62µm de diâmetro (comum) ou 50, 85, 100µm com um muitos modos (caminhos de luz) sob reflexão;
      • perdas significativas (1 a 6 dB/Km em 820-850 e 1300nm) e dispersão modal;
      • menores custos de cabos, conectores, instalação e reparos;
      • Índice gradual (melhor) → propagação dos feixes de forma simultânea (uniforme no tempo);
      • Índice degrau (pior) → propagação dos feixes de forma não uniforme;
    • Monomodo (índice degrau)
      • transmissor de laser semicondutor com cabos de espessura reduzida e mais eficientes;
      • utilizada para maiores distâncias e taxas de transmissão (100Ghz/Km), porém é sensível a curvaturas;
      • núcleo de 8µm de diâmetro com um único modo (caminho de luz) e sem reflexão;
      • baixas perdas (λ de 1300nm = 0,2 a 0,3 dB/Km; λ de 1550nm = 0,2 dB/Km);
      • custos maiores para cabos, conectores, instalação e reparos;
  • Norma 568-B → Sistema de cabeamento genérico de telecomunicações para edifícios comerciais;
    • Objetivo → possibilita o planejamento e a instalação do sistema de cabeamento estruturado em edifícios comerciais;
    • Características técnicas
      • Pinagem → B-verde, Verde, B-Laranja, Azul, B-Azul, Laranja, B-Marrom, Marrom;
      • Raio de curvatura de fibra óptica multimodo de 1 par → 25mm;
    • 568-B.1 → Requisitos gerais de cabeamento;
      • Sala de entrada de telecomunicações → cabeamento de ligação externa;
      • Sala de equipamentos → ambiente reservado especialmente para armazenar os equipamentos ativos do sistema;
      • Cabeamento vertical/primário/backbone → cabeamento que interliga a sala de equipamentos até os painéis de distribuição;
      • Painéis de distribuição (armário de telecomunicações) → rack que interliga o cabeamento vertical (origem na sala de equipamentos) e entre cabeamentos cruzados horizontais (destino as áreas de trabalho), bem como elementos ativos de uma arquitetura distribuída;
      • Cabeamento horizontal/secundário → cabeamento que interliga os painéis de distribuição até a área de trabalho;
      • Área de trabalho → ponto final do cabeamento (computador, telefone, alarme, etc);
    • 568-B.2 → Componentes do cabeamento com par trançado;
    • 568-B.3 → Componentes do cabeamento com fibra óptica;

 

Meios de transmissão por meio do ar (Wireless, sem cabo)

 

  • Visão geral
    • transmissão por ondas eletromagnéticas em radiofrequência, sem fios, em que utilizar o ar como meio físico;
    • fatores essenciais são a potência de transmissão e a distorção da propagação (ruídos);
    • uso de frequências como 2,4Ghz e 5,8Ghz dependem de visada direta entre as antenas de transmissão;
    • a tecnologia da espalhamento espectral (Spread-Spectrum) reduz a distorção devido a problemas atmosféricos (chuvas, campos eletromagnéticos, obstáculos ,etc);
  • Infravermelho
    • xxx
  • Micro-ondas
    • não utiliza espalhamento espectral;
  • Laser
    • xxx
  • Bluetooth (IEEE 802.15.1)
    • utiliza frequência aberta de 2,4Ghz a 2,5Ghz;
    • transmissão em modo Full-Duplex;
    • Piconet → dispositivo que iniciou a conexão torna-se o mestre que regula a transmissão e o sincronismo entre até 7 escravos;
    • Scatternet → sobreposição de redes Piconet que permite que um escravo interligue uma rede piconet a outra;
    • Classe 1 → potência máxima de 100mW e alcance de 100 metros;
    • Classe 2 → potência máxima de 2,5mW e alcance de 10 metros;
    • Classe 3 → potência máxima de 1W e alcance de 1 metros;
  • Wi-Fi (IEEE 802.11)
    • Independent Basic Service Set (Ad-hoc) → comunicação direta entre estações, sem ponto de acesso;
    • Infrastructure Basic Service Set (Infraestruturado) → comunicação por meio de pontos de acesso;
      • Basic Service Set (BSS) → célula de comunicação;
      • Station (STA) → estações da rede;
      • Access Point (AP) → dispositivo que coordena a estações em uma BSS;
      • Distribution System (DS) → interligação entre Access Points;
      • Extended Service Set (ESS) → conjunto de células BSS que permitem a movimentação de estações entre si (roaming);
    • TKIP → recurso de troca de chaves criptográficas;
  • WiMax (IEEE 802.16)
    • utiliza frequências abertas (2,4 e 5,8Ghz) e licenciadas (3,5 e 10,5Ghz);
    • a modulação OFDM proporciona a conexão sem linha de visada (Non-Line of Sight) de 5 a 8km;
    • suporta voz, dados e vídeo com QoS e segurança (autenticação e criptografia);
    • autenticação padrão X.509;
    • criptografia padrão DES;
  • Celular
    • xxxx
  • Satélites
    • utilizado pela inexistência de meios físicos ou melhor custo-benefício;
    • atuam como estação repetidora (segmento espacial) entre estações (segmento terrestre);
    • repetidor ativo que utiliza um transponder que recebe o sinal (Uplink), converte a frequência, amplifica e retransmite (Downlink);
    • frequências mais altas utilizam antenas de menor tamanho, porém são susceptíveis a maior atenuação de sinal por problemas atmosféricos;
    • Faixas de frequência → Banda C (U: 5,850 a 6,425Ghz; D: 3,625 a 4,200Ghz); Banda Ku (U: 14 a 14,5Ghz; D: 11,7 a 12,2Ghz); Banda Ka (20 a 30Ghz);
    • Segmento espacial → satélites e subsistemas de comunicação, telemetria, rastreio, comando, controle e monitoramento;
    • Segmento terrestre → antena parabólica, equipamentos e amplificadores para transmissão e recepção;

 

Contexto de Enlace – Camada de Enlace

 

  • Ethernet
    • Categorias → impedância de 100 Ω;
      • Cat 5e (Classe D) → 100 Mhz; 1000Base-T/1000Base-TX (Gigabit Ethernet);
      • Cat 6 (Classe E) → 200 a 250 Mhz; 1000Base-T/1000Base-TX (Gigabit Ethernet); 10GBASE-T (10-Gigabit Ethernet) até 55m;
      • Cat 6a (Classe Ea) → 500 Mhz; 10GBASE-T (10-Gigabit Ethernet) até 100m;
      • Cat 7 (Classe F) → 600 Mhz;
      • Cat 7a (Classe Fa) → 1000 Mhz;
    • Gigabit Ethernet → IEEE 802.3z
      • 1000Base-SX (small extension)
        • fibra multimodo → comprimento de onda de 850nm; alcance de até 550m;
        • utiliza o VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser);
      • 1000Base-LX (large extension)
        • fibra monomodo → comprimento de onda de 1310nm; alcance de 5 km;
        • utiliza laser (edge-emitting);
      • 1000Base-EX
        • fibra monomodo → comprimento de onda de 1310nm; alcance de 40 km;
        • utiliza laser (edge-emitting);
      • 1000Base-ZX
        • fibra monomodo → comprimento de onda de 1550nm; alcance de 70 a 120 km;
        • utiliza laser (edge-emitting);
      • 1000Base-CX
        • cabo de cobres → alcance de 25m;
        • utiliza cabo STP ou coaxial com dois fios;
      • 1000Base-T
        • par trançado → todos os pares transmitem e recebem simultaneamente; 250Mbps por par;
        • utiliza os quatros pares do cabo de par trançado para transmissão e recepção simultânea em cabeamento Cat-5e;
        • equipamento com hardware mais complexo e caro, e cabeamento mais barato;
      • 1000Base-TX
        • par trançado → dois pares transmitem e dois pares recebem; 500Mbps por par;
        • utiliza os quatros pares do cabo de par trançado, 2 pares para transmissão e 2 pares para recepção em cabeamento Cat-6 ou Cat-7;
        • equipamento com hardware mais barato e cabeamento mais caro;
    • Performance
      • cumprimento da parte destrançada do cabo para encaixe do conector;
      • nível de interferência eletromagnética (EMI);
      • nível de interferência de rádio frequência (RFI);
      • cabos muito longos;
      • cabos e conectores de rede em conformidade com normas de cabeamento;
  • ADSL
    • utiliza o espectro de 1,1Mhz, divididos em 256 canais de 4.312,5 Hz (1,104 Mhz);
    • o canal 0 (0 até 4.312,5 Hz) é utilizado pelo serviços tradicional de telefonia;
    • os canais 1 a 5 (4.312,5 Hz até 21.562,5 Hz) não são utilizados para evitar interferência;
    • há um canal de controle do upload e uma canal de controle de download;
    • 248 canais são usados para dados;
    • cada canal pode ter uma taxa de transmissão distinta em virtude do monitoramento da relação sinal/ruído em cada canal;
  • Frame-relay
    • Conexão Frame-relay → orientado à conexão em circuitos virtuais (multiplexação estatística permanente ou por switchs):
      • roteamento na camada de enlace;
      • utiliza frame (quadro) de tamanho variável entregues em ordem;
      • sem controle de fluxo, apenas sinalizações simplificadas de fluxo;
      • sem confirmação;
      • sem controle de erros, não havendo retransmissão;
      • com detecção de erros, descarta o pacote e não solicita retransmissão;
      • com aviso de congestionamento (FECN e BECN);
      • há um nível de qualidade de serviço com a indicação dos pacotes primariamente elegíveis para descarte (DE);
    • Estrutura do frame
      • Flag (1 byte) → indica o início do frame; a sequência 01111110 (7E) é reservada e não aparece no frame (bit stuffing and destuffing);
      • Header (2 bytes) → campos do protocolo;
        • DLCI (6 bits) → primeira parte identificador lógico e único do circuito virtual da porta (subinterface) de origem;
        • C/R (1 bit) → indica requisição ou resposta;
        • EA (1 bit) → indica o uso de cabeçalho estendido;
        • DLCI (4 bits) → segunda parte do DLCI, que possui 10bits mas é divido em campos de 6 e 4 bits;
        • FECN (1 bit) → notificação explícita de congestionamento ao receptor;
        • BECN (1 bit) → notificação explícita de congestionamento ao transmissor;
        • DE (1 bit) → indica pacotes com preferência para descarte;
        • EA (1 bit)
      • Payload → dados da próxima camada; hosts podem negociar o tamanho máximo do frame, entre 262 e 1600 bytes;
      • FCS (Frame check sequence) → checksum CRC de 16bits para frames de até 4096 bytes;
      • Flag → indica o fim do frame;
    • Circuitos Virtuais
      • PVC (permanente) → conexão permanente entre 2 pontos (ponto-a-ponto);
      • SVC (por switchs) → conexão criada e terminada conforme a demanda entre quaisquer 2 pontos da rede (ponto-a-ponto);
    • Equipamentos
      • DTE → recebe e gera sinais digitais;
      • DCE → codifica e modula sinais digitais com uso de clock, adequando-os ao meio de transmissão;
    • LMI (Local Management Interface) → conjunto de melhorias para a especificação do Frame-relay;
      • estabelece o SVC;
      • protocolo de comunicação e sincronização entre o DTE e o primeiro switch Frame-relay (DCE);
      • torna global o identificar DLCI;
      • permite mensagens de consulta de status dos circuitos virtuais;
      • adiciona a capacidade de multicast;
  • ATM
    • Conexão ATM → orientado à conexão em circuitos virtuais;
      • células de tamanho fixo de 53 bytes (48 bytes de payload e 5 bytes de cabeçalho) entregues em ordem;
      • o estabelecimento da conexão, circuito virtual em nível de enlace, configura a reserva de recursos com a indicação da classes de serviço;
      • com controle de congestionamento (e controle de admissão);
    • Parâmetros de Qualidade de Serviço → parâmetros definidos quando a conexão é estabelecida para células que são garantidas pela rede;
      • Cell Transfer Delay (CTD) → especifica o atraso entre o envio do primeiro bit pela origem e a recepção do último bit pelo destino;
      • Peak-to-peak Cell Delay Variation (CDV) → especifica a diferença entre o máximo e mínimo CTD aceitável na conexão;
      • Cell Loss Ratio (CLR) → especifica o percentual aceitável de células descartadas (erros ou congestionamento) e não recebidas no destino;
    • Parâmetros de utilização da conexão → parâmetros definidos quando a conexão é estabelecida para células que não serão garantidas pela rede;
      • Peak Cell Rate (PCR) → a taxa máxima de um pico de tráfego que o usuário pode transmitir;
      • Sustained Cell Rate (SCR) → a taxa média medida em um intervalo longo;
      • Burst Tolerance (BT) → o tamanho máximo da rajada que pode ser enviada durante a taxa de pico; ( MBS – 1 )( 1/SCR – 1/PCR );
      • Maximum Burst Size (MBS) → o número máximo de células que podem ser enviadas durante a taxa de pico;
      • Minimum Cell Rate (MCR) → a taxa mínima deseja pelo usuário;
    • Classes de serviços → cada classe de serviço está associada a parâmetros de qualidade de serviço e de utilização recomendados;
      • CBR (Classe A) → taxa de células constante;
        • Peak Cell Rate, Cell Loss Ratio, Peak-to-peak Cell Delay Variation, Cell Transfer Delay (Max);
      • RT-VBR (Classe B) → taxa de células variável de tempo real;
        • Peak Cell Rate, Cell Loss Ratio, Sustained Cell Rate, Peak-to-peak Cell Delay Variation, Cell Transfer Delay (Max);
      • NRT-VBR (Classe C) → taxa de células variável exceto as de tempo real;
        • Peak Cell Rate, Cell Loss Ratio, Sustained Cell Rate, Cell Transfer Delay (Mean);
      • ABR (Classe D) → células de prioridade menor, sem garantia integral;
        • Peak Cell Rate, Cell Loss Ratio, Minimum Cell Rate;
      • UBR (Classe D) → não tem requisitos de qualidade, transmitidas no melhor esforço;
        • Peak Cell Rate;
    • Tipos de célula
      • UNI (User-Network Interface) → comunicação entre um cliente e a rede;
      • NNI (Network Node Interface) → comunicação entre membros do núcleo da rede;
    • Conexões virtuais

      • Caminho de transmissão (Transmission Path – TP)
        • ligação física entre equipamentos ATM, subdividida em caminhos virtuais (Virtual Paths);
      • Caminho virtual (Virtual Path – VP)
        • ligação local entre interfaces de equipamentos adjacentes, subdividida em canais virtuais (Virtual Channels);
      • Canal virtual (Virtual Channel – VC)
        • identificado pelo campo (16 bits) VCI com abrangência a nível de enlace (rótulo local);
      • Conexão por caminho virtuais (Virtual Paths Connection – VPC)
        • conjunto de Virtual Paths para interligação entre dois pontos quaisquer da rede ATM;
        • tem abrangência a nível de rede;
      • Conexão por canais virtuais (Virtual Channel Connection – VCC)
        • conjunto de Virtual Channels para interligação entre dois pontos quaisquer da rede ATM;
        • tem abrangência a nível de rede;
    • Modelo ATM
      • Aplicação ATM
      • Adaptação ATM

        • subcamada de convergência (Convergence Sublayer)
          • converte a informação da camada aplicação de acordo com o classe de serviço (AAL1→CBR);
          • controla as conexões virtuais entre sistemas finais (fim a fim);
        • subcamada de segmentação e recomposição (Segmentation and Reassembly)
          • fragmenta a informação para ser encapsulada em uma célula ATM;
          • provê mecanismos de controle, sinalização e qualidade de serviço;
      • ATM
        • construção, processamento e transmissão das células;
        • geração/extração de cabeçalho;
        • multiplexação e demultiplexação;
        • tradução do VPI/VCI a cada salto;
        • controle de fluxo;
        • manipulação e transporte da células;
        • diferente do TDM, não há uma ordem no preenchimento dos time-slots;
        • canais com maior prioridade ocupam mais time-slots;
      • Física ATM

        • subcamada de convergência de transmissão (Transmission Convergence)
          • geração e verificação do HEC;
          • geração do quadro de acordo com o formato determinado (SDH ,etc);
        • subcamada de meio físico (Physical Medium);
          • temporização da transmissão de acordo com o clock;
          • transmissão por cobre ou fibra;
    • Estrutura da célula
      • VPI (12 bits) → identifica o caminho virtual com abrangência a nível de enlace (local);
        • GFC (4 bits) → subcampo indica o controle de fluxo genérico;
        • VPI (8 bits) → VPI de fato;
      • VCI (16 bits) → identifica o canal virtual com abrangência a nível de enlace (local);
      • PT (3 bits) → tipo do payload (aplicação, sinalização ou manutenção);
      • CLP (1 bit) → prioridade relativa da célula;
      • HEC (8 bits) → checksum dos demais 32 bits do cabeçalho para detecção e correção de erros;
    • Sinalização
      • estabelecimento de conexões por meio da seleção dinâmica de caminhos virtuais ou canais virtuais;
      • indica a classe de serviço;
      • especifica parâmetros de tráfego;
      • alocação de recursos ou recusa de conexões (controle de congestionamento);
      • notificações de conexões e de erros;
      • finalização da conexão;
  • MPLS (MultiProtocol Label Switching)

    • transporta dados em comutação por pacotes ou por circuitos por meio do encaminhamento baseado em rótulo;
    • o rótulo é identificador curto (20 bits), de tamanho fixo e significado local;
    • o rótulo com valor 1 representa um alerta (router alert label);
    • decisões de encaminhamento de pacotes são feitos exclusivamente a partir do conteúdos deste rótulo;
    • permite a criação de circuitos fim a fim sobre qualquer protocolo;
    • Label Edge Router (LER) ou LSR de borda;
      • ativo de borda que realizada a classificação dos pacotes no ingresso ao domínio MPLS;
      • no ingresso é adicionado um cabeçalho (Shim header) ao pacote para cada rótulo;
      • esses cabeçalhos são inseridos entre a camada de enlace e rede, criando uma pilha de rótulos;
      • cada cabeçalho indica o rótulo que permite que um grupo de pacotes IP sejam encaminhados da mesma forma (FEC);
      • na saída do domínio MPLS o rótulo é retirado;
    • Label Switching Router (LSR), LSR interno ou roteador de trânsito;
      • ao receber um pacote rotulado, o primeiro rótulo da pilha é analisado para determinar seu roteamento;
      • a partir do seu conteúdo, pode-se substituí-lo (swap), retirá-lo (dispose) ou acrescentar outro rótulo (impose);
      • o rótulo é alterado a cada salto;
    • Label Distribution Protocol (LDP)
      • protocolo de comunicação entre LSR para criação ou atualização de bases usadas para encaminhar os pacotes;
      • pode distribuir rótulos internos (VC/VPN/service label) ou rótulos externos (path label);
    • Label Switching Path (LSP)
      • conjunto de rótulos que formam um caminho específico unidirecional no domínio MPLS;
      • são equivalentes a um circuito virtual permanente que independe de tecnologia específica;
    • Forward Equivalence Class (FEC)
      • vincula o pacote um classe para agrupar os pacotes que compartilham requisitos;
    • Estrutura do label (Shim header → 32 bits)
      • Label (20 bits) → rótulo que identifica o pacote;
      • EXP ou TC (3 bits) → indica a classe do serviço (Traffic class);
      • Stack (1 bit) → indica o encapsulamento de outro cabeçalho MPLS no payload;
      • TTL (8 bits) → valor decrementado a cada salto;
    • Virtual Routing and Forwarding Table
      • conjunto de rótulos roteáveis entre si;
  • 802.1x
    • implementa o controle de acesso de rede com base em porta;
    • autenticação do cliente e do nó (switch, access point, etc);
    • EAP → protocolo de autenticação extensível utilizado para troca de mensagens de autenticação;
    • Fases
      • Associação (EAP over LAN – EAPOL)
        • cliente → solicita associação ao autenticador;
        • autenticador → requisita a identidade EAP do cliente;
        • cliente → envia a identidade EAP para o autenticador;
        • autenticador → encaminha a identidade EAP ao servidor de autenticação;
      • Autorização (IP, UDP, Radius)
        • servidor de autenticação → requisita as credenciais do cliente por meio do autenticador;
        • cliente → envia as credenciais ao servidor de autenticação por meio do autenticador;
        • servidor de autenticação → verificar as credenciais, e caso válidas, envia uma chave de autenticação criptografada para o autenticador;
        • autenticador → envia ao cliente a chave de autenticação;
    • Protocolos de troca de mensagens de autenticação por senha
      • EAP-MD5 Challenge
      • EAP-SPEKE
      • EAP-SRP
      • EAP-FAST
    • Protocolos de troca de mensagens de autenticação por certificados digitais
      • EAP-TLS
      • EAP-TTLS
      • PEAP
    • Protocolos de mensagens
      • PAP
      • CHAP
        • servidor encaminha um desafio (cálculo a partir da senha compartilhada) para o cliente;
        • cliente a servidor compartilham uma senha, nunca enviada pela rede, nem o hash da senha;

 

Contexto de Rede – Roteamento

 

  • Roteamento
    • o roteamento realiza a tomada de decisão para seleção da interface de transmissão (saída) de pacotes;
    • decorre da existência de múltiplos caminhos, com latência e saltos distintos, para o alcance do destino;
    • envolve regras estáticas (não adaptativa) e algoritmos adaptativos, ocorrendo constantemente na comutação por datagrama;
    • permite mudanças na topologia da rede, sem interromper os serviços e aplicações que utilizam a rede;
  • Árvore de escoamento
    • é um produto do processo de roteamento que predetermina os caminhos das origens até determinado o destino;
    • resultante de acordo com determinado algoritmo;
    • sofre alterações a partir de mudanças físicas ou no estado dos enlaces da rede;
    • reflete um subconjunto de rotas que serão efetivamente utilizadas de forma não exclusiva e sem loops;
  • Algoritmos de roteamento
    • Global centralizado
      • utiliza um ponto central de cálculo de rotas de todo a topologia da rede;
      • reconhece a topologia da rede;
    • Global duplicado
      • cada roteador calcula as rotas de todo a topologia da rede;
      • reconhece a topologia da rede;
    • Descentralizado
      • cada roteador tem visão apenas dos roteadores adjacentes, não reconhece a topologia da rede;
      • calcula de forma iterativa e distribuída;
  • Sistemas autônomos → distribuição hierárquica de roteamento entre regiões;
    • maior escalabilidade;
    • autonomia e autoridade administrativa;
    • política e protocolo de roteamento comuns;
    • redução da complexidade e quantidade de rotas;
    • Categorias
      • Single homed (STUB) → possui ponto único de entrada/saída;
      • Multihomed no-transit → possui mais de um ponto de entrada/saída, sem trânsito de tráfego entre redes externas;
      • Multihomed transit → possui mais de um ponto de entrada/saída, com trânsito de tráfego entre redes externas;
  • Distância administrativa → tabela com prioridade entre protocolos de roteamento que reflete sua confiabilidade;
    • interface diretamente conectada → 0;
    • rota estática para interface → 0;
    • rota estática para IP → 1;
    • eBGP → 20;
    • OSPF → 110;
    • RIP → 120;
    • iBGP→ 200;
  • Roteamento estático
    • permite maior controle e segurança sobre o processo de roteamento;
    • requer maior conhecimento da topologia e do processo de roteamento;
    • menor consumo de processamento;
    • evita o consumo de banda entre roteadores;
    • impede a alteração da rota por algoritmos dinâmicos;
  • Interior Gateway Protocol (IGP) → interno ao sistema autônomo (intra-AS);
    • RIP (Routing Information Protocol)
      • Vetor de distância (Bellman-Ford)
        • algoritmo descentralizado que utiliza como única métrica a contagem de saltos (distância é o número de enlaces até o destino);
        • suporta balanceamento de carga Round-Robin entre até 6 caminhos de mesmo número de saltos;
        • troca de mensagens entre roteadores por camada de aplicação encapsulado em UDP e porta 520;
        • possui convergência lenta, pois a informação é passada somente aos roteadores adjacentes que as repassa;
        • utiliza 24 bytes por entrada na tabela de roteamento;
        • o número máximo de roteadores permitidos em um caminho é 15 (pequenas redes) e evita o problema de contagem ao infinito;
        • maior troca de pacotes entre roteadores;
      • Temporizadores
        • Temporizador de atualização → envia a tabela de roteamento inteira aos roteadores adjacentes a cada 30 segundos;
        • Temporizador de rota → rota é inativada da tabela após 180 segundos sem receber comunicação do roteador adjacente;
        • Temporizador de esvaziamento de memória → remove as rotas inabilitadas;
      • RIPv1 (RFC 1058)
        • não envia a máscara de rede (cidr), transmissão da tabela via broadcast e sem autenticação;
        • Comando (1 byte, requisição ou resposta), Versão (1 byte), Zero (2 bytes, compatibilidade com versões de RIP utilizadas antes da padronização);
        • Address-Family Identifier (2 bytes), Endereço IP (4 bytes), Métrica (4 bytes);
      • RIPv2 (RFC 2453/4822)
        • suporta máscara de rede (cidr), transmissão da tabela via multicast e com autenticação;
        • Comando (1 byte, requisição ou resposta), Versão (1 byte); Address-Family Identifier (2 bytes), Endereço IP (4 bytes), Métrica (4 bytes);
        • Tag de roteamento (2 bytes), Máscara de sub-rede (4 bytes), Próximo salto (4 bytes, para cada rota);
      • RIPng (RFC 2080)
        • suporte a IPv6;
        • troca de mensagens entre roteadores por camada de aplicação encapsulado em UDP e porta 521;
        • sem autenticação, pois recomenda utilização dos recursos do IPv6 (IP Authentication Header e IP Encapsulating Security Payload)
        • o próximo salto (next hop) é definido para um conjunto de rotas;
    • OSPF (Open Shortest Path First)
      • Estado de enlace (Dijkstra)

        • algoritmo global que utiliza métricas baseadas em custo (carga, largura de banda, latência, distância, confiança);
        • permite a utilização de tabelas de roteamento distintas por métrica, capaz de mapeá-las para valores do campo Type of Service (ToS);
        • suporte a balanceamento de carga Equal Cost MultiPath (ECMP) para rotas de mesma métrica (mesmo custo);
        • permite a centralização do gerenciamento do estado de enlace em um roteador designado (calcula e distribui as rotas para todos os roteadores);
        • troca de mensagens entre roteadores sobre a camada de rede (código 89) por broadcast flooding e com autenticação (texto claro/MD5);
        • envia somente os custos para alcançar os roteadores adjacentes a cada 30 minutos (temporizador) ou quando a topologia da rede é alterada;
        • realiza atualização incremental da tabela;
        • possui convergência logarítmica a quantidade de enlaces;
        • não há limite de roteadores de um caminho;
        • menor troca de pacotes entre roteadores;
        • suporta multicast (MOSPF);
        • hierarquia interna ao domínio → permite a criação de áreas com base de dados de estado de enlace próprio;
          • área de backbone (área 0) é obrigatória e permite o roteamento entre as outras áreas e ligação ao default gateway;
          • link virtual interliga uma área à área de backbone por meio de outra área;
      • Classes de roteadores
        • internos → rotas internas a área;
        • borda de área → rotas entre áreas;
        • de backbone → rotas da área zero;
        • fronteira do sistema autônomo → rotas entre sistemas autônomos;
      • Tipos de roteadores
        • vizinhos → ligação física;
        • adjacentes → aceitam LSP entre si;
        • designados → aceita LSP de todos e envia a tabela;
      • Mensagens OSPF → todas as mensagens possuem um cabeçalho comum;
        • Hello → descoberta dos roteadores adjacentes;
        • ICMP echo → descoberta da latência aos roteadores adjacentes;
        • Link State Package (LSP) → pacote contendo o ID de roteadores adjacentes, a latência para alcança-los, nº de sequência e age (ttl);
        • Link State Update → envia a todos os roteadores o LSP;
          • ao receber o LSP identifica-se a topologia da rede com seu grafo completo e orientado e calcula o caminho mais curto (Dijkstra);
        • Link State Ack → pacote de confirmação de recebimento do LSP;
        • Link State Request → solicita informações de determinado roteador;
        • Database description → informa a versão de sequência do LSP em uso para cada rota;
      • OSPFv3 → suporte a IPv6;
  • Exterior Gateway Protocol (EGP) → externo ao sistema autônomo (inter-AS);
    • BGP (Border Gateway Protocol)
      • Vetor de caminho (Path vector)
        • não possui métricas em rotas (custos) e não suporta balanceamento de carga;
        • permite a troca de informações de atingibilidade entre sistemas autônomos;
        • realiza agregação de rotas por cidr;
        • especializado para implementação de políticas de roteamento (caminhos preferenciais ou que devem ser evitados);
      • Sessões BGP
        • Roteador de borda → estão nas fronteiras inter-AS, atua como default gateway e suporta múltiplos protocolos;
        • iBPG → executado em roteadores internos (vizinhos) de um AS (em modo Full Meshed ou Route Reflector);
        • eBPG → executado em roteadores de borda (pares) inter-AS ligados fisicamente e aplica políticas;
      • Atributos de caminho → descrevem as características de um caminho para determinado prefixo;
        • AS-PATH → indica a lista de ASN (Autonomous System Number) para alcance do destino;
        • NEXT-HOP → indica a interface de saída para essa rota;
        • ORIGIN → indica a fonte de informações do roteamento (se criada por IGP, EGP, etc);
        • CLUSTER-ID → identifica um conjunto de roteadores em sessões iBPG por reflexão de rotas (alternativa ao Full Meshed);
        • ORIGINATOR-ID → identifica cada roteador em sessões iBPG por reflexão de rotas;
      • RIB (Routing Information Base) → permite o controle de conveniência utilizar rotas recebidas ou de anunciá-las;
        • RIBs recebidas (Adj-RIBs-In) → base de informações recebidas, pré importação;
        • ↓ Políticas de importação → regras de restrição (filtragem) aplicadas a importação de rotas;
        • RIB local (Loc-RIB) → base de informações importadas, em utilização para encaminhamento;
        • ↓ Políticas de exportação → regras de restrição (filtragem) aplicadas ao anúncio de rotas;
        • RIBs anunciadas (Adj-RIBs-Out) → base de informações anunciadas, pós exportação;
      • Mensagens BGP
        • Open → estabelece a sessão BGP para troca de mensagens por camada de aplicação sob em TCP e porta 179 com autenticação (MD5);
        • Update → envia atualizações parcial dos caminhos e somente quando a topologia da rede é alterada;
        • Keepalive → mantém a conexão ativa (19 bytes);
        • Notification → mensagem indicativa de erro;
        • Route-refresh → solicita todas as informações de roteamento;

 

Contexto de Rede – Qualidade de Serviço

 

  • Qualidade de Serviço

    • agrupa tráfegos com requisitos similares e aplica distintas prioridades;
  • Parâmetros de QoS (Requisitos)
    • Confiabilidade
    • Atraso (delay)
    • Flutuação (jitter)
    • Perda de pacotes
    • Largura de banda (throughput)
    • Reflexão (eco)
  • Técnicas para melhoria da qualidade
    • Programação
    • Reserva de recursos
    • Controle de admissão
    • Moldagem de tráfego (formatação) → regula a quantidade e velocidade de pacotes na origem;
      • Balde furado (Leaky bucket)
        • transmissão constante (taxa média) de pacotes, mesmo quando ocioso;
      • Balde de símbolos (Token bucket)
        • transmissão com rajadas controladas;
      • Balde de símbolos + Balde furado
        • sem ociosidade e com fluxo constante;
        • o tamanho do balde furado deve ser maior que a rajada máxima do balde de símbolos;
        • a vazão do balde furado deve ser maior que o valor equivalente ao símbolo do balde de símbolos;
  • Serviços integrados (IntServ)
    • Conceitos
      • reserva prévia de recursos para fluxos individuais por meio do protocolo de sinalização RSVP;
      • voltado para estabelecimento de sessões multicast (vários transmissores para vários grupos de receptores);
      • todos os roteadores do caminho analisam a solicitação de reserva, não sendo determinado (forçada) pelo RSVP;
    • Classes de serviços (CoS) → agrupa aplicações com características comuns ou semelhantes;
      • Serviços garantidos (quantitativos) → garantia de atraso máximo e de não descarte para tráfegos em tempo real;
      • Serviços controlados (qualitativos) → redução do impacto de congestionamentos;
    • Limitações
      • Escalabilidade → roteadores armazenam o estado da reserva;
      • Classes de serviços → apenas duas;
    • Mensagens RSVP (Resource Reservation Protocol)
      • PATH
        • anúncio enviado pelo emissor para especificar as características do fluxo a ser transmitido;
        • contém as rotas para alcance do emissor;
      • RESV
        • solicitação de reserva do nível de recursos realizada pelo receptor;
        • é necessária o envio de mensagens periódicas para manter a reserva;
      • RESVCONF
        • confirmação da reserva;
      • RESVERR
        • falha no atendimento da reserva ou cancelamento de reserva existente;
    • Protocolo COPS (Common Open Policy Service) → replicação de políticas entre roteadores por meio de TCP;
      • Referências → RFC 2748, RFC 4261 (COPS sob TLS) e RFC 3084 (Provisioning Model)
      • Componentes
        • PDP (Policy Decision Point) → servidor de políticas;
        • PEP (Policy Enforcement Point) → ativos que aplicam as políticas;
      • Modelos
        • Terceirizado (Outsourscing Model) → PEP envia informações relevantes para o PDP tomar a decisão;
        • Provisionado (Provisioning Model) → PDP obtém as políticas para a tomada de decisão;
  • Serviços diferenciados (DiffServ)
    • Conceitos
      • classifica os pacotes para que os nós possam aplicar (Per Hop Behavior) tratamento diferenciado;
      • os roteadores membros um domínio DS realizam tratamento uniforme para cada classe de serviço;
      • o SLA define o desempenho esperado e regras de mapeamento das classes entre distintos domínios;
    • Função de borda
      • Classificador → realiza a classificação dos pacotes a partir de endereços, portas e protocolos;
      • Medidor → verifica os fluxos de acordo com o desempenho acordado e contabiliza para pagamentos;
      • Marcador → definir o valor do campo DSCP a partir do mapeamento definido;
      • Modelador → modela ou descarta o tráfego para imposição dos acordos;
    • Função central
      • encaminha dos pacotes de acordo com a classe do pacote (DSCP);
    • Per-Hop Behaviors → relação de recursos por tratamento:
      • Default Forwarding (encaminhamento padrão) → melhor esforço (DSCP=000000);
      • Assured Forwarding (encaminhamento garantido) → há filas (classes de serviços) com prioridades, mas sem definições quantitativas;
      • Expedited Forwarding (encaminhamento expedido) → sempre deve haver recursos a partir de definições quantitativas;
  • QoS no contexto de enlace
    • IEEE 802.1p
      • implementa filas para o domínio de broadcast;
      • utiliza campo PCP (Priority Code Point) do cabeçalho da VLAN (802.1q);
      • suporta até 8 classes de tráfego (3 bits);
    • RFC 2814 (Subnet Bandwidth Manager)

 

SNA – Arquitetura de Sistemas de Rede

 

  • Arquitetura SNA

    • uma arquitetura de rede aberta e proprietária da IBM para interligar computadores e seus recursos;
    • descreve formatos de protocolos de comunicação, e não uma implementação de software;
    • é implementado por pacotes de softwares da IBM, como o Virtual Telecommunications Access Method (VTAM);
    • expandiu o uso e as vendas de terminais interativos em oposição a sistemas em batch;
    • suporta 4096 periféricos interligados por linhas de comunicação por CPU, divididos em 16 canais de I/O com 256 periféricos cada;
    • possui detecção e correção de erros, e controle de fluxo para prevenir congestionamento da rede;
    • permite acesso de terminal a mainframes, transferência de dados entre computadores, impressões a partir do mainframe, troca de dados entre programas;
  • Plataformas
    • mainframe;
    • AIX;
    • Linux;
    • IBM’s Communications Server para Windows;
    • Microsoft’s Host Integration Server (HIS) para Windows;
  • Camadas da arquitetura SNA

    • Transaction Services
      • representa aplicações que iniciam e terminam sessões SNA de usuário para usuário;
    • Functional Management
      • formata streams de dados, converte caracteres para apresentação e controla sessões ativas;
    • Data Flow Control
      • provê protocolos para gerenciamento da integridade sessões, sincronização de dados e geração de PDUs;
    • Transmission Control
      • gerencia sessões ativas fim a fim, controla a sequência de dados e criptografia (VTAM e NCP);
    • Path Control
      • realiza o roteamento entre nós da hierarquia (VTAM e NCP);
    • Data Link Control
      • gerencia as transmissões da dados entre nós com detecção e correção de erros;
    • Physical Control
      • transmite os bits sobre padrões de circuitos da indústria (canais, linhas telefônicas, microondas, fibras óticas, cabos coaxiais);
  • Protocolos (Data Link Control)

    • Binary Synchronous Communication (BSC or Bisync) → foi substituído pelo SDLC;
      • protocolo half-duplex orientado a caractere e síncrono que possui 5 diferentes formatos de frames;
      • utilizado caracteres de controle e procedimentos para o estabelecimento de uma conexão válida antes da transferência dos dados;
      • suporta as codificações: Six-bit Transcode looked backwards (sistemas legados); USASCII com 128 caracteres e EBCDIC com 256 caracteres;
      • a estação mestre consulta os terminais ligados por pontos analógicos com o envio em turnos do caractere ENQ para cada dispositivo;
      • o dispositivo recebe o ENQ transmite as mensagens ou responde com o caractere EOT para indicar que não há dados para transmitir;
    • Synchronous Data Link Control (SDLC)
      • protocolo que permitiu aumento da eficiência da transmissão de dados sob um único link;
      • tem capacidade de detecção e correção de erros, bem como retransmissão de dados;
      • utiliza cabeçalho comum que suporta a ligação de diferentes tipos de terminal em um único link ao mainframe;
  • Modelos de rede (estrutura)

    • Hierárquico (rede de subarea)
      • permite que usuários de terminais separados geograficamente acessem mainframes centralizados;
      • um dispositivo centralizado provê serviços de rede para todos os usuários da rede;
      • cada subarea contém um mainframe (PU Type 5) ou um controlador de comunicação (PU Type 4);
      • Componentes de software

        • Network Control Program (NCP)
          • executado em Physical Unit Type 4;
          • controle físico do meio de transmissão e controle lógico da rede por meio da implementação do protocolo de switching entre nós (qualquer PU);
          • provê buffers de encaminhamento, controla o fluxo de dados, realiza o roteamento, recupera erros e indica congestionamento nos nós da rede;
          • multiplexa a comunicação entre múltiplos terminais ligados a um CPU por meio de uma linha de comunicação;
        • Virtual Telecommunications Access Method (VTAM) ou SNA services
          • executado em Physical Unit Type 5;
          • gerenciamento da rede, controla logicamente o fluxo de dados, interage diretamente com os programas de aplicação;
          • provê log-in em uma aplicação específica, sessão remota e serviços de roteamento ao mainframe;
          • implementação do SNA subarea network;
      • Componentes da rede → utilizam um endereço para receber e enviar informação;
        • System Services Control Point (SSCP) → implementado pelo VTAM;
          • gerencia (ativa, controla e desativa) os recursos de rede de um domínio SNA (contém várias subareas);
          • provê serviços para nós subordinados e estabelece sessões com componentes da rede;
        • Physical Unit (PU) ou SNA node → combina hardware e software necessários para a comunicação;
          • Type 5 (T5) → componente principal localizado no mainframe para o processamento de aplicações (implementado pelo VTAM);
          • Type 4 (T4) → controladora de comunicação (CCU) dos periféricos com o mainframe (implementado pelo NCP);
          • Type 2.0 (T2.0) → controladora de periféricos (terminais e impressoras), sendo conectado ou integrado ao periférico;
        • Logical Unit (LU) → atua como intermediário (impressoras, teclados, terminais) entre o usuário e a rede;
          • LU 0 → interface de componentes definida pelo usuário para desenvolvimento de aplicações;
          • LU 1 → impressoras de rede; manipula a transmissão de dados de impressão para impressoras de rede; utiliza o formato SNA Character String (SCS);
          • LU 2 → terminais gráficos coloridos ou monocromáticos; define como os dados do terminal são formatados e transmitidos;
          • LU 3 → impressoras de rede; controla a transmissão de dados de impressão para impressoras de rede; utiliza stream SNA 3270;
    • Peer-to-Peer ou Vertical (Advanced Peer-to-Peer Networking – APPN)
      • permite a utilização de LANs e WANs para acesso cliente-servidor;
      • permite que qualquer computador da rede utilize protocolos SNA para ganhar acesso a recursos de qualquer outro computador;
      • torna os computadores independentes do mainframe (Type 5) e de controladoras (Type 4) para serviços de comunicação;
      • Componentes da rede → utilizam um endereço para receber e enviar informação;
        • Physical Unit (PU) ou SNA node → combina hardware e software necessários para a comunicação;
          • Type 2.1 (T2.1) → periférico capaz de conectar-se a outro periférico (ponto a ponto) sem a necessidade de SSCP;
            • APPN network nodes → provê serviços de sessão LU para LU e CP para CP, e serviços de roteamento e diretórios para outros nós;
            • APPN end nodes → provê um subconjunto de serviços de sessão e de diretório para as LU interligadas;
            • Low Entry Network (LEN) nodes → não provê serviços de roteamento ou de sessão para outros nós;
        • Logical Unit (LU) → atua como intermediário (impressoras, teclados, terminais) entre o usuário e a rede;
          • LU 6.2 → possui funções para suportar qualquer tipo de aplicações baseadas em SNA (impressoras e terminais);
          • LU 4 → suporta impressoras em stream de dados IBM 5250;
          • LU 7 → suporte terminais (display) em stream de dados IBM 5250;
  • Limitações
    • a instalação, a manutenção e a comunicação com redes não-SNA são complexas;
    • a definição de caminhos alternativos entre nós deve ser prévia e centralizada;
    • o design em camadas ainda não havia sido adotado pela indústria;
    • a conectividade depende de grande lógica de máquina de estado e de constantes intervenções manuais;

 


Reinaldo Gil Lima de Carvalho