redes de computadores i

Redes de Computadores I

Prof. Mateus Raeder

Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -

Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Sumário

• Introdução• Uso de redes de computadores• Tipos de redes• Internet• Protocolos• Redes de acesso• Meios físicos• Camadas de protocolos


Introdução

• O que é uma rede de computadores?– Conjunto de dispositivos interconectados para trocar

informações e compartilhar recursos– No começo as redes eram formadas por dispositivos

convencionais (computadores pessoais)– Mas e hoje? Podemos ainda utilizar a expressão: “redes

de computadores?” Somente computadores tradicionais participam de uma rede?


Introdução

• Significado da palavra “computador” é mais amplo atualmente


Introdução


Evolução das redes

• Redes de computadores têm evoluído rapidamente nas últimas décadas

• Qual a razão para este crescimento?• Dois motivos principais:

– Necessidade de troca de informações com baixo custo e alta velocidade

– Necessidade de compartilhar recursos de hardware e de software



• Troca de informações barata e rápida– Instituições disponibilizando notas e

informações acadêmicas para os alunos– Cursos à distância– Informações de cunho geral para a sociedade– Transações bancárias– Marketing– Comércio eletrônico– E-mail



• Compartilhamento de recursos de hardware e software – Impressoras– Espaço em disco– Outros processadores– Arquivos– Conexão à Internet


Uso de redes de computadores

• Redes corporativas– Empresas com muitas fábricas monitorando

estoque em todas as unidades

• Redes para pessoas– Acesso a informações remotas– Comunicação– Diversão

• Questões sociaisDiscussão sobre o que pode ou não pode ser

compartilhado


Visão geral de uma rede

• Alguns papéis importantes em uma rede– Transmissor (origem)– Receptor (destino)– Dado a ser enviado/recebido– Canal de comunicação (link)– Interface de rede


Visão geral de uma rede

dado

Canal de comunicação

interface interface

Transmissor ou origem

Receptor ou destino

Transmissor: geralmente dinâmico (em um momento pode tanto estar

transmitindo quanto recebendo dados) Canal de comunicação: transporta os dados

entre o transmissor e o receptor

Interface de rede: conecta os dispositivos fisicamente ao canal

de comunicação. Coloca o dado na origem e retira no destino.

Cada dispositivo em uma rede possui uma identificação única. No caso da Internet, cada host possui um IP que é único em toda a rede.


Tipos de redes

• Classificação das redes por escala

Máquina de fluxo de dados

Multicomputador

Rede Local

Rede Metropolitana

Rede Geograficamente Distribuída

Internet


Redes Locais

• Também chamada de LAN (Local Area Network)– Redes privadas– Prédios, campus universitário– Características principais:

• Possuem poucos quilômetros de extensão• Alta taxa de transferência• Baixa ocorrência de erros• Sem roteamento da informação (caracterizado por

um broadcast)


Redes Locais

• Topologia– Maneira pela qual os elementos são

interligados• Estrela


Redes Locais


interligados• Barra


Redes Locais


interligados• Anel


Redes Metropolitanas

• Também chamada de MAN (Metropolitan Area Network)– Abrangem a região metropolitana de de uma

cidade– Versão ampliada de uma LAN– Existe roteamento de informação, mas é

transparente para o usuário final (telecomunicações)


Redes Metropolitanas

• Utilizam o padrão DQBD (Distributed Queue Dual Bus)– Dois cabos interligam os computadores, um

para cada direçãoDireção do fluxo do barramento

Direção do fluxo do barramento

Head-end

Head-end


Redes Geograficamente Distribuídas

• Também chamadas de WAN (Wide Area Network)– Engloba uma vasta região (estado, país,

continente)– Transmissão baixa (comparado às LANs)– Alta taxa de erros– Possui roteamento da informação


Redes Geograficamente Distribuídas


Redes sem fio

• Segmento que mais cresce na indústria de computadores– Conexão em carros, aviões, qualquer lugar– Escritório portátil– Custo reduzido de infra-estrutura– Suporte a aplicações móveis


Internet

• Rede de computadores mundial– Conecta milhões de equipamentos de

computação em todo o mundo

• Equipamentos são chamados de hosts ou sistemas terminais

• Aplicações da Internet (a Web, e-mail, etc) são programas de aplicação de rede


Componentes da Internet

• Os hosts operam protocolos que controlam o envio e o recebimento de informações na Internet– TCP e IP: protocolos mais importantes da

Internet– Conhecidos coletivamente como TCP/IP

• Os hosts são conectados entre si por enlaces (links) de comunicação– Cabos coaxiais, fibra óptica, etc



• Sistemas finais são geralmente conectados por equipamentos de comutação (troca)– Roteadores (routers)– Encaminha a informação (pacotes de dados)

do enlace de entrada para o enlace de saída

• Internet: rede de redes– Conjunto interconectado de redes públicas e

privadas (Internet e Intranet)


• Internet:– Levemente

hierárquica– Provedores

de serviços de Internet (ISPs)


ISP local

Redecorporativa

ISP regional

Roteador

Estações fixas

Servidor

Estações móveis

ISP local ISP regional ISP nacional e internacional


Internet x Intranet

• Internet pública:– A rede global discutida anteriormente

• Internet privada:– Redes privadas, onde os computadores não

são acessíveis às máquinas externas– Coorporações, orgãos governamentais, etc– Chamada de Intranet

• Usam a mesma tecnologia da Internet (computadores, roteadores, protocolos, padrões...)


Tipos de serviço

• Dois tipos de serviço às aplicações distribuídas:– Orientado à conexão

• Garante envio correto das informações

– Não-orientado à conexão• Não garante a corretude da entrega das informações


Entidades básicas

• Os hosts podem ser divididos em duas categorias:– Clientes

• Comumente estações de trabalho comuns• Pedem determinado serviço

– Servidores• Comumente máquinas mais poderosas• Provêem determinado serviço

• Modelo que predomina na Internet


Entidades básicas

• Utilizado por inúmeras aplicações populares– Web– E-mail– Transferência de arquivos– Grupos de discussão– Login remoto


• Aplicações distribuídas– Cliente e servidor em máquinas e redes

diferentes

Entidades básicas


Entidades básicas

• Tipos de servidores:– Arquivos (serviços de armazenamento e acesso às

informações)

– Banco de dados (BDs e processos de consulta)

– Impressão (serviços de impressão)

– Comunicação (procedimentos de acesso à rede e interface com os dispositivos dos usuários)

– Gerenciamento (tráfego da rede, desempenho, identificação de falhas)

– ...


Redes de acesso

• Como ligar dois hosts ao primeiro roteador?– Redes de acesso

• Residenciais• Institucionais• Móveis

ISP local

Redecorporativa

ISP regional

Roteador

Estações fixas

Servidor

Estações móveis


Acesso residencial: ponto a ponto

• Discado via modem (dial-up) – Até 56 Kbps, acesso direto ao

roteador (conceitualmente)• RDSI: rede digital de

serviços integrados (ISDN)– 128 Kbps, conexão digital ao

roteador• ADSL: asymmetric digital

subscriber line– Até 1 Mbps de casa ao roteador– Até 8 Mbps do roteador a casa

• Telefônica, Telemar, GVT– Usuário é mais consumidor do

que produtor de informações


Acesso residencial: cable modems

• HFC: hybrid fiber coax– Assimétrico: até 10Mbps p/ a casa, 1 Mbps p/ a

rede;– Rede de cabo e fibra liga casa ao roteador do

provedor• Acesso compartilhado ao roteador pelas casas;• Problemas: dimensionamento, congestionamento;• Disponibilidade: via companhias de TV a cabo;

– Ex.: NET, TVA


Acesso institucional: redes locais

• Rede local (LAN) da empresa/universidade liga sistema terminal ao 1º roteador• Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para

acesso ao roteador, 10 Mbps, 100 Mbps, Gigabit Ethernet

• Disponibilidade: corporações, instituições, redes locais e domésticas

• Roteador de borda roteia pacotes com destino externo à LAN


Acesso sem fio

• Rede de acesso sem fio liga ao roteador • Redes locais sem fio:

– Espectro de rádio substitui o cabo– Exemplo: IEEE 802.11 a/b/g/n (WiFi)

• Acesso sem fio não local:– CDPD: acesso sem fio ao roteador do provedor via rede

de telefonia celular– IEEE 802.16 (WiMAX)– Protocolo MAC

• Controla o acesso ao meio EstaçãoBase

Sistemas móveis

Roteador


Meios de transmissão

• São os caminhos físicos através dos quais ocorre a comunicação entre remetente/destinatário

• Podem ser classificados em:– Guiados

• Meios físicos como cabos coaxiais, fibra óptica, ...

– Não-guiados:• Usa atmosfera terrestre ou o espaço• Satélites, microondas, infravermelho, ...


Meios Guiados

• Capacidade limitada pelos parâmetros de distância e tipo da rede– Restrição de largura de banda– Restrição na taxa de transmissão (em

bits/segundo)– Mais comuns são:

• Cabos coaxiais• Pares trançados• Fibra óptica


Meios Guiados

• Cabo Coaxial– Fio de cobre esticado na parte central envolvido por um

material dielétrico isolante (não conduz corrente elétrica)

– O isolante é protegido por um condutor cilíndrico– O condutor externo é coberto por uma camada plástica

protetora


Meios Guiados

• Cabo coaxial– Largura de banda depende do tamanho do

cabo– Em cabos de 1km, pode se chegar a uma taxa

de 1 a 2 Gbps– Bidirecionais– Foram muito usados no sistema telefônico,

mas têm sido substituídos por fibra óptica


Meios Guiados

• Cabo de Par Trançado– UTP (Unshielded Twisted Pair)

• Sem blindagem (mais usado)

– STP (Shielded Twisted Pair)• Com blindagem

– Consistem em dois fios de cobre encapados, enrolados de forma helicoidal para diminuir a interferência elétrica entre os fios

• Categoria 3: fio telefônico, Ethernet de 10Mbps

• Categoria 5: Ethernet de 100 Mbps


Meios Guiados

• Cabo de fibra ótica:– Meio de transmissão: fibra de vidro ultrafina, iluminada

por pulsos de luz• Luz indica um bit 1, ausência de luz indica um bit 0

– Operação de alta velocidade:• Ethernet de 100 Mbps• Transmissão de alta velocidade ponto a ponto (ex.:

10 Gbps)– Baixa taxa de erros


Meios Guiados

• Cabos de fibra óptica

Capa externa

Extremidade de um cabo com 3 fibras


Meios Não-Guiados

• Necessidade de transmissão em locais onde não podem ser passados cabos ou a passagem dos mesmos é impossível– Desertos, pântanos, etc

• Meios mais conhecidos:– Satélites– Microondas– Infravermelho


Meios Não-Guiados

• Satélites– Meio mais conhecido no Brasil– Distâncias grandes

• Causam retardos na comunicação

– Canais de até 50Mbps

• Microondas– Transmissão de ondas de rádio com maiores frequências

• Canais de até 155Mbps• Envio direcionado (evitando que qualquer um receba o

sinal)

• Infravermelho– Distâncias pequenas e muita interferência do meio


Protocolos

• Conjunto de regras que determinam como deve ocorrer a comunicação entre duas estações em uma rede– Mensagens específicas são enviadas– Ações específicas são tomadas


Protocolos

• Analogia humana

tempo

Oi

Oi

Você é gremista?

CLARO que sim!


Protocolos

• Em redes de computadores– Máquinas em vez de pessoas– Toda comunicação na Internet é governada por

protocolos

Protocolos definem formato, ordem de mensagens

enviadas e recebidas entre entidades de rede e ações

tomadas ao enviar ou receber uma mensagem.


Protocolos

• Em redes de computadores

Pedido de conexão

Resposta positiva

GET: http://www.inf.unisinos.br

<arquivo>tempo


Protocolos

• Em sistemas de comunicação existem mensagens de controle desta comunicação além dos dados que se quer enviar– análogo ao sistema postal


Protocolos

• Para um protocolo funcionar– atender a todas as funções necessárias– que as duas máquinas ou entidades entendam

as mensagens recebidas– que respondam da mesma forma às

mensagens

• Capacidade de transmissão é dividida entre sinalização e informação– diferentes protocolos terão diferentes

overheads– velocidade efetiva não considera overhead


Protocolos Hierárquicos

• Redes de computadores modernas– organizadas de uma forma estruturada– componentes hierarquizados em camadas

• Por quê?– isolar as camadas superiores dos detalhes de

implementação dos níveis inferiores– possibilitar a substituição da implementação

de uma camada por outra


Camadas de Protocolos

• Redes são complexas!– Muitos componentes

• Hosts• Roteadores• Enlaces• Aplicações• Protocolos• Hardware, Software…

Pergunta:Existe alguma

esperança de organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos, organizar

nossa discussão de redes?



Passagem (compra)

Bagagem (entrega)

Portão (embarque)

Decolagem

Roteamento do avião

Passagem (reclama)

Bagagem (recupera)

Portão (desembarque)

Aterrissagem



Uma série de passos...



• Por que usar camadas?• Ao lidar com sistemas complexos:

– Estrutura explícita permite identificação de relações entre componentes do sistema complexo.

• Modelo de referência para discussão.

– Modularização facilita implementação, atualização do sistema

• Mudanças de implementação do serviço da camada é transparente ao resto do sistema

• Exemplo: mudança no procedimento do portão não afeta o resto do sistema



• Pilha de Protocolos da Internet– Aplicação: suporta aplicações de rede

• FTP, SMTP, HTTP

– Transporte: transferência de dados entre sistemas terminais

• TCP, UDP

– Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino

• IP

– Enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos

• PPP, ethernet

– Física bits “nos fios”

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física



• Camadas são implementadas como processos em hardware ou software– realizam funções próprias de cada nível– são denominados entidades de nível n

• Entidades de um mesmo nível n em cada máquina trocam informações entre si de acordo com um protocolo n

• As entidades n utilizam serviços n-1 providos pelos níveis inferiores e fornecem serviços ao nível n+1



• Dados não são transmitidos diretamente da entidade n de uma máquina para a entidade n de outra– cada camada passa dados e informações à camada

imediatamente inferior

• Entre duas camadas adjascentes existe uma interface que define as primitivas e serviços que a camada inferior oferece à superior

• A definição clara destas interfaces é fundamental no isolamento entre camadas


Camadas de protocolos

I like rabbitsI like rabbits

L: holandêsIk hou van konijnen


Fax # ---L: holandêsIk hou van konijnen


J'aime les lapins

J'aime les lapins





mensagem

Informação para o tradutor remoto

Informação para a secretária remota

3

2

1

filósofo

tradutor

secretária



Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

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