Comunicação de dados - normas

Luís Manuel Borges Gouveia
Versão 1.1, Outubro 1997

O MODELO DE REFERÊNCIA OSI

Arquitecturas de rede

A gestão de uma rede de comunicação de dados é uma questão complexa; requer, em particular, a realização de um grande número de funções bem diferenciadas e com diversos graus de dificuldade. Acresce a isso o facto de estas funções terem de se realizar num ambiente distribuído (distribuição física de recursos) e potencialmente adverso (erros, falhas), envolvendo sistemas heterogéneos.

Para além do transporte de dados através da rede, essencial para assegurar a comunicação entre sistemas utentes da rede, coloca-se também o problema da troca de informação de controlo entre os referidos sistemas, entre estes e a rede e no interior da própria rede, de forma a permitir uma eficiente gestão de recursos e uma boa coordenação das respectivas actividades. A interacção entre os sistemas constituintes da rede requer, deste modo, mecanismos de comunicação, controlo e sincronização.

Isto coloca novos problemas pois os mecanismos de controlo são em geral distribuídos, a geração e transmissão de informação tem carácter essencialmente assíncrono e a comunicação está sujeita a erros. Interessa assim que estes mecanismos sejam coerentes e robustos e tanto quanto possível independentes das aplicações.

  • Porque é necessário debater a arquitectura de uma rede?

    - multiplicidade de funções a suportar

    - existência de diferentes tipos de aplicações a fluir numa rede

    - viabilidade de novas soluções incorporadas em redes que acompanhem a evolução

    - problema de ligar eficientemente máquinas de diferentes idades com características e tecnologias muito diferentes.

    •

    Mecanismos complementares de sincronização tentam garantir que a informação num dado período não se perca.

    A arquitectura de uma rede especifica as funções que uma rede vai realizar e como essas funções se vão realizar (como eventualmente se vão realizar).

    Arquitecturas modulares são aquelas em que as diversas funções a suportar pela rede se organizam ou decompõem em módulos.

    Estruturação em camadas:

    Princípios de estruturação em camadas:

    Os vários níveis surgem para que um nível possa controlar também a informação tratada num nível mais baixo, o que implica maior qualidade nos serviços oferecidos pela rede.

    Vantagens:

    Podem-se considerar os normas um mal necessário pois, se é bom que eles garantam que máquinas de diferentes fabricantes possam comunicar entre si, eles normalmente, quando emergem como normas são já obsoletos, desactualizados, constituindo nestas circunstâncias, um entrave à evolução tecnológica (a definição de normas é um processo muito lento).

    Uma consequência de arquitecturas modulares e hierárquicas é o facto dos sistemas que vão constituir a rede serem distribuídos em camadas.

    Os sistemas trocam entre si mensagens inerentes também a controlo de erros e sincronização de processos. Na comunicação são necessárias regras que definem o que fazer em determinada situação e procedimentos que determinam o caminho a dar a determinada informação.

    A comunicação envolve regras (sintácticas, semânticas, temporais) que tomam o nome de protocolos. Um protocolo regula a comunicação entre entidades homólogas em sistemas diferentes. Os protocolos estruturam-se igualmente em camadas, com as camadas superiores encapsulando as inferiores.

    Uma interface regula a comunicação entre entidades em camadas adjacentes num mesmo sistema. Utilizando serviços fornecidos pela camada inferior, entidades homólogas cooperam, por meio de um protocolo, na realização de certas funções, o que lhes permite oferecer, através duma interface, um serviço de valor acrescentado à camada superior.

    Se pensarmos os sistemas como estruturas em camadas.

    então a comunicação entre dois sistemas é um conjunto de comunicações parcelares sobre entidades homólogas. Cada camada tenta oferecer um serviço melhor à camada adjacente superior e comunica com a camada semelhante do sistema com o qual troca informação.

    Encapsulamento surge como forma de identificar a informação contida no cabeçalho e que determina, por exemplo, o destino da informação (semelhante à função de um envelope no envio de uma carta). No destino o envelope (cabeçalho) deixa de ser útil pois a informação que contém já não é necessária. A técnica de encapsulamento é utilizada recursivamente já que, depois de deixar de ser útil, o cabeçalho recebe nova informação sobre o próximo destino dos dados: as informações contidas nos cabeçalhos são úteis em períodos parcelares.

    ... o que está dentro do envelope é totalmente invisível

    As funções inerentes a uma dada camada são realizadas à custa de um protocolo.

    Genericamente a organização ISO estabeleceu regras (mais tarde tornadas normas) reunidas no modelo OSI.

    Camadas adjacentes comunicam através de interfaces.

    São os protocolos, os elementos a tornar norma. Contudo, embora os interfaces não sejam objecto de estandardização isto não quer dizer que não se tenha tentado determinar um modelo geral de fazer comunicar dois modelos adjacentes (a estandardização era impossível já que as máquinas são diferentes, com sistemas operativos e primitivas completamente distintas).

    Considerem-se duas entidades num nível n.

    Elas utilizam o serviço fornecido pela camada n-1 e comunicam através de um protocolo. Mas também com as camadas superiores e inferiores se passa o mesmo.

    Protocolo traduz um conjunto de regras que permitem a comunicação entre duas camadas homologas (no mesmo nível). Os constituintes de um protocolo são:

    As primitivas de comunicação são proprietárias, isto é, cada fabricante desenvolveu uma arquitectura para as suas máquinas de tal modo que considerou a melhor forma de aproveitar as características do seu próprio produto. Por exemplo, a IBM desenvolveu o SNA, a DIGITAL desenvolveu o DNA.

    Todas as arquitecturas de um modo geral seguem as linhas gerais já descritas, isto é, baseiam-se em módulos de camadas onde existe o controlo de erro, controlo de fluxos. Já não é certo que quaisquer duas arquitecturas adoptem, por exemplo, o mesmo número de camadas (o que é usual é as linhas gerais serem, basicamente as mesmas).

    Para permitir que máquinas de diferentes fabricantes possam comunicar entre si, pensou-se definir uma arquitectura de referência (sem criar protocolos, normas) de modo a que as linhas gerais possam ser partilhadas pela generalidade dos fabricantes. Surge nestas circunstâncias o modelo OSI (ISO 1980).

    O modelo OSI - "Open Systems Interconnection"

    O propósito deste modelo de referência, que é um norma internacional, é proporcionar uma base comum à coordenação do desenvolvimento de normas para a interligação de sistemas, enquanto assegura igualmente a continuidade através da consideração dos sistemas actuais, enquadrando-os no modelo de referência.

    O termo interligação de sistemas abertos (OSI) pretende qualificar normas para a troca de informação entre sistemas abertos entre si para o propósito de comunicar, utilizando mutuamente os normas especificados.

    O facto de um sistema ser aberto não implica uma implementação particular do sistema, tecnologia ou meios de interligação, mas refere ao reconhecimento mutuo de sistemas e suporte dos normas aplicáveis.

    É igualmente objectivo deste norma a identificação das áreas para desenvolvimento ou melhoria de normas, e modo de proporcionar um referência comum para manter a consistência entre normas semelhantes. Não é objectivo do normas servir de especificação para implementação ou constituir a base para avaliação da compatibilidade das implementações actuais. Igualmente, não pretende fornecer um detalhe tão fino que determine precisamente os serviços e protocolos da arquitectura de interligação. Em disso, o modelo oferece uma referência conceptual e funcional que permite a equipas internacionais o desenvolvimento produtivo e independente de normas para cada nível do modelo OSI.

    Modelo de referência de sistemas abertos (à cooperação com outros sistemas).

    Objectivos:

    Uma grande preocupação do modelo OSI é, sendo relativamente geral, ser também flexível

    Razões genéricas que levaram à adopção deste modo:

    O modelo OSI foi pensado, fundamentalmente, no conceito das redes públicas de dados (no caso das LAN´s ele teve de ser aproximado); no caso das redes integradas de serviços de banda larga (RIBL, B-ISDN) elas são desenvolvidas com referência ao modelo OSI mas com introdução de novos conceitos, que o próprio modelo, mais cedo ou mais tarde, terá também de incluir.

    O modelo OSI foi sobretudo pensado para contemplar, privilegiar o modo de comunicação connection-oriented (duas entidades antes de efectuarem comunicação associam-se de forma lógica).

    Conceitos neste contexto:

    Quando uma camada passa de um nível n para um nível n-1, ela é encapsulada (é adicionada a esta, uma informação suplementar de controlo de protocolo; o cabeçalho).

    No âmbito do modelo OSI surgem outros conceitos:

    Não é obrigatório que a um SDU corresponda um só PDU.

    O modelo OSI mostrou constituir um suporte valioso para a compreensão do software de comunicações, de tal modo que a sua importância pode ser avaliada a partir do número de empresas que se interessaram pela implementação dos protocolos já definidos com referência a este modelo.

    As camadas do modelo OSI

    Numa rede consideram-se:

    Os interfaces de comunicação asseguram o transporte de comunicação através da rede.

    As camadas de aplicação, apresentação e sessão tem mais em consideração os programas de aplicação executáveis nas máquinas, enquanto as camadas de rede, ligação lógica e física lidam com a infra-estrutura de rede e de encaminhamento físico do processo de comunicação.

    A camada de aplicação: os programas de aplicação são exteriores ao modelo OSI. Esta camada tenta apenas assegurar as condições para que os programas de aplicação possam cooperar entre si. A camada de aplicação é o nível mais alto do modelo, é totalmente dedicada e dependente das aplicações a fornecer ao utilizador específico.

    A camada de apresentação tem em conta o problema de existirem modos diferentes de representar a informação. Efectua a conversão de dados para formatos padrão (ASCII), encriptação de dados, compressão de dados e tratamento dos terminais.

    A fronteira entre a camada de aplicação e a de apresentação representa a separação entre imposições dos construtores da rede com as exigências dos utilizadores e suas aplicações.

    A camada de sessão assegura a resolução dos problemas inerentes à gestão do diálogo entre processos de comunicação (processos dependentes dos sistemas, não tanto da rede). Trata as funções necessárias à interacção relativa à troca de dados no sistema.

    Em muitas arquitecturas não é fácil separar as camadas de transporte e sessão. A camada de transporte é a primeira camada em que as funções inerentes envolvem apenas os serviços terminais. Esta camada faz a fronteira entre as camadas baixas de comunicação de dados e as camadas superiores de processamento de dados.

    As primeiras três camadas a transmissão, direccionamento e transferência de dados entre máquinas. Os protocolos nestes níveis podem englobar diferentes tecnologias de transmissão (satélites, fibra óptica e cabos coaxiais), diferentes topologias (estrela, anel e bus) e diferentes métodos de acesso.

    A camada de transporte efectua a comutação de informação num formato que recebe da camada de sessão. Sequência as mensagens e faz o seu endereçamento até ao destino. Tem como objectivo essencial a preocupação com criar ambiente de comunicações para permitir às camadas superiores processos de comunicação, troca de informação fiável, independente da rede. Por isso estas funções são independentes da rede. Preocupa-se com a fiabilidade da transmissão. A ISO propõe cinco modelos diferentes da camada de transporte.

    A camada de rede tem inerentes as funções de rede, encaminham a informação ao longo da rede. Em protocolos orientados a bit a trama é protegida por bits de paridade (o que não acontece com protocolos orientados a carácter). Nestes, na sua versão básica, tramas são numeradas, o que permite distinguir por exemplo, sequências de confirmação para tramas diferentes.

    A ligação lógica tem como preocupação oferecer sobre o nível físico uma transmissão de informação estruturada e fiável (associa bits em tramas, por exemplo).

    O nível físico está relacionado com os problemas das ligações físicas (cabos, conectores, sinalização, etc.).

    Funções principais das camadas do modelo OSI

    Aplicação

    Apresentação

    Sessão

    Transporte

    Rede

    Dados

    Física

    Motivação para o uso de normas

    A utilização de normas - normas - nas comunicações de dados é uma necessidade óbvia. Estes são necessários para gerir o uso e interligação de equipamentos tanto a nível físico, como eléctrico e mesmo a nível dos processos e procedimentos manipulação os dados.

    O reconhecimento da necessidade de normas comuns não era partilhada pela indústria de computadores pois enquanto que os construtores de equipamento de telecomunicações reconheciam a necessidade de interligação do seu equipamento com equipamento de terceiros, os primeiros tentavam "prender os clientes" em torno da suas ofertas de tecnologia.

    A proliferação de computadores e o seu uso para processamento distribuído tornou, no entanto, esta posição insustentável pelo que, cada vez mais, o uso de computadores e comunicações passa pelo respeito de normas que permitem a sua interligação, independentemente de marca ou características específicas.

     

    Vantagens e desvantagens do uso de normas

    Vantagens

    Desvantagens

    Entidades responsáveis pela normalização

    São várias as organizações que estão envolvidas no desenvolvimento ou promoção de normas, das quais se destacam as seguintes, pela sua importância internacional:

    International Organization for Standardization; ISO

    A ISO é uma agência internacional para o desenvolvimento de normas num alargado conjunto de actividades. Trata-se de uma organização voluntária, de carácter público, em que os seus membros são designados pelas instituições de normalização de cada uma das nações participantes, acrescidas de um conjunto de organizações observadoras não votantes.

    Embora a ISO não seja uma organização governamental, mais de 70% dos seus membros são instituições estatais de diferentes países vocacionadas para a criação de normas ou organizações de carácter público. O membro Português é o IPQ - Instituto Português de Qualidade e o correspondente dos Estados Unidos da América é o ANSI.

    A ISO foi fundada em 1946 e é responsável por mais de 5000 normas sobre os mais diversos campos. O seu propósito é promover o desenvolvimento da normalização e actividades conexas que facilitem a troca internacional de bens e serviços e que permitam o desenvolvimento e cooperação em actividades intelectuais, científicas, tecnológicas e económicas, a nível mundial.

    Uma área importante de standardização (normalização) diz respeito à interligação de sistemas abertos ("open systems interconnection" - OSI), que propõe um modelo de referência para comunicação de dados.

    Para desenvolver uma norma ISO, da sua proposta à forma final, é necessário ultrapassar um exaustivo percurso constituído por sete fases; o objectivo é conseguir que a norma obtida seja aceite no máximo de países possível:

    Desenvolvimento de uma norma ISO

    1. "Draft proposal" - DP, proposta de norma distribuída para ser estudada publicamente com base no comité técnico que a suportou.

    2. A DP é registada no secretariado central para efeitos de controlo.

    3. "Draft international standard" - DIS-, o documento é publicado de acordo com as práticas correntes para normas ISO.

    4. O DIS circula para receber pelo menos 75% de aceitação, durante um período de seis meses. O documento poderá ser objecto de revisão.

    5. O DIS aprovado é reenviado ao secretariado central para submissão ao conselho ISO, última instância da organização

    6. O DIS é aceite como "international standard" - IS, norma internacional.

    7. O IS é oficialmente publicado pela ISO

    International Telegraph and Telephone Consultive Committee; CCITT

    O CCITT é um comité da International telecommunications Union (ITU), que é ela própria uma organização das Nações Unidas. Embora os membros do CCITT sejam os governos dos diversos países, estes delegam a sua representação quase sempre nos operadores de telecomunicações, que no caso Português corresponde à Portugal Telecom.

    A missão do CCITT é o estudo e emissão de recomendações em questões técnicas, de operação e de tarifas, relacionadas com a telegrafia e o telefone. O seu objectivo principal é normalizar, na extensão necessária, técnicas e operações em telecomunicações de modo a alcançar a compatibilidade ponto a ponto em ligações de comunicações internacionais, quaisquer que sejam os países de origem e destino.

    O CCITT está organizado em 15 grupos de estudo que preparam as normas, designadas por recomendações pelo CCITT. O trabalho desenvolvido pelo CCITT está estruturado em ciclos de quatro anos. A cada quatro anos é realizada uma assembleia geral onde é estabelecido o programa para os quatro anos seguintes, baseado nas propostas dos vários grupos de estudo que, por sua vez, auscultaram os membros do comité. A assembleia revê as propostas criando e eliminando os grupos que achar conveniente e procede à elaboração de objectivos.

    Baseados nos objectivos definidos, cada grupo de estudo, prepara uma proposta de recomendação a ser submetida na próxima assembleia. Antes de ser aprovada a proposta pela assembleia, o estudo efectuado é objecto de publicação como recomendação CCITT. Existe forma de acelerar o processo, mas em geral trata-se de um processo de aprovação bastante lento.

    Dentro da área das comunicações de dados e de processamento de informação, existe uma diferença que tem dividido os interesses do CCITT e da ISO. O CCITT tem como preocupação fundamental a transmissão de dados e aspectos relacionados com a rede de comunicação.

    De um modo geral, é possível afirmar que estes ocupam os três níveis inferiores da arquitectura OSI. A ISO tem tradicionalmente uma maior preocupação com as comunicações por computador e aspectos relacionados com o processamento distribuído, o que corresponderá aos níveis 4 a 7 do modelo de referência OSI.

    No entanto, o constante aumento da área de sobreposição entre o processamento de dados e a comunicação de dados tem provocado a sobreposição das áreas de trabalho destas duas organizações. Tanto a ISO como a CCITT tem vindo a cooperar estreitamente nas áreas onde se faz sentir mais este fenómeno tentando eliminar a ocorrência de normas concorrentes.

    The American Nacional Standards Institute; ANSI

    A ANSI é uma organização não lucrativa e independente que agrega entidades responsáveis pela realização de normas e por utilizadores. Os seus membros incluem sociedades profissionais, associações de comércio, organismos regulamentadores, organismos do governo americano, empresas industriais e grupos de utilizadores. A organização ANSI é a mais representativa a nível americano e é também a que representa este país como membro votante na ISO.

    A ANSI publica as normas Norte Americanas mas não as desenvolve. Em vez disso, as normas são desenvolvidas por outros grupos que são reconhecidos como competentes para o seu desenvolvimento. Muito deste trabalho é efectuado por organizações membros da ANSI, como é o caso do IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, que desenvolveram, entre outras, as normas 802 IEEE para redes locais.

    Electronics Industries Association; EIA

    Associação comercial de empresas de electrónica, membro da ANSI. Está principalmente orientada para normas de nível mais baixo do modelo de referência OSI (nível físico).

    Institute of Electrical and Electronics Engineers; IEEE

    Associação profissional que é membro da ANSI. Preocupa-se fundamentalmente com os dois níveis mais baixos do modelo de referência OSI (nível físico e nível de ligação lógica)

    Página criada em 4/11/97 por Luís Gouveia
    Última alteração: 4/11/97