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Classificação de redes

• Duas dimensões importantes:

– Tecnologia de transmissão

– Escala

Tecnologia de transmissão

– Redes de difusão (Broadcast networks); e

– Redes ponto-a-ponto (Point-to-point Networks).

Redes de difusão• Redes de difusão apresentam as seguintes

características:

– Canal único de comunicação, compartilhado por todas as máquinas da rede;

– Tráfego de pequenas mensagens, chamadas às vezes de pacotes, enviadas por uma máquina e recebidas por todas;

– Pacotes com campo de endereço que especifica para que máquina o mesmo deve ser entregue (unicasting);

Redes de difusão• Unicast

• Broadcasting

• Multicasting

Redes ponto-a-ponto• Redes ponto-a-ponto apresentam as seguintes características:

– Canal exclusivo de comunicação para interligação de quaisquer duas máquinas na rede;

– Tráfego de pacotes enviados por uma máquina origem para uma única máquina destino;

– Para ir de uma origem para um destino um pacote pode ter de passar por uma ou mais máquinas intermediárias;

– Múltiplas rotas, de diferentes custos (tamanho, velocidade, atraso), podem existir entre uma origem e um destino, de modo que algoritmos de roteamento (escolha da melhor rota) desempenham um papel relevante nessas redes.

Escala

– redes pequenas, localizadas em uma mesma região geográfica, tendem a usar transmissão por difusão;

– redes grandes e geograficamente espalhadas usam transmissão ponto-a-ponto.

REDES LOCAIS DE COMPUTADORES (LOCAL AREA NETWORK – LAN)

• Redes privadas, localizadas em um único prédio ou campus de poucos quilômetros de tamanho;

• Se distinguem dos outros tipos de rede por três características: – Seu tamanho restrito;– Sua tecnologia de transmissão; e– Sua topologia.

• A tecnologia de transmissão se caracteriza, normalmente, por:

– Um canal de comunicação simples ao qual são conectadas todas as máquinas;

– Velocidade de transmissão da ordem de 100, 1.000 Mbps (Gigabit Ethernet) ou 10.000 Mbps (10 GigE) com baixo atraso (dezenas de microsegundos) e poucos erros;

– Avanços recentes permitem velocidades ainda maiores com baixo investimento.

• As topologias mais utilizadas são:

– Barramento, onde, em um dado instante, uma máquina tem e permissão de transmitir e todas as outras não podem transmitir

• Com mecanismo de arbitragem usado para resolver conflitos quando duas ou mais máquinas quiserem transmitir ao mesmo tempo;

• Esse mecanismo pode ser centralizado ou distribuído; IEEE 802.3, mais conhecido como Ethernet, é uma rede de difusão baseada em barramento bastante conhecida.

– Anel, que apresenta um mecanismo de transmissão semelhante ao usado no barramento;

• IEEE 802.5, mais conhecido como IBM token ring, é uma rede de difusão baseada em anel bastante conhecida.

– Estrela interliga computadores através de switches ou qualquer outro concentrador/comutador.

• É caracterizada por um elemento central que "gerencia" o fluxo de dados da rede, estando diretamente conectado (ponto-a-ponto) a cada nó, daí surgiu a designação "Estrela".

– Hierarquica ou em árvore, possui uma série de barramentos interconectados.

• Cada ramificação significa que o sinal deverá se propagar por dois caminhos diferentes.

• Esta topologia é muito usada para supervisionar aplicações de tempo real, como algumas de automação industrial e automação bancária.

– Quando uma operação exige acesso a informações que não estão disponíveis na agência, elas são buscadas no computador central. Se este não tiver acesso direto a estas informações, redicionará a busca para outro computador da rede que as detém.

– Malha Todos os nós estão atados a todos os outros nós, como se estivessem entrelaçados.

• Vários caminhos possíveis por onde a informação pode fluir da origem até o destino

• O tempo de espera é reduzido e eventuais problemas não interrompem o funcionamento da rede

• Um problema encontrado é em relação às interfaces de rede, já que para cada segmento de rede seria necessário instalar, em uma mesma estação, um número equivalente de placas de rede

• Uma vez que cada estação envia sinais para todas as outras com frequência, a largura da banda de rede não é bem aproveitada.

– Redes Hibridas ou Mistas União de mais de um tipo

• Redes de difusão podem ser divididas em estáticas e dinâmicas (dependendo de como o canal de transmissão é utilizado):

– Estáticas: dividem o tempo disponível do canal em intervalos discretos e usam um algoritmo de distribuição circular:

• permitindo que cada máquina transmita somente quando recebe um intervalo de tempo;

• desperdiçam capacidade do canal quando uma máquina não tem nada para transmitir durante o intervalo de tempo que lhe foi atribuído;

– Dinâmicas: um mecanismo de arbitragem (centralizado ou distribuído) recebe requisições de utilização do canal e as atende ou não de acordo com a ocupação do canal.

• REDES METROPOLITANAS (METROPOLITAN AREA NETWORK – MAN)

– Basicamente são uma versão maior das Redes Locais, usando tecnologias semelhantes;

– Suportam, em geral, dados e voz (telefonia), podendo estar associadas à rede de televisão via cabo;

– Redes Wireless se enquadram em redes MAN

MAN

• REDES DE LONGA DISTÂNCIA (WIDE AREA NETWORK – WAN)

– Espalham-se por uma área geográfica grande: p.ex. um país;

– Máquinas são conectadas por uma subrede de comunicação, cujo trabalho é transportar mensagens de máquina a máquina, como um sistema telefônico;

– Como separam os aspectos puros de comunicação (subrede) dos aspectos das aplicações (máquinas), seu projeto é mais simplificado.

WAN

• Na maioria das WANs, a subrede consiste de dois componentes distintos:

– Linhas de transmissão, também chamados de circuitos, canais ou troncos, que transportam bits entre elementos da rede;

– Elementos de comutação, computadores especializados, usados para conectar duas ou mais linhas de transmissão:

• escolhendo sempre o melhor caminho para os dados percorrerem para chegar ao seu destino;

• São chamados de vários nomes:– Nós de comutação de pacotes;– Sistemas intermediários;– Comutadores de dados;– Roteadores (termo preferido).

• Em uma Rede de Longa Distância, a subrede de transmissão pode ser organizada como:

– ponto-a-ponto; e

– ponto-a-multiponto.

• Na forma ponto-a-ponto, a transmissão de dados entre duas máquinas que não compartilham um canal de comunicação se dá pela utilização de máquinas intermediárias:– em um princípio de organização de subrede chamado de ponto-a-

ponto (point-to-point) ou de armazena-e-segue (store-and-forward) ou comutação de pacote (packet-swithing).

• Na forma ponto-a-ponto uma consideração importante de projeto é a topologia de conexão de roteadores.

• Na forma ponto-a-multiponto, um sistema de satélites ou de rádio é usado como difusor dos dados

Exemplo de Rede ponto-a-multiponto

REDES SEM FIO

• O crescimento do uso dos dispositivos vem proporcionando um interesse cada vez maior em redes sem fio (wireless networks).

• Uma rede totalmente baseada em ondas eletromagnéticas

SOFTWARE PARA REDES DE COMPUTADORES

• As primeiras redes de computadores foram projetadas tendo:

– Hardware como a preocupação principal;

– Software como um coadjuvante;

• Essa estratégia não funciona mais hoje em dia:

– O software é considerado uma das partes mais importantes na concepção de novas tecnologias de redes de computadores;

• Para reduzir a complexidade de projeto:

– A maioria das redes são organizadas como uma série de camadas ou níveis, cada uma construída sobre a outra;

– O número de camadas, o nome, o conteúdo e a função de cada camada varia de rede para rede, embora em todas as redes, o objetivo de cada camada seja oferecer para a camada superior certos serviços, liberando a camada superior de se preocupar com os detalhes de implementação desses serviços;

– A camada N de uma máquina da rede desenvolve uma troca de dados com a camada N de outra máquina;

– As regras e convenções que regem essa troca de dados são conhecidas como protocolos da camada N.

• Basicamente, um protocolo é um acerto entre as partes que se comunicam sobre como a comunicação deve se desenvolver

– Quem fala primeiro?

– Como se identificar um para o outro?

– Se um não entender uma dada mensagem, como proceder para pedir a repetição da mesma?

– etc.

• Um exemplo de uma rede em cinco níveis pode ser visto na figura abaixo.

Camadas, protocolos e interfaces

• Um conjunto de camadas e protocolos de comunicação entre camadas do mesmo nível define uma Arquitetura de Rede. Por exemplo, a Internet usa a arquitetura TCP/IP.

• Uma lista de protocolos usados por um certo sistema define uma Pilha de Protocolos.

Exemplo de fluxo de informação na arquitetura de 5 camadas

CONSIDERAÇÕES DE PROJETO PARA AS CAMADAS• Várias considerações dever ser feitas no projeto das camadas

do software de redes. Algumas das mais importantes são:

– Identificação de máquinas e/ou processos: uma rede congrega vários computadores, alguns dos quais têm múltiplos processos, logo é preciso existir um mecanismo de endereçamento de máquinas e processos entre os computadores de uma rede;

– Formas de transmissão de dados: como os dados trafegam na rede quando se dá a comunicação entre duas máquinas?

• Mão única (simplex): transmissão somente em um sentido no canal de transmissão;

• Mão dupla alternada (half-duplex): transmissão em ambos os sentidos, um sentido de cada vez;

• Mão dupla total (full-duplex): transmissão em ambos os sentidos, ao mesmo tempo.

– Controle de erro: como os canais de comunicação não são totalmente confiáveis, é necessário algum tipo de controle de erros para garantir confiabilidade nas comunicações;

– Seqüênciamento: dado que nem todo canal de transmissão preserva a ordem das mensagens, algum tipo de controle de sequenciamento deve existir para permitir ao receptor reordenar as mensagens antes de entregá-las ao programa aplicativo;

– Controle de mutiplexação: como aglutinar pequenas mensagens em blocos maiores para melhor aproveitar a capacidade de um canal de comunicação?

– Controle de encaminhamento de dados: que caminho uma mensagem deve seguir quando existe mais de um disponível para se atingir um mesmo destino? Algoritmos de tomada de decisão (roteamento) devem ser usados para esse fim.

– Controle de fluxo: como informar a um emissor rápido que um receptor lento não comporta mais mensagens?

– Controle de fragmentação: como transmitir mensagens longas sobre canais de comunicação com limitações no tamanho dos blocos de dados que eles podem transmitir?

SERVIÇO ORIENTADO À CONEXÃO E SERVIÇO NÃO ORIENTADO À CONEXÃO

• Serviço Orientado à Conexão (Connection-Oriented):

– É aquele onde o usuário do serviço precisa estabelecer uma conexão (trocar dados de controle) com a entidade par na máquina destino antes de enviar mensagens para a mesma.

– Após encerrar a transferência de mensagens, deve encerrar a conexão de forma explícita;

– O aspecto essencial da conexão é que ela atua como um tubo: o emissor coloca objetos (bits) em uma ponta, e o receptor os recebe na outra ponta, na mesma ordem; É um serviço confiável de entrega de dados (baseado na confirmação de recebimento);

SERVIÇO ORIENTADO À CONEXÃO E SERVIÇO NÃO ORIENTADO À CONEXÃO

• Serviço não orientado à Conexão ou sem conexão (Connectionless):

– É aquele onde o usuário do serviço envia mensagens para a entidade par na máquina destino sem comunicação prévia;

– O aspecto essencial da transmissão é que cada mensagem trafega com informações completas do destinatário e cada mensagem pode seguir caminhos distintos na rede, podendo chegar ou não ao seu destino;

– É um serviço não confiável de entrega de dados.

OSI – Modelo em camadas

• Possibilita a comunicação entre tipos diferentes de hardware e de software de rede.

• Evita que as modificações em uma camada afetem as outras, possibilitando maior rapidez no seu desenvolvimento.

• Cada camada OSI individual tem um conjunto de funções que ela deve executar para que os pacotes de dados trafeguem de uma origem a um destino em uma rede.

7

6

5

4

3

2

1

Aplicação

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

Transporte

Dados DadosAplicação

O Modelo OSI – Transmissão de dados

7

6

5

4

3

2

1

Aplicação

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

Transporte

Redução de custo, devido à padronização de produtos;

Permite independência no desenvolvimento de software e hardware;

Agiliza a adoção de novas tecnologias; Facilita a detecção e correção de

problemas na rede; Utilizado como referência para as

diversas arquiteturas de rede.

O Modelo OSI – Principais vantagens

7

6

5

4

3

2

1

Aplicação

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

TransporteDatagrama

Quadro

Bit

Segmento

Unidades de Dados utilizadas pelo modelo OSI

Mensagem

TRANSMISSÃO (BITS)

CONTROLE DE ERROS (QUADROS)

ROTEAMENTO (DATAGRAMAS)

EMPACOTEAMENTO (SEGMENTOS)

SINCRONIZAÇÃO (MENSAGENS)

SINTAXE

APLICATIVOS7

6

5

4

3

2

1

Aplicação

Rede

Enlace

Físico

Apresentação

Sessão

Transporte

O Modelo OSI – Principais funções das Camadas

Exemplo de aplicação do modelo OSI: Configuração de Redes Locais.

Roteador

Switch

Hub

7654321

Roteador

Switch

Hub

7654

32

1

Host HostLAN 1 LAN 2

Hub – Implementa o barramento de interligação dos Host na Camada Física (Por exemplo: Ethernet);

Switch – Comutador de Camada 2 (Enlace), fazendo a interligação entre os segmentos de uma Rede Local.

Roteador – Comutador que encaminha tráfego através da rede Wan, atuando junto à Camada 3 ( Rede).

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

O modelo TCP/IP

Arquitetura OSI

Físico

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Arquitetura TCP/IP

Rede

Internet

Transporte

Aplicação

Comparação

• Camada de Rede

• Camada de abstração de hardware– interface com os diversos tipos

de redes (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, etc).

• Equivalente às camadas 1 e 2 (física e enlace) do modelo OSI– Funções de identificação do

meio e acesso ao meio• LAN: IEEE 802.3, 802.4, 802.5, etc.• WAN: X.25, HDLC, etc.

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

• Camada Internet

• Estabelece a troca de pacotes sem conexão através da malha da rede física.

• Roteamento entre as diferentes sub-redes, assim como funções para evitar congestionamento.

• Padronizado em um formato de pacote e protocolo IP - Internet Protocol.

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

• Camada de transporte

• Permite a dois pontos da rede estabelecerem uma conversação.– Exatamente igual OSI

• TCP (Transmission Control Protocol) provê um serviço confiável e orientado à conexão. Implementa um mecanismo de checksum.

• UDP (User Datagram Protocol) provê um serviço não-confiável e não orientado a conexão, com melhor tempo de resposta

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

• Camada de aplicação

• Reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em:– Protocolos de serviços básicos:

fornecem serviços para atender as próprias necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, DHCP

– Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP e outros

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede