Transcript Comunicação

Sistemas Distribuídos
Jorge Surian
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Sistemas Distribuídos: Comunicação: Fundamentos, Comunicação Orientada
a Mensagens e a fluxo. Tipos de Protocolo. Middleware
Comunicação
 Protocolos – Fundamentos
– A comunicação é o “Coração” de qualquer Sistema
Distribuído!
» Como processos em diferentes máquinas trocam informações?
–Resposta: Não é uma tarefa trivial!
» Desejável obter modelos onde a complexidade da comunicação
seja transparente para o desenvolvedor.
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Comunicação
 Protocolos – Fundamentos
– Sistemas distribuídos modernos frequentemente
consistem em milhares ou até em milhões de
processos espalhados por uma rede de comunicação
intrinsecamente não confiável, como é a Internet.
– Não há em vista algo que venha a substituir os
recursos de comunicação oferecidos pela rede,
portanto continuará sendo intrinsecamente
complicado o desenvolvimento de sistemas
distribuídos em larga escala.
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Comunicação
 Protocolos – Fundamentos – Modelo ClienteServidor
– Participantes são divididos em:
» Servidores: implementam um serviço específico.
» Clientes: solicitam ao servidor um determinado serviço e
espera pela resposta.
– Comportamento requisição-resposta
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 Protocolos – Fundamentos
– A inexistência de memória compartilhada obriga a que
toda comunicação em sistemas distribuídos ocorra
por recebimento e envio de mensagens de baixo
nível.
– Quando um processo A deseja se comunicar com um
processo B, em primeiro lugar ele monta uma
mensagem em seu próprio espaço de endereço.
Depois, executa uma chamada de sistema que faz
com que o sistema operacional envie a mensagem
pela rede até o processo desejado.
– Naturalmente os processos precisam concordar
quanto ao significado dos bits enviados.
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 Protocolos – Fundamentos
– Vários acordos são necessários, por exemplo quantos
volts significa um bit 0 e quantos um bit 1? Como o
receptor sabe qual é o último bit da mensagem?
Como é possível detectar que uma mensagem foi
danificada ou perdida? E o que fazer quando um
problema é detectado?
– Seria o Modelo OSI a resposta? (a ISO- International
Organization for Standardization desenvolveu o
modelo OSI- Open Systems Interconnection
Reference Model).
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI
– Embora os protocolos desenvolvidos pelo modelo OSI
nunca foram amplamente desenvolvidos estando
atualmente mortos, mas o modelo em questão
mostrou-se muito útil para compreensão redes de
computadores.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI
– Num exemplo livre, criado por Tanembaum & van
Steen, duas empresas negociam aquisição de
determinado produto. O “chefe” da empresa
compradora pede a sua “secretária” que entre em
contato, através de correspondência (correio) com a
“secretária” da empresa fornecedora. Todavia, com a
piora do serviço do correio as secretárias resolveram
passar a se comunicar por e-mail. Elas, ao assim
procederem, não incomodaram suas chefias, uma vez
que o protocolo que usam trata da transmissão física
de pedidos, e não de seu conteúdo. Por outro lado o
chefe pode alterar produtos ou quantidades destes
sem afetar o trabalho das secretárias. Temos aqui
duas camadas, chefes e secretárias, cada qual com
seu próprio protocolo. É essa independência que
torna atraentes os protocolos em camadas.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Camada
Física
– Responsável pelo envio de bits.
– Trata da padronização das interfaces elétrica,
mecânica e de sinalização.
– Protocolos são dependentes do meio de transmissão
do link.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Camada
Enlace
– Responsável pelo envio de frames entre os links
– Característica importante: um datagrama pode ser
manipulado por diferentes tipos de protocolos da
camada de enlace: Ethernet (CSMA/CD), PPP
– Cada protocolo diferente pode ou não implementar
um conjunto de serviços. Exemplo: entrega confiável
da informação
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Diferença
entre Camada 1 e 2
– Os hubs são dispositivos burros, que operam na
camada 1. Eles não entendem pacotes nem
endereços de rede, simplesmente pegam os uns e
zeros que recebem em uma porta e os retransmitem
para todas as outras. O hub atua simplesmente como
um centralizador e repetidor, não é mais inteligente
que um pedaço de cabo. Ao usar um hub, as colisões
continuam ocorrendo, exatamente como aconteceria
se você estivesse usando uma rede antiga, com cabo
coaxial.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Diferença
entre Camada 1 e 2
– O endereço MAC (do inglês Media Access Control) é
o endereço físico da estação, ou melhor, da interface
de rede. É um endereço de 48 bits, representado em
hexadecimal. O protocolo é responsável pelo controle
de acesso de cada estação à rede Ethernet. Este
endereço é o utilizado na camada 2 (Enlace) do
Modelo OSI.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Diferença
entre Camada 1 e 2
– Os switches, por sua vez, trabalham na camada 2,
assim como as próprias placas de rede. Eles
entendem frames e endereços MAC e por isso são
capazes de "fechar circuitos", transmitindo os frames
apenas para o micro ligado na placa correta. Cada
porta é ligada a um circuito separado, que são
coordenados por um controlador central, que mantém
uma tabela com os endereços MAC das estações
ligadas a cada porta e pode assim checar o conteúdo
de cada frame e encaminhá-lo à porta correta.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Diferença
entre Camada 1 e 2
– Apesar disso, os switches não entendem TCP/IP.
Isso é trabalho para os roteadores, que trabalham na
camada 3 e tomam suas decisões baseadas nos
endereços IP dos emissores e destinatários dos
pacotes, tentando sempre usar a rota mais curta.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Camada
Rede
– Redes de longa distância são constituídas de muitos
nós com diferente caminhos entre eles.
– Como definir um caminho entre um par origemdestino?
– Roteamento é a principal tarefa da camada de rede.
– Internet Protocol: protocolo sem conexão, onde
pacotes são roteados de forma independente – besteffort service.
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Camada
de Transporte
– Responsável pela comunicação lógica entre
diferentes processos sendo executados em diferentes
hosts (fim-a-fim)
– Protocolos da camada de transporte não estão
implementados nos roteadores
» TCP- Transmission Control Protocol
» IP – Internet Protocol
» UDP – Universal Datagram Protocol (IP com algumas
adições)
– Pode fornecer os seguintes serviços:
» multiplexing/demultiplexing
» transmissão confiável
» garantias de banda, retardo
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 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Camada
de Transporte
– Protocolos de Transporte na Internet
» Transmission Control Protocol (TCP)
–Orientado a Conexão
–Confiável, porém “lento”
» Universal Datagram Protocol (UDP)
–Sem conexão
–“Rápido”, porém não confiável
– A escolha está ligada as características da aplicação!
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Comunicação
 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Aplicação
– Distinção entre aplicação para redes e protocolos da
camada de aplicação.
» Protocolo: pequena (talvez grande) peça de uma aplicação
• Ex.1: Aplicação WEB → HTTP
• Ex.2: Aplicação Email → SMTP
– Protocolos definem: tipos de mensagens trocadas,
sintaxe
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Comunicação
 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI – Sessão
– Em essência, trata-se da versão aprimorada da
camada de transporte.
– Proporciona controle de diálogo para monitorar qual é
a parte que está falando no momento considerado e
fornece facilidades de sincronização.
– Na prática poucas aplicações estão interessadas
nessa camada, que sequer está presente na pilha de
protocolos da Internet
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Comunicação
 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI –
Apresentação
– Distintamente das outras camadas que
essencialmente desejam levar bits do remetente ao
receptor preocupando-se como confiabilidade e
eficiência, a camada de apresentação preocupa-se
com o significado dos bits.
– A intenção original dessa camada no modelo OSI era
conter um conjunto de aplicações padronizadas de
rede, como correio eletrônico, transferência de
arquivos e emulação de terminal.
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Comunicação
 Protocolos – Fundamentos – Modelo OSI –
Apresentação
– Na prática essa camada se tornou o repositório para
todas as aplicações e protocolos que não se
encaixam noutras camadas.
– Falta ao modelo OSI uma clara distinção entre
aplicações, protocolos específicos de aplicações e
protocolos de uso geral, como FTP – File Transfer
Protocol
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 Protocolos – Exemplo para internet
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Comunicação
 Protocolos – Camada de Middleware
– Camada de software que é situada logicamente entre
uma camada de nível mais alto, composta de
usuários e aplicações e uma camada subjacente, que
consiste de facilidades básicas de comunicação
– Inúmeros protocolos para suportar serviços de
middleware:
» Autenticação: não estão vinculados a uma aplicação.
» Comprometimento.
» Comunicação: Serviços de comunicação de alto nível.
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 Protocolos – Camada de Middleware
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 Protocolos – Camada de Middleware
 Sockets
– Como os processos executando em diferentes
máquinas trocam informação?
» Em uma visão pilha de protocolos TCP/IP → Enviando mensagens
através da utilização de sockets
– Socket: ponto final de uma comunicacao fullduplex
entre dois processos.
» Processo → casa / Socket → Porta
» Socket: Porta entre o processo da aplicação e o protocolo de
transporte
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Comunicação
 Protocolos – Camada de Middleware
 Sockets
– Informações são string de bytes, sem significado
aparente.
– Não existe a transparência de distribuição: toda a
comunicação está explícita, através de procedimentos
send e receive.
» Funções mais sofisticadas devem ser feitas na camada de
aplicação.
 Por que não oferecer comunicação de alto nível,
independente da aplicação?
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Comunicação
 Protocolos – Camada de Middleware
– Solução: Middleware de comunicação!
» Tipos:
– Chamadas de Procedimento Remoto
– Comunicação orientada a Mensagens
– Comunicação orientada a fluxo
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Comunicação
 Protocolos – Camada de Middleware – Tipos de
Comunicação
– Persistência
» Persistente: Mensagem é armazenada pelo middleware de
comunicação durante o tempo que for necessário para entregá-la
ao receptor.
» Transiente: Mensagem é armazenada somente durante o tempo em
que a aplicação remetente e a aplicação receptora estiverem
executando.
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Comunicação
 Protocolos – Camada de Middleware – Tipos de
Comunicação
– Sincronização
» Assíncrona: Remetente continua sua execução imediatamente
após ter apresentado sua mensagem para transmissão
– Mensagens são imediatamente armazenadas,
temporariamente, pelo middleware assim que
apresentada.
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Comunicação
 Protocolos – Camada de Middleware – Tipos de
Comunicação
– Sincronização
» Síncrona: Remetente é bloqueado até saber que sua requisição
foi aceita, três pontos em que a sincronização pode ocorrer:
1. O remetente pode ser bloqueado até que o
middleware avise que se encarregará da
transmissão da requisição.
2. O remetente pode sincronizar até saber que a
requisição foi entregue ao receptor.
3. A sincronização pode ocorrer permitindo que o
remetente espere até que a requisição tenha
sido totalmente processada, isto é, até o
instante que o receptor retornar uma resposta
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 Protocolos – Camada de Middleware – Tipos de
Comunicação
– Granularidade
» Discreta: Partes se comunicam por mensagens e cada mensagem
forma uma unidade de informação completa.
» Fluxo: Várias mensagens,sendo que as mensagens estão
relacionadas uma com as outras pela ordem ou pela relação
temporal.
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Fonte:
Tanenbaum, Andrew S. e Steen, Marteen Van. Sistemas Distribuídos, São
Paulo: Prentice Hall, 2008.
Copyright © 2010 Prof. Jorge Surian
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expressamente proíbido sem o consentimento formal, por escrito, do Professor Surian.
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