introdução à redes de computardores

8/18/2019 Introdução à redes de computardores

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Introdução às redesde computadoresConceitos IniciaisComunicação de DadosProf. Gustavo Künzel

Importância das redes• Nas empresas modernas temos grande quantidade de

computadores operando em diferente setores• Operação mais eficiente se estes computadores forem

interconectados• É possível compartilhar recursos

• Impressora, internet, bancos de dados, scanner...• Dados de clientes

• É possível trocar dados entre máquinas de forma simples econfortável

• Acesso remoto• Redes são muito importantes para a realização da filosofia CIM

(Manufatura Integrada por Computador)• Integração desde o setor administrativo até o chão de fábrica 2

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f . G u s t a v o K ü n z e

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Importância das redes

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PC

Servidor

Telefonecelular

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* 8#

Telefone

Laptop

Terminal

ImpressoraSupercomputador

Redes na automação industrial

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Internet • 1990

• Conexão de redes distantes para compartilhamento de dados einformações por usuários e empresas

• Surgimento de tecnologias como a WWW, e-mail, FTP

• Atualmente• Computação em Nuvem

• informação armazenada em algum local do mundo e acessível emqualquer lugar

• Transparente ao usuário• Google Drive, Gmail, Dropbox...

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Modelos principais• Modelo ponto a ponto

• Redes domésticas eempresariais

• Os usuários compartilham osdocumentos, impressoras,etc.

• Computadores ligados em ummesmo dispositivo central

• Switch, Wi-Fi

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Modelo cliente-servidor• Modelo mais comum para a troca de dados nas redes• Servidor

• Armazena os dados e informações em bancos de dados• Cliente

• O cliente solicita dados e aguarda a resposta do servidor

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Meio decomunicação

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Modelo cliente-servidor• Exemplos

• Acesso à páginas na internet• Protocolo http (send-request)

• Acesso à informações de equipamentos ligados na rede• E-mail

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Browser Servidor

Web

Solicitação

Página Web

Alcance das redes• PAN (Personal Area Network)

• Redes pessoais• Alcance – até 10 m• Tecnologias

• Bluetooth• Infravermelho• RFID

•

Exemplos• Mouse sem fio, teclado semfio• Fones de ouvidosem fio• Celulares trocandomúsicas• Pedágio• Smartcards, cartões de biblioteca 10

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Alcance das redes• LAN (Local Area Network) ou Rede Local

• Interconexão de computadores localizados em uma mesma salaou em um mesmo prédio.

• Tecnologias principais• Wi-fi• Ethernet

• Alcance: até aprox. 200 m.

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Alcance das redes• MAN (Metropolitan Area

Network)• Rede metropolitana• Abrange uma cidade• Tecnologias

• Cabo• ADSL• Fibra ótica

• A largura de banda é divida emfaixas de frequência

• Para telefonia• Para TV• Para internet 12

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Alcance das redes• WAN (Wide Area Network):

• Interconexão de computadores localizados em diferentes prédiosem cidades distantes em qualquer ponto do mundo

• Tecnologias• Rede telefônica• Antenas parabólicas• Satélites• Fibra óptica• Rádio

• Extensão > 50 Km.• Subredes

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Alcance das redes• WAN (Wide Area Network)

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Alcance das redes• WAN (Wide Area Network)

• Quebra em pacotes• Decisões de roteamento

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Alcance das redes

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Alcance das redes

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Redes sem fio• Interconexão de sistemas

• Periféricos• Bluetooth

• LANs sem fios• WANs sem fios

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Redes domésticas• Computadores• Entretenimento• Telecomunicações• Eletrodomésticos• Telemetria

• Facilidade de configuração• Segurança e tolerância à falhas

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Topologias de rede• Definição de como as estações estão conectadas entre si na

rede

• Corresponde à estrutura que a rede tem em função dastecnologias utilizadas e de como se dá a troca de dados

• Duas formas básicas de conexão• Ponto a ponto• Difusão (broadcast)

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Topologias de rede• Canais de comunicação Ponto a ponto

• Cada par de estações possui uma linha de comunicação• Algumas estações são intermediárias, ou seja, repassam

informações para outras estações

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(a) (b) (c)

(d) (e)(a) estrela ; (b) anel; (c) árvore; (d) malha regular; (e) malha irregular.

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Topologias de rede• Canais de comunicação Ponto a ponto

• Topologia estrela• É utilizada na Ethernet cabeada• Um dispositivo concentrador (switch ou hub) repassa os pacotes de

uma estação para outra

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Topologias de rede• Canais de Difusão (multiponto)

• As mensagens difundidas no canal são recebidas por todos asestações

• Estações conectadas em um único fio/cabo ou redes sem fio• Colisão – ocorre quando dois dispositivos tentem se comunicar

ao mesmo tempo

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satélite

(a) (b) (c)

(a) barramento ; (b) satélite ; (c) anel.

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Topologias de rede• Canais de Difusão

• Topologia barramento• Todos as estações estão ligadas em um mesmo cabo• Todas as estações recebem as informações que passam no meio de

comunicação• Deve-se evitar que dois dispositivos enviem mensagens ao mesmo

tempo

24Rede RS-485

Rede Wi-Fi

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Topologias de rede• Canais de Difusão

• Todas estações recebem as mensagens

• O destinatário da mensagem é identificado por algum endereçocodificado na mensagem

• É possível enviar mensagens para todas as estações ao mesmotempo

• Broadcast

• É possível enviar mensagens para algumas estações ao mesmotempo

• Um endereço especial é reservado• Multicast 25

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Resumo das topologias• Ponto a ponto

• Estrela• Anel• Árvore• Malha regular• Malha irregular

• Canais de Difusão• Barramento• Wireless• Anel

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Protocolo• Em redes de comunicação digital, a informação é transmitida

em forma de bytes e bits

• Troca de bits entre as estações, através do meio físico• Como cada computador sabe o que significam os bits que está

recebendo?• É necessário estabelecer algumas regras e significados pras

informações trocadas 30

Bits trocadosentre as estações

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Protocolo• Definem regras para que a comunicação na rede ocorra com

sucesso• Formato das mensagens, a sequência das mensagens, ações a

serem tomadas, sequências de bytes, cabeçalhos de mensagens

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Oi

OiTem horas?

2:00

requisiçãoconexão TCP

conexão TCPresposta.

tempoProtocolo Humano Protocolo Computacional

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Protocolo• Um protocolo de comunicação busca atender a diferentes

exigências• Detecção de erros

• Erros de transmissão dos dados• Correção de erros

• Correção automática de dados• Roteamento

• Determinação dos melhores caminhos para os dados• Expansão e identificação das estações

• Endereçamento dos dispositivos na rede• Número de dispositivos na rede

• Reconstrução de mensagens• Uma mensagem é quebrada em diversos pacotes, que nem sempre

chegam na ordem certa 32

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Protocolo• Um protocolo de comunicação busca atender a diferentes

exigências• Reenvio de mensagens

• Identificação de pedaços de mensagens que não foram recebidas• Capacidade de transmissão

• Para evitar congestionamentos• Qualidade de serviço

• Associada à garantias da transmissão de dados a uma dada largurade banda

• Segurança• Autenticação, confidencialidade das informações transmitidas• Integridade dos dados

• Negociação• Capacidade de negociar automaticamente taxas de comunicação,

criptografia, garantias de largura de banda e qualidade de serviço

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Protocolo• Quanto maior o número de exigências, mais complexo será o

protocolo e a rede como um todo• Complexidade de hardware e software

• Protocolos são divididos em camadas, colocadas uma sobre asoutras

• Cada camada possui uma funcionalidade• Cada camada repassa informações para as camadas superiores e

inferiores• O modelo de camadas ISO/OSI é um modelo de referência

bastante utilizado para descrever protocolos de comunicação• Nem todos protocolos possuem todas as camadas a seguir

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O modelo de referênciaISO/OSI

• Nos inícios das redes, não havia a existência de padrões entreos equipamentos

• As características de um fabricante eram totalmentediferentes de outro fabricante

• Equipamentos não conversavam• As redes necessitavam ser de um único fabricante

• Padronização desenvolvido pela ISO (International StandardsOrganization)

• Permitiu a interoperabilidade entre equipamentos de diferentesfabricantes

• Arquitetura igual para todos fabricantes – mais barato

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• OSI – Open Systems Interconnection• O modelo ISO possui sete camadas

• Cada camada deve executa uma função bem definida• Representam o caminho a ser percorrido pelos dados

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CAMADA FUNÇÃO

7 - Aplicação Funções especialistas (transferência de arquivos, envio de e-mail,terminal virtual)6 - Apresentação Formatação dos dados, conversão de códigos e caracteres5 - Sessão Negociação e conexão com outros nós, analogia4 - Transporte Oferece métodos para a entrega de dados ponto-a-ponto3 - Rede Roteamento de pacotes em uma ou várias redes2 - Enlace Detecção de erros1 - Física Transmissão e recepção dos bits brutos através do meio de transmissão

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• A informação enviada percorre as camadas de cima pra baixo• Aplicação -> Física

• A informação quando recebida percorre as camadas de baixopra cima

• Física -> Aplicação

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O modelo de referênciaISO/OSI• Divide uma rede em camadas, com funções específicas

• Nem todos protocolos usam todas as camadas

• Dispositivos intermediários utilizam informações das camadaspara suas funções

• Roteador usa informações da camada de rede para direcionar ospacotes por determinadas rotas na rede

• Gateway usa informações da camada física e de enlace paraconverter um tipo de comunicação em outra

• Exemplo – Wi-Fi em Ethernet cabeada 45

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7-Camada de aplicação• Camada de aplicação

• Correspondem aos protocolos que irão promover a interaçãoentre o usuário e a máquina

• Envio de e-mails (POP3)• Acesso à páginas da internet (HTTP)• Transferência de arquivos (FTP)• Torrent (BitTorrent)• Domain Name Server (DNS) – Serviço para determinar o endereço IP

de sites, através do seu endereço www.

• Aplicações de software que rodam no PC

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6-Camada de apresentação• Camada de apresentação

• Traduzir dados a serem enviados e recebidos em um formato comum

• Exemplo: Compressão de dados• Os dados a serem enviados são primeiramente “zipados” antes de serem

enviados, exigindo menor largura de banda

• Exemplo: Criptografia e segurança• Codificar os dados de modo a torná-los ilegíveis por intrusos• Evitar que terceiros tenham acesso aos dados enviados• SSL

• Dispositivos• Gateway – traduz diferentes protocolos entre redes

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5-Camada de sessão• Camada de sessão

• Estabelecer uma sessão de comunicação entre duas aplicações,ou programas, para que os mesmos troquem dados

• Fazer marcações nos dados, de modo a reiniciar as comunicaçõesde onde pararam, em caso de interrupção

• Controlar a sincronização, mantendo uma ordem nascomunicações

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4-Camada de Transporte• Responsável pelo estabelecimento de uma conexão confiável

entre dois dispositivos• Tipo de serviço

• Receber os dados a serem transmitidos, dividir em pacotes, ousegmentos a serem encaminhados à camada de rede

• Garantir que estes fragmentos chegarão ao destinatário demaneira correta

• Reenviar os fragmentos, se necessário• Remontar os fragmentos, no receptor

• Estabelecer portas de comunicação entre as estações, paraque a camada consiga encaminhar os pacotes às diversasaplicações

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3-Camada de Rede• Fornecer meios para que um pacote seja levado do seu

destinatário até o seu destino final• Determinar o caminho que um pacote precisa fazer em uma rede

grande

• Controlar o caminho dos pacotes• Evitar rotas congestionadas•

Garantir qualidade de serviço e atraso dos pacotes• Receber dados da camada de enlace, sobre erros de transmissão

e qualidade das conexões

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3-Camada de Rede• Adicionar aos pacotes endereços de remetente e destinatário

• Endereço IP• Endereçar as estações para que seja possível encaminhar pacotes• Encontrar as melhores rotas para envio dos pacotes

• Dispositivos• Roteadores

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2-Camada de Enlace• Transformar o canal de t ransmissão em uma linha livre de

erros de transmissão• Detectar e corrigir erros de transmissão• Verificar a integridade dos dados enviados

• Controlar o tráfego, de modo a evitar que um dispositivo enviemais informação do que o outro seja capaz de receber

• Dividir os dados a serem transmitidos em pequenos quadros(conjuntos, ou pacotes), e os envia sequencialmente

• Controlar o acesso ao meio, de modo a evitar que duasestações queiram transmitir ao mesmo tempo

• Colisão de pacotes52

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2-Camada de Enlace• Dispositivos

• Switch (conhece todos os dispositivos conectados e seusendereços para repassar as mensagens)

• Placa de rede• Interfaces de comunicação

• Quadro/Frame• Corresponde a um conjunto de dados enviado / recebido

• Protocolos deste nível• Ethernet, Token Ring, ATM, FDDI, PPP

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1-Camada Física• Tratar da transmissão dos bits através de um canal de

comunicação• Descrever as interfaces elétricas e mecânicas dos dispositivos• Definir o nível de tensão dos sinais , pinagem dos conectores,

especificações de cabo, sicronização de comunicações• Fibra óptica, rede sem fio, fio de cobre, cabo coaxial...

• Garantir que quando um lado envia um bit ‘1’, o outro recebe umbit ‘1’

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1-Camada Física• Equipamentos principais

• Cabos, conectores• Hubs• Tranceiver (circuito integrado de conversão de sinais elétricos)• Repetidores

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Montagem e desmontagem dospacotes nas camadas

• Cada camada irá adicionar informações (cabeçalhos) nopacote transmitido

• As camadas do receptor usam os cabeçalhos para reconstruire encaminhar as informações de maneira confiável àscamadas superiores até a aplicação

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Montagem e desmontagem depacotes nas camadas

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Exemplo de camadas• William escreveu uma carta para ser enviada pelo correio

para o seu amigo Manoel com diversas informações• Camada 7 –Aplicação

• Protocolo humano que irá promover a troca de informaçõesentre os dois amigos

• Protocolos HTTP (site), FTP (arquivos), POP3 (e-mail),

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OnononononOnonNonononoOnononNonoNonoNoonoNoono

Oononon......Dados damensagem


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Exemplo de camadas• A mensagem, porém, é muito grande e sigilosa, e precisa

ser compactada e criptografada• Informações básicas são adicionadas em um cabeçalho

• Camada 6 – Apresentação• Compressão• Codificação• Criptografia• Tradução• Formatação I

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OnononononOnonNonononoOnononNonoNonoNoonoNoonoOononon......

CabeçalhoApresentação

Dados damensagem

Exemplo de camadas• O computador que envia a mensagem estabelece uma

sessão de comunicação com o receptor, para garantir queos dados estarão sendo transmitidos em uma ordem queambos entendam – regras de envio

• Camada 5 – Sessão• Estabelece se a comunicação é feita em um sentido• Nos dois sentidos

• Mecanismos de controle dos sentidos de transmissão• São adicionados ao cabeçalho informações sobre o fluxo

dos dados I n t r o

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60CabeçalhoSessão


Dados damensagem

Exemplo de camadas• As mensagens são quebradas em pequenos pacotes, para

serem enviados pela rede• Camada 4 – Transporte

• Quebra os dados em pequenos pacotes• Garante que o destinatário recebeu todos os pacotes, e reenvia

algum em caso de falha• Cada pacote recebe um cabeçalho com identificação

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61Cabeçalhode Transporte

CabeçalhoSessão


Dados damensagem

Mensagem1

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Exemplo de camadas• Aos pacotes são adicionados endereços de entrega, que

determinam o destinatário• Camada 3 – Rede

• Endereço IP da máquina de destino, outras informações deendereçamento

• Informações serão utilizadas para rotear o pacote na rede

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62CabeçalhoRede

CabeçalhoTransporte

CabeçalhoSessão


Dados damensagem

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Exemplo de camadas• Aos pacotes são adicionados dados referentes à

verificação de integridade do conteúdo e correção deerros

• Camada 2 – Enlace• Garante a integridade dos dados transmitidos e identifica erros,

para as camadas superiores tomarem alguma ação corretiva• Identifica erros em bits através de mecanismos de verificação

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63CabeçalhoEnlace

CabeçalhoRede


CabeçalhoSessão


Dados damensagem

Exemplo de camadas• Transmite os bits do conteúdo dos pacotes sobre o meio

físico• Camada 1 – Física

• Níveis de tensão dos sinais, cabeamento, tolerâncias elétricas,conectores, etc

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CabeçalhoEnlace

CabeçalhoRede


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Dados damensagem

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Conclusão• Cada camada tem uma função• Cada camada conta com diferentes protocolos que fornecem

serviços às camadas superiores• Cada camada adiciona mais informações aos pacotes• Protocolos de diferentes camadas são combinados

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Elementos de rede• Interconexão de redes e aplicação/uso• Atuam em diferentes camadas do protocolo

• Estações• Switches/HUBs• Gateway• Roteador• Firewall• Servidor• Modem

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Estações• Qualquer dispositivo que está conectado à rede e troca dados

pode ser chamado de estação• Exemplos

• Computador• Impressora• Smartphone• Webcam IP• Equipamentos industriais com rede integrada

• Inversor de frequência• Controlador lógico programável• Interface Homem Máquina (IHM)

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Switches/HUB• Tem a função de concentrar os pacotes trocados entre as

estações, e repassar os mesmos às estações• O switch conhece todos as estações e encaminha as mensagens

diretamente de uma para a outra – mais eficiente• O HUB “espalha” as mensagens de todos para todos – o que pode

causar colisões nas mensagens – menos eficiente

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Gateway• É um equipamento intermediário de uma rede

• Capaz de converter protocolos• Espécie de “tradutor”• Permite que um tipo de rede se conecte a outro tipo• Traduz os dados de uma tecnologia para outra

• Muito usado em alguns tipos de redes industriais parainterligar dispositivos de chão de fábrica com computadores esistemas supervisórios

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Gateway

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Roteador• Roteador é um dispositivo que

encaminha pacotes de dadosentre redes de computadores,criando um conjunto de redes desobreposição.

• Um roteador é conectado a duasou mais linhas de dados de redesdiferentes.

• Quando um pacote de dadoschega, em uma das linhas, oroteador lê a informação deendereço no pacote paradeterminar o seu destino final. 71

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Roteador• Em seguida, usando a

informação na sua políticatabela de roteamento ouencaminhamento, eledireciona o pacote para arede de próxima em suaviagem.

• Os roteadores são osresponsáveis pelo "tráfego"na Internet.

• Buscam melhorar o tráfegodirecionando para linhasmenos ocupadas 72

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Firewall• É um dispositivo que aplica políticas de segurança na rede

• Analisa o tráfego na rede• Evita que programas como malwares e vírus tentem enviar

pacotes indesejados• Mecanismos de filtragem• É necessário configurar o mesmo para bloqueardeterminadas trocas de dados entre aplicações

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Modem• Modulador – demodulador

• Modula um sinal digital em um tipo de onda analógica• Converte os bits em sinal analógico

• Utilizado para transmitir dados pela linha telefônica ou cabo• Os padrões especificam velocidades de transmissão, protocolo,

etc.

•

Exemplos• Fax• ADSL

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Arquitetura da rede domésticacomum• Modem ADSL• Roteador/Wi-Fi Router/Switch• Estações

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Arquitetura da Internet

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Unidades métricas

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Unidades de byteMúltiplos do byte

Prefixo binário (IEC) Prefixo do SINome Símbolo Múltiplo Nome Símbolo Múltiplobyte B 20 byte B 100

kibibyte KiB 210 Kilobyte kB 103

mebibyte MiB 220 megabyte MB 106

gibibyte GiB 230 gigabyte GB 109

tebibyte TiB 240 terabyte TB 1012

pebibyte PiB 250 petabyte PB 1015

exbibyte EiB 260 exabyte EB 1018

zebibyte ZiB 270 zettabyte ZB 1021

yobibyte YiB 280 yottabyte YB 1024

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Representação de bytes• 1 byte = 8 bits

• 2 valores• Calculadoras científicas possuem mecanismos para conversão

entre formas de representação

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Decimal Hexadecimal Binário

192 0xC0 1100 0000

25 0x19 0001 1001

255 0xFF 1111 1111

Referências• TANENBAUM, A. S. – Redes de Computadores – 5ª

Ed.,Pearson, 2011.

• Busca de Imagens do Google

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introdução à redes de computardores

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