Redes de Computadores...................................................................... 1Mobilidade .......................................................................................... 1Hardware de Rede .............................................................................. 2

Redes Locais - LANs............................................................................ 2Redes metropolitanas - MANs............................................................... 3Redes Geograficamente Distribuídas - WANs .......................................... 3Inter-redes ........................................................................................ 5

Software de Rede................................................................................ 5Questões de Projetos relacionados às Camadas ...................................... 6Tipos de conexões de serviços.............................................................. 6Primitivas de serviço ........................................................................... 6

Modelos de Referência ........................................................................ 6Modelo OSI (Open Systems Interconnection) ......................................... 6Modelo TCP/IP ................................................................................... 8Arquitetura da Internet ......................................................................10Redes orientadas a conexões ..............................................................10

X.25 e Frame Relay.........................................................................10ATM..............................................................................................10Ethernet ........................................................................................12LANs sem fio (802.11) - WiFi............................................................12

Redes de ComputadoresBaseado no livro de Redes do Tanenbaum

As redes de computadores surgiram pela necessidade de se integrar e compartilhar recursose, principalmente, informações. As distâncias físicas não devem impedir que usuáriosacessem informações que necessitem, e quanto mais rápido, mais on-line, melhor.

Um dos modelos de maior sucesso no mundo das redes é o modelo cliente/servidor, ondehá uma máquina (ou conjunto de máquinas) com grande capacidade de armazenamento ouprocessamento (ou ambas). Essa máquina é chamada de servidor e tem por funcionalidadeatender requisições de outras máquinas, chamadas de clientes, que possuem capacidade deprocessamento e armazenamento limitada em empresas e instituições. A própria wwwutiliza esse conceito.

As redes de computadores proporcionam também a comunicação por e-mail, colaboração naconstrução de conteúdo entre pessoas distantes, videoconferência e realização de negócios(compra e venda). A utilização de redes pelos usuários comuns (domésticos) se dá pelo usoda www, mensagens instantâneas, compras, grupos de notícias, entre outros.

Mobilidade

As redes sem fio surgiram para permitir que as pessoas pudessem conectar seusdispositivos onde quer que estivessem. Há que se diferenciar as redes sem fio da

computação móvel, pois em alguns casos elas podem ter significados diferentes.

Aplicações Sem fio Móvel

Desktops em escritórios Não Não

Notebook em quarto de hotel Não Sim

Rede sem fio em prédio antigo Sim Não

PDA Sim Sim

Hardware de Rede

As redes podem ser classificadas segundo sua tecnologia de transmissão e a escala. Para atecnologia de transmissão temos basicamente dois tipos:

• Links de difusão: um transmissor envia pacotes pelo único canal de comunicaçãodisponível, fazendo com que todos conectados à este canal recebam o pacote. Aquem de destino for será processado, aos demais será ignorado. Esse modo échamado de broadcasting. Além desse, há também o multicasting, que consistena difusão para um grupo de máquinas.

• Links ponto a ponto (unicast): há a conexão entre pares individuais, onde atransmissão é realizada e recebida apenas no destinatário, embora possa haverintermediários pelo caminho.

Quanto à escala, temos basicamente o seguinte quadro:

Distância entreprocessadores

Processadores localizadosno mesmo Exemplo

1 m Metro quadrado Rede pessoal

10 m Sala Rede local

100 m Edifício Rede local

1 km Campus Rede local

10 km Cidade Rede metropolitana

100 km País Rede geograficamentedistribuída

1000 km Continente Distribuída

10000 km Planeta Interner

Redes Locais - LANs

As LANs têm tamanho restrito, abrangendo alguns poucos quilômetros, o que permiteconhecer de antemão o pior tempo de transmissão, ajudando no projeto de escolha do tipode topologia, bem como ao seu gerenciamento.

Basicamente é composta por um cabo onde as estações se conectam, podendo ser,atualmente de 10Mbps, 1Gbps ou até 10Gbps. Normalmente utilizam difusão.

A topologia é a maneira como o canal (cabo) e as estações estão dispostos. As LANs podem,entre outros, serem em barramento (Ethernet) ou em anel (FDDI).

A difusão pode ser dividida em estática e dinâmica de acordo com o modo como o canalé alocado. No estático há uma divisão de tempo, onde cada slot é atribuído a uma estaçãoem que a estação só pode transmitir neste tempo. Há desperdício de capacidade detransmissão. No dinâmico a transmissão por qualquer estação pode ser realizada aqualquer tempo. Para evitar colisões e erros pode ser centralizada ou descentralizada.

Redes metropolitanas - MANs

As MANs são redes de maior abrangência, geralmente se expandindo por uma cidade. Umexemplo clássico é a TV a cabo.

Redes Geograficamente Distribuídas - WANs

Abrange uma grande área geográfica, geralmente país ou continente, e possui doiselementos básicos: o host e a sub-rede. O host é a máquina do usuário que desejaexecutar alguma ação em outra máquina, que também é um host (um servidor, porexemplo). A sub-rede pertence e é operada pela empresa de telefonia ou procedor deserviços de Internet. Esse tipo de estrutura deixa bem separado os aspectos de aplicação

(hosts) e de comunicação (sub-rede).

A sub-rede é formada basicamente por linhas de transmissão e por elementos decomutação. As linhas de transmissão transportam os dados entre as máquinas, podendo sercabos de cobre, óptico ou rádio. Os elementos de comutação são computadoresespecializados que conectam várias linhas de transmissão. Quando chegam dados por umalinha ele deve escolher para qual linha de saída enviar. Também são chamados deroteadores.

A comunicação entre roteadores que não possuem linhas de transmissão entre si deve serfeita indiretamente através de outros roteadores. Cada roteador intermediário recebe opacote integralmente e o armazena até a linha de destino ser liberada, quando, então opacote é transmitido. Essa técnica é chamada de store-and-forward ou comutação porpacotes. Os pacotes quando são pequenos e de mesmo tamanho também chamados decélulas.

Quando se deseja troca de informações entre hosts distantes (que necessitem utilizarcaminho por uma sub-rede), as mensagens são divididas em pacotes, que são injetados narede. Cada pacote é roteado independetemente dos demais, e a decisão do melhorcaminho é feito localmente em cada roteador, baseado no algoritmo de roteamento.

As WANs também podem utilizar rede por difusão através de satélites, onde um ou maisroteadores possuem antenas para enviar ou receber informações.

Inter-redes

É formada quando diferentes redes se conectam, podendo ser pela diferença de tecnologiaou até por diferentes empresas ou instituições. Quando as redes são incompatíveis entre si,faz-se necessário a utilização de gateways.

Software de Rede

Atualmente o software de rede é implementado com a utilização de hierarquia deprotocolos, fazendo com que a rede seja dividida em camadas, onde cada camada temsuas funções bem definidas:

• Uma camada superior utiliza a camada inferior através dos serviços que estadisponibiliza;

• Uma camada inferior deve fornecer funcionalidades à superior através dos serviçosde sua interface;

• A maneira como cada serviço é implementado na camada deve ser totalmentetransparente às demais, bem como a sua modificação não deve afetar a maneiracomo a interface é utilizada;

A comunicação entre os pares de uma mesma camada em hosts deve obedecer as regrasestabelecidas, que é chamado de protocolo.

Os conjuntos de camadas de protocolos é chamado de arquitetura de rede. A lista deprotocolos usados por um sistema, tendo um protocolo por camada é chamada pilha deprotocolos.

Questões de Projetos relacionados às Camadas

• Endereçamento: as camadas precisam identificar os transmissores e osreceptores;

• Transferência de dados: o projeto deve definir o fluxo de transmissão, se será emum sentido apenas ou ambos, além da quantidade de canais lógicos por conexão;

• Controle de erros: há muitas formas de controle de erros, portanto é necessáriosaber quais deles utilizar e quando utilizar;

• Ordem de entrega: os protocolos precisam ter regras quanto à ordem em que ospacotes são entregues, principalmente quando entregues fora de ordem;

• Controle de fluxo: visa impedir que um transmissor muito rápido inunde umreceptor lento, fazendo com que pacotes sejam perdidos;

Tipos de conexões de serviços

Serviço Exemplo

Fluxo de mensagens confiável Seqüência de páginas

Fluxo de bytes confiável Logon remoto

Conexão não confiável Voz digitalizada

Datagrama não confiável Lixo de correio eletrônico

Datagrama confirmado Correspondência registrada

Solicitação/Resposta Consulta a banco de dados

Primitivas de serviço

É o conjunto de operações que especificam determinado serviço. Exemplos de primitivassão: listen, connect, receive, send, disconnect.

Modelos de Referência

Modelo OSI (Open Systems Interconnection)

Este modelo foi desenvolvido pela ISO e possui 7 camadas. Esse valor foi definido de acordocom as seguintes regras:

• Uma camada deve ser criada onde houver necessidade adicional de abstração;• Uma camada deve executar uma função bem definida;• A função de cada camada deve se basear em definições de protocolos padronizados

internacionalmente;• Os limites devem ser escolhidos para minimizar o fluxo pelas interfaces;• O número de camadas deve ser grande o bastante para que funções distintas

fiquem agrupadas e pequena o suficiente para que não dificulte sua implementação;

O modelo OSI não é uma arquitetura, pois não especifica os serviços e protocolos, apenas oque cada camada deve fazer.

A camada física faz a transmissão dos bits brutos através de um canal de comunicação.Devem ser especificados como representar os bits (voltagem), sua duração e se atransmissão pode ou não ser nos dois sentidos.

A camada de enlace de dados tem por finalidade transformar um canal bruto em umcanal livre de erros de transmissão não detectados para a camada de rede. O transmissordivide as mensagens em quadros de transmissão, transmitindo-os sequencialmente. Se oserviço for confiável, o receptor envia quadros de confirmação de volta quando da recepçãocorreta. Essa camada controla também o fluxo de transmissão. Existe uma sub-camadapara controlar o acesso a um canal compartilhado.

A camada de rede cuida da operação da sub-rede. Cabe a ela determinar como ospacotes são roteados da origem ao destino (rotas). As rotas podem ser estáticas,determinadas no início da conversação ou dinâmicas. O controle de congestionamentotambém cabe à camada de rede. É função também garantir que pacotes sejam entreguesquando as redes forem incompatíveis. Nas redes de difusão o problema de roteamente ésimples.

A camada de transporte recebe os dados da camada superior, dividindo-os em unidades

menores e repassando à camada de rede. Ela deve assegurar que os fragmentos chegarãocorretamente do outro lado. Deve isolar as camadas superiores das mudanças de hardware.Ela determina o tipo de serviço a ser fornecido ao usuário (com conexão ou não). É umacamada fim a fim, ou seja, conecta a origem ao destino.

A camada de sessão permite a usuários de diferentes máquinas estabelecer sessõesentre eles, realizado o controle de diálogo (vez de transmitir), gerenciamento de token(impedir que duas partes tentem executar a mesma operação crítica) e sincronização (parapermitir a continuação de onde parou após uma falha).

A camada de apresentação se preocupa com a sintaxe e a semântica das informações(representação de dados, estruturas de dados, codificação a ser utilizada, etc.).

A camada de aplicação contém os protocolos necessários pelos usuários, como o HTTP,FTP, etc.

Modelo TCP/IP

Foi desenvolvida para a ARPANET e possui 4 camadas.

A camada inter-redes premite que hosts injetem pacotes em qualquer rede e que estescheguem ao destino. O protocolo utilizado aqui é o IP. Sua função é muito parecida com acamada de rede do OSI.

A camada de transporte tem a mesma função da camada de transporte do OSI (garantira comunicação fim a fim). Possui dois protocolos: o TCP (conexão confiável) e o UDP (semconexão e não confiável).

A camada de aplicação contém os protocolos de nível mais alto (HTTP, FTP, SMTP, etc.).

A camada host/rede tem que tornar possível entregar pacotes IP através de algumprotocolo.

Arquitetura da Internet

Redes orientadas a conexões

X.25 e Frame Relay

X.25 foi a primeira rede pública de dados (década de 1970). O computador fazia umachamada telefônica para se conectar com o host remoto. Esta conexão recebia um númerode conexão (permite várias conexões ao mesmo tempo). Os pacotes possuiam cabeçalho de3 bytes e até 128 bytes de dados. No cabeçalho haviam 12 bits para o número de conexão,número de seqüência do pacote, número de confirmação e outros bits variados.

Na década de 1980 foi substituída pelo Frame Relay, que é orientado à conexões semcontrole de erros ou fluxo. Muito utilizada para interconexão de LANs.

ATM

É orientado à conexões, onde antes do envio dos dados é necessário o envio de um pacotepara configuração do circuito virtual. A medida que o pedido de conexão vai percorrendo a

rede, os intermediários vão reservando recursos para a conexão. ATM admite circuitosvirtuais permanentes. Os pacotes têm 53 bytes, 5 de cabeçalho e 48 de dados.

5 48

Cabeçalho Dados

São organizados como WANs tradicionais, com linhas e roteadores, podendo variar entre155 e 622 Mbps. 155 foi escolhida para transmissão de imagens de TV em alta definição e622 para permitir 4 canais de 155. Possui 3 camadas.

A camada física trata de questões como voltagem e sincronização dos bits. O ATM afirmaque as células podem ser enviadas sozinhas por um fio de cobre ou fibra ótica ou aindacomo carga útil de outros sistemas de operadoras. Foi projetado para ser independente domeio de transmissão.

A camada ATM trata do layout e o significado dos campos das células; trata do início etérmino da conexão e também o controle de congestionamento.

A camada AAL (ATM Adaptation Layer) é responsável por fornecer a interface entre acamada ATM e a aplicação (usuário), permitindo que dados maiores que as células sejamenviados.

As camadas física e AAL possuem duas sub-camadas, a inferior executa o trabalho e asuperior oferece a interface apropriada.

O modelo ATM é tridimensional, fornecendo o plano do usuário, que trata do transportedos dados, fluxo e correção de erros; e o plano de controle, que se relaciona com ogerenciamento de conexões.

Ethernet

É a mais popular das LANs. Utiliza-se de cabos com até 2,5Km (repetidores a cada 500metros). Um cabo com vários hosts conectados a ele é chamado de cabo multiponto.

Antes de uma estação transmitir ela escuta o canal para verificar se está sendo utilizado. Seestiver aguarda novamente. Isso evita interferências nas transmissões já iniciadas. Paraevitar colisões, um emissor escuta o canal enquanto transmite; se houver interferênciaavisa a todos, recua e aguarda um tempo aleatório e tenta de novo. A cada interferência otempo aleatório é duplicado.

O padrão Ethernet mais conhecido é o 802.3 da IEEE.

LANs sem fio (802.11) - WiFi

Funciona de dois modos:1. Na presença de estação base: a comunicação deve passar pela estação base,

chamada de ponto de acesso (AP).2. Na ausência de estação base: os computadores transmitem diretamente entre si.

Chamado de interligação de rede ad hoc.

A 802.11a usa faixa de freqüência mais larga que a 802.11 (11 Mbps) e funciona a 54Mbps.

A 802.11b utiliza a mesma faixa de freqüência que a 802.11 mas com modulação diferente,que chega a 11 Mbps.