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Aula 20 - 27/11/06 1 Informática I Aula 20 http://www.ic.uff.br/~bianca/informatica1/

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Informática I

Aula 20

http://www.ic.uff.br/~bianca/informatica1/

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Ementa

• Histórico dos Computadores• Noções de Hardware e Software• Microprocessadores• Sistemas Numéricos e Representação de Dados• Estrutura e Organização da Informação• Linguagens de Programação• Sistemas Operacionais• Redes de Computadores e Internet• Engenharia de Software• Softwares Aplicativos• Aspectos Legais do Software

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Histórico • Inicialmente a computação era baseada no

processamento centralizado de dados.– Os dados de entrada tinham que ser

fisicamente transportados para o computador.

– Os dados de saída tinham que ser fisicamente distribuídos aos usuários.

• A partir do fim da década de 1960, iniciou-se o processamento distribuído de dados.– Os computadores de menor porte tinham

acesso aos dados de um computador central.

• A partir da década de 1980, os computadores pessoais que eram utilizados apenas de forma isolada, começaram a ser interligados em redes de computadores.

Uma rede de computadores é uma infra-estrutura de troca de mensagens entre os

módulos ligados na rede, permitindo o acesso a recursos remotos e a aplicações distribuídas.

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Sistema de comunicação

• O sistema de comunicação usado em uma rede é composto por:– Meios físicos de conexão (enlaces físicos)

• Ex: cabo ethernet, conexão sem fio wi-fi, conexão Bluetooth

– Regras de comunicação entre os módulos processadores (protocolos)

• Ex: TCP/IP

– Topologia (maneira como os computadores são conectados)

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Meios físicos de conexão

• Exemplos de meios físicos:– Pares de fios– Cabos coaxiais– Fibra ótica– Transmissão por microondas – Transmissão por satélite– Transmissão sem fio

• A sua capacidade de transmissão é medida através da largura de banda.

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Pares de Fios• Também conhecidos como pares trançados:

– Dois fios trançados um ao redor do outro para reduzir a interferência elétrica.

• Baratos.• Já instalados (para sistemas telefônicos).

• Suscetíveis a interferências elétricas e ruídos.– Ruído – qualquer coisa que provoque distorção

do sinal.

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Cabo Coaxial

• Um fio condutor central envolto por uma camada isolante e blindagem metálica.

• Comumente usado para conectar a TV a cabo.

• Maior largura de banda e menos suscetibilidade a ruído do que os pares trançados.

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Fibra Ótica

• Usa a luz em vez de eletricidade para enviar dados.

• Largura de banda muito maior do que a dos cabos coaxiais.

• Imune a interferências elétricas.• Materiais mais baratos do que os

cabos coaxiais, porém, sua instalação tem um custo mais elevado.

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Transmissão por Microondas

• Usa transmissão de sinais de dados em linha de visão através da atmosfera:– As microondas do emissor precisam “ver” o receptor.

• Requer estações repetidoras aproximadamente a cada 48 quilômetros.– As ondas seguem uma linha reta; a Terra é curva.

• Oferece alta velocidade e eficiência quanto ao custo.• Suscetível às condições climáticas.

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Transmissão por Satélite• Uma forma de transmissão por

microondas:– O satélite age como uma estação

de retransmissão.

• Componentes:– A estação terrestre envia e recebe

sinais do satélite.– Um transponder recebe e amplifica o

sinal, modifica a freqüência e retransmite os dados.

• Útil quando os sinais devem percorrer milhares de quilômetros.

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Transmissão Sem Fio• Transmite dados em distâncias relativamente

curtas usando técnicas de transmissão sem fio.• Exemplos:

– IrDA – usa infravermelho em linha de visão direta.– Bluetooth – usa ondas de rádio para conectar

dispositivos móveis.– Padrões 802.11 – regem a transmissão sem fio.

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Regras de comunicação

• Protocolo – um conjunto de normas para intercâmbio de dados entre dois computadores.– Acordo sobre como se devem enviar dados e

como o recebimento deve ser confirmado.– Necesário para possibilitar que computadores

de diferentes fornecedores se comuniquem.– O Transmission Control Protocol/Internet

Protocol (TCP/IP) permite a qualquer computador comunicar-se com a Internet.

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Topologia de Redes

• Topologia é o arranjo físico (layout) de uma rede.

• Nó – cada computador, impressora ou servidor na rede.

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Topologia de Redes

• Os enlaces físicos podem ser de dois tipos:– Ligação ponto-a-ponto

• Cada enlace possui somente dois pontos de comunicação

– Ligação multiponto• Cada enlace permite a

presença de vários pontos de comunicação

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Topologia de Redes (cont.)

• A direção de transmissão do enlace pode ser de vários tipos:– Simplex

• Utilizado em apenas um dos dois possíveis sentidos de transmissão.

– Half-Duplex• Utilizado nos dois possíveis

sentidos de transmissão, porém apenas um por vez.

– Full-Duplex• Utilizado nos dois possíveis

sentidos de transmissão, simultaneamente.

ou

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Exercício

• Classifique as linhas de conexão abaixo quanto ao tipo de conexão:– Rádio walk-talk

– Canal de rádio FM– Aparelho telefônico

– Canal de televisão– Vídeo conferência

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Topologia de Redes (cont.)

• A topologia física determina como os enlaces estão dispostos em uma rede.

• Topologias comuns em LANs e WANs:– Multiponto

• Barramento

– Ponto-a-ponto• Estrela• Anel

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Topologia em barramento

• Todos os dispositivos se ligam ao mesmo meio de transmissão.

• O meio tem início e fim físicos.• Se o nó A enviar um sinal para

o nó B, o sinal se propagará por todo o comprimento do cabo.– Existe um mecanismo de

endereçamento para que cada nó compreenda quais mensagem deve receber.

• Exemplo: Rede Ethernet com cabo coaxial.

Vantagem:• custos de cabeamento minimizados

Desvantagens:• dificuldade de corrigir problemas pois não há ponto central• quebra dos cabos pode desativar todo o segmento

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Topologia em estrela

• Cada dispositivo é conectado a um ponto central por meio de um link ponto-a-ponto.

• Dependendo da arquitetura lógica utilizada, diversos nomes são usados para o ponto central:– Hub– Repetidores multiponto– Concentrador

• Exemplo: rede Ethernet com Hub

Vantagens:• cada dispositivo é isolado no seu próprio cabo.• a maioria dos sistemas de cabeamento é projetada em estrela.

Desvantagens:• mais cabos são necessários.• falhas de hub desativam a rede.

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Topologia em Anel

• É um loop físico e fechado, consistindo em links ponto-a-ponto.

• Cada nó age como um repetidor.– Recebe uma transmissão

oriunda do nó anterior e a amplifica antes de passá-la adiante.

• Exemplos: Token Ring, FDDI.

Vantagens:• cada repetidor duplica os sinais, ocorrendo pouca degradação

Desvantagens:• uma quebra no anel desativa toda a rede• dispositivos da rede tendem a ser mais caros.

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Classificação de redes quanto a área geográfica coberta• LANs = Local Area Networks

– Redes locais– Interligam computadores e periféricos em um espaço restrito

(casa, escritório, escola e edifícios próximos).• MANs = Metropolitan Area Networks

– Redes metropolitanas– Abrangem uma cidade.

• WANs = Wide Area Networks– Redes de longa distância– Abrangem uma grande área geográfica como um país ou

continente• PANs = Personal Area Networks

– Redes de computadores pessoais– Menor do que a LAN, abrange alguns dispositivos pessoais

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Redes Locais (LAN)

• Interligam computadores e periféricos em um espaço restrito (até 10km).

• Atualmente são baseadas em conexões físicas Ethernet ou Wi-fi.– 10, 100 ou até 1000

Mbits/s.• Em geral de propriedade

privada e usadas por uma única organização.

• Atualmente utilizam o protocolo TCP/IP.

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Redes Metropolitanas (MAN)

• Abrangem uma cidade ou região metropolitana.

• O exemplo mais conhecido é a rede de TV a cabo.

• Utiliza principalmente fibra ótica como conexão física.

• Pode ser proprietária e usada por uma única organização, mas normalmente é utilizada por várias organizações.

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Redes de Longa Distância (WAN)

• WANs são usadas para a interconexão de redes menores.

• Possuem um custo de conexão bastante elevado devido aos circuitos para satélites e enlaces de microondas.

• São, em geral, mantidas, gerenciadas e de propriedade privada de grandes operadoras e seu acesso é público.

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Redes Pessoais (PAN)

• São de menor alcance do que as LANs (alguns metros).

• Podem ser usadas para comunicação dos dispositivos entre si e deles para a Internet.

• Utilizam para a conexão cabos USB ou FireWire, ou conexão sem fio Bluetooth.

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A Internet• A Internet é um

sistema mundial e publicamente acessível de redes interconectadas que transmitem dados usando o protocolo IP.

• A Internet é uma rede de redes.

Internet, colorida por endereço IP

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Diferença entre WWW e Internet

• Ao contrário do que se pensa, Internet não é sinônimo de WWW (world wide web).

• A Internet é uma coleção de redes de computadores interconectadas, ligadas por fibra ótica, conexões sem fio, fios de cobre, etc.

• A WWW é uma coleção de documentos interconectados, acessados através de links e URLs e usando a Internet para a transmissão dos documentos.

• Outros serviços também estão disponíveis na Internet, além da Web.– Acesso remoto a outras máquinas (Telnet e SSH)– Transferência de arquivos (FTP)– Correio eletrônico (POP e SMTP)– Mensagens instantâneas

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Histórico da Internet

• Antes da internet– As redes não eram interconectadas entre si.

• Algumas redes eram interligadas, mas só para usos bem específicos.

– O problema principal era conectar redes físicas separadas a fim de formar uma só rede.

• Com o surgimento da idéia da transmissão de dados em pacotes, esse problema foi amenizado.

• A rede ARPANET– ARPA = Advanced Research Projects Agency– Considerada precursora da Internet, foi a primeira infra-estrutura

global para a comunicação entre computadores.– Em 1969, foram criados links entre algumas universidades

americanas.

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Histórico da Internet (cont.)

• A ARPANET cresceu rápido e nos anos 80 já interconectava redes de muitas universidades e grandes empresas, como a HP.

• No final da década de 1980, a ARPANET é entregue aos cuidados da NSF (National Science Foundation).– A NSF desenvolve o protocolo TCP/IP.– O termo Internet surge.– Redes de outros países passaram a se conectar.– Surgem os primeiros ISPs (Internet Service Providers) que dão

acesso a empresas e particulares, sobretudo através de conexões dial-up.

• Na década de 1990, o aparecimento da WWW e dos browsers, e a diminuição dos custos de acesso contribuiram para o enorme crescimento da internet.

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Protocolo IP

• IP = Internet Protocol• O protocolo IP define mecanismos de transmissão de

pacotes sem conexão.• O protocolo IP define três pontos importantes:

– A unidade básica de dados a ser transferida na Internet (o pacote).

– O software que executa a função de roteamento, escolhendo o caminho no qual os dados serão enviados.

– Um conjunto de regras que envolvem a transmissão de pacotes não confiáveis.

• Como os hosts ou gateways podem processar os pacotes.• Como e quando as mensagens de erros podem ser geradas.• As condições em que os pacotes podem ser descartados.

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Endereço IP

• O endereço IP é um número de 32 bits em IPv4 (versão 4 do IP) e está associado a um único sistema ligado na rede.

• Normalmente escritos como quatro octetos (em decimal), por exemplo 128.6.4.7.

• O serviço DNS (domain name service) é usado para traduzir nomes de domínio em endereços IP.

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Formato do Datagrama IP

• O datagrama (ou pacote) IP é a unidade básica de dados no nível IP.

• Um datagrama está dividido em duas áreas, uma área de cabeçalho e outra de dados. – O cabeçalho contém toda a

informação necessária que identificam o conteúdo do datagrama.

– Na área de dados está encapsulado o pacote do nível superior, ou seja um pacote TCP ou UDP.

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Roteamento IP

• O roteamento IP consiste em decidir para onde enviar um datagrama baseando-se no endereço IP destino contido no datagrama.

• Roteamento direto.– Só acontece quando duas máquinas estão na mesma rede.– O transmissor encapsula o datagrama num quadro físico, traduz

o endereço IP destino ao endereço físico (de hardware) correspondente, e envia o quadro resultante diretamente aodestino.

• Roteamento indireto.– Os dados são transmitidos a outra rede através de “gateways”.– Os “gateways” têm tabelas de roteamento para determinar qual

o próximo “gateway” ou máquina que deve ser enviado um pacote com um certo endereço IP.

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Protocolo TCP• TCP = Transmission Control Protocol

• Orientado à conexão - a aplicação envia um pedido de conexão para o destino e usa a "conexão" para transferir dados.

• Ponto a ponto - uma conexão TCP é estabelecida entre dois pontos. • Confiabilidade - O TCP usa várias técnicas para proporcionar uma

entrega confiável dos pacotes de dados.• Full duplex - É possível a transferência simultânea em ambas

direcções (cliente-servidor) durante toda a sessão. • Handshake - Mecanismo de estabelecimento e finalização de

conexão a três e quatro tempos, respectivamente, o que permite aautenticação e encerramento de uma sessão completa. – O TCP garante que, no final da conexão, todos os pacotes foram bem

recebidos.

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Protocolo TCP (cont.)

• Entrega ordenada - A aplicação faz a entrega ao TCP de blocos de dados com um tamanho arbitrário num fluxo (ou stream) de dados.– O TCP parte estes dados em segmentos.– A circulação dos pacotes ao longo da rede pode fazer

com que os pacotes não cheguem ordenados. – O TCP garante a reconstrução do stream no

destinatário mediante os números de sequência. • Controle de fluxo - O TCP usa o campo janela

ou window para controlar o fluxo. – O receptor, à medida que recebe os dados, envia

ACK, que pode especificar o tamanho do buffer no campo (janela) do segmento TCP.

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Estabelecimento de conexão TCP

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Adequação de Parâmetros

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Término de Conexão TCP