redes de computadores introdução - capítulo 1 professores: solange da silva wilmar oliveira de...

Redes de Computadores

Introdução - Capítulo 1

Professores: Solange da Silva

Wilmar Oliveira de Queiroz

Histórico de Redes de Computadores• Século XVIII - era de grandes sistemas mecânicos

(Revolução Industrial)• Século XIX - era das máquinas a vapor• Século XX - principais conquistas foram no campo da

aquisição, processamento e da distribuição das informações:

– Instalação de Redes de telefonia em escala mundial– Invenção do rádio e da televisão– Nascimento e crescimento da indústria de

Informática– Lançamento de Satélites de comunicação– Internet

Conceito de Redes de Computadores• Conceito - conjunto de computadores autônomos

interconectados. 2 computadores estão interconectados quando podem trocar informações.

• Vantagens:– Compartilhamento de recursos– Segurança e confiabilidade do sistema– Grupo de trabalho– Compartilhamento de informações– Etc.

OrigemOrigemTransTrans

missormissor

Sistema de Sistema de TransmissãoTransmissão

RecepRecep

tortorDestinoDestino

Sistema de Origem Sistema de Destino

Evolução das Redes de Computadores (1)

Uso de Redes de Computadores

• Aplicações comerciais

• Aplicações residenciais

• Usuários móveis

• Questões sociais

Aplicações Comerciais de Redes

Uma rede com dois clientes e um servidor.

Aplicações Comerciais de Redes (2)

O modelo cliente-servidor envolve solicitações e respostas.

Aplicações Residenciais de Redes

• Acesso à informações remotas

• Comunicação entre pessoas

• Entretenimento interativo

• Comércio eletrônico

Aplicações Residenciais de Redes (2)

Em um sistema não-hierárquico não existem clientes e servidores fixos.

Aplicações Residenciais de Redes (3)

Algumas formas de comércio eletrônico (e-commerce).

Abreviação Nome completo Exemplo

B2C Business-to-consumer Pedidos de livros on-line

B2B Business-to-businessFabricante de automóveis solicitando pneus a um fornecedor

G2C Government-to-consumerGoverno distribuindo eletronicamente formulários de impostos

C2C Consumer-to consumer Leilões on-line de produtos usados

P2P Peer-to-peer Compartilhamento de arquivos

Redes de Usuários Móveis

Combinações de redes sem fio (wireless) e computação móvel.

Sem fio Móvel Aplicações

Não Não Computadores de desktop em escritórios

Não Sim Um notebook usado em um quarto de hotel

Sim Não Redes em edifícios mais antigos que não dispõem de fiação

Sim Sim Escritório portátil; PDA para registrar estoque de uma loja

Hardware de Rede• Local Area Networks (LANs) – Redes Locais

• Metropolitan Area Networks (MANs) - Redes Metropolitanas

• Wide Area Networks (WANs) – Redes Geograficamente Distribuídas

• Redes Sem Fio

• Redes Domésticas

• Internetworks – Inter-redes

Tipos de tecnologias de transmissão

• Links de difusão (broadcast)

• Links ponto-a-ponto

Hardware de Rede (2)

Difusão

• Pacote é transmitido a todas as máquinas da rede, mas somente a máquina-destino a recebe

• Várias máquinas compartilham o mesmo meio físico

Ponto-a-ponto

• O pacote é transmitido da origem até o destino através do caminho (rota) mais curto



Classificação dos processadores interconectados por escala.

Distância entre processadores

Processadores localizados no(a)

mesmo(a)Exemplo

1 m Metro quadrado Rede Pessoal

10 m Sala

Rede Local100 m Edifício

1 km Campus

10 km Cidade Rede Metropolitana

100 km PaísRede Geograficamente Distribuída

1.000 km Continente

10.000 km Planeta Internet

Local Area Networks

(a) Barramento; (b) Anel

Computadores estão fisicamente próximos Altas taxas de transmissão Menor taxa de erros Redes de difusão ou ponto-a-ponto Ex: Ethernet

Duas redes de difusão (broadcast).

Redes Metropolitanas (MANs)

Uma Rede Metropolitana baseada na TV a cabo.

Redes Geograficamente Distribuídas - WANs

Relação entre hosts em LANs e a subrede. Computadores estão fisicamente distantes Menores taxas de transmissão Maior taxa de erros Ponto-a-ponto

Redes Geograficamente Distribuídas WANs (2)

Um fluxo de pacotes indo do transmissor até o receptor.

Redes Sem Fio

São divididas em 3 Categorias Principais:

• Interconexão de Sistemas

• LANs Sem Fio

• WANs Sem Fio

Redes Sem Fio (2)

(a) Configuração Bluetooth(b) LAN sem fio

Redes Sem Fio (3)

(a) Computadores móveis individuais(b) Uma LAN móvel

Categorias de Redes Domésticas• Computadores (PC de mesa, notebook, PDA, periféricos

compartilhados)• Entretenimento (TV, DVD, VCR, câmeras de vídeo e

fotográfica, equipamento estéreo, MP3)• Telecomunicações (telefone, celular, intercomunicador,

fax)• Eletrodomésticos (microondas, refrigerador, relógio,

forno, ar condicionado, lâmpadas)• Telemetria (medidores de consumo de serviços de

utilidade pública, alarmes de fumaça/arrombamento, termostato, câmeras para monitorar bebês).

Software de Rede

• Hierarquias de Protocolos• Questões de projeto relacionadas às camadas• Serviços Orientados à Conexão e Sem Conexões• Primitivas de Serviço• O relacionamento entre Serviços e Protocolos

“Camadas” de Protocolos

As redes são complexas!

muitos “pedaços”:

– hosts– roteadores– enlaces de diversos meios– aplicações– protocolos– hardware, software

Organização de uma viagem aérea Uma série de passos/ações

Organização de uma Viagem Aérea - Serviços

Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens

transporte de bagagens

transferência de pessoas: entre portões

transporte do avião de pista a pista

roteamento do avião da origem ao destino

Funcionalidade de uma linha aérea em camadas

Camadas: cada camada implementa um serviço– através de ações internas à camada

– depende dos serviços providos pela camada inferior

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

subida

roteamento do avião

bilhete (reclamação)

bagagem (recup.)

portão (desembarque)

aterrissagem

roteamento do avião

roteam. aviões

aero

port

o d

e

saíd

a

aero

port

o d

e

chegada

localidades intermediárias de tráfego aéreo

roteam. aviões roteam. aviões

Organização de uma Viagem Aérea – Implementação distribuída das funcionalidades das camadas

Por que dividir em camadas?Lidar com sistemas complexos:

estrutura explícita permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema complexo

– modelo de referência em camadas para discussãomodularização facilita a manutenção e atualização do sistema

– mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema

– ex., mudança no procedimento no portão não afeta o resto do sistema

divisão em camadas é considerada prejudicial?

Pilha de protocolos Internet• aplicação: dá suporte a aplicações de rede

– FTP, SMTP, HTTP

•transporte: transferência de dados host-a-host

– TCP, UDP

• rede: roteamento de datagramas da origem até o destino

– IP, protocolos de roteamento

• enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos

– PPP, Ethernet

• física: bits “no fio”

aplicação

transporte

rede

enlace

física

O Modelo de Referência OSI

Camadas: comunicação lógica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

Cada camada:

distribuída

as “entidades” implementam as funções das camadas em cada nó

as entidades executam ações, trocam

mensagens entre parceiras

Camadas: comunicação lógica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dadosEx.: transporte

recebe dados da aplicação

adiciona endereço e verificação de erro para formar o “datagrama”

envia o datagrama para a parceira

espera que a parceira acuse o recebimento (ack)

analogia: correio

dados

transporte

transporte

ack

Camadas: comunicação física


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

mensagemsegmento

datagrama

quadro

origemaplicaçãotransporte

redeenlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

destino

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

redeenlacefísica

enlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M HtHnHl M

roteador

switch

Encapsulamento


redeenlacefísica

Software de Rede Hierarquias de Protocolos

Camadas, protocolos e interfaces.

O que é um protocolo?protocolos humanos:

“que horas são?”

“tenho uma dúvida”

apresentações

… msgs específicas são enviadas

… ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos

Protocolos de rede:

máquinas ao invés de pessoas

todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos

protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de msgs

O que é um protocolo?um protocolo humano e um protocolo de rede:

P: Apresente outro protocolo humano!

Oi

Oi

Que horassão, por favor?

2:00

sol. conexão TCP

resposta deconexão TCPGet http://gaia.cs.umass.edu/index.htm

<arquivo>tempo

Hierarquias de Protocolos (2)

A arquitetura filósofo-tradutor-secretária.

Hierarquia de Protocolos (3)Exemplo de fluxo de informações que admite a comunicação virtual na camada 5.

Cabeçalho H inclui informações de controle, como nº de seqüência, por exemplo, a fim de permitir que a camada 4 do destino possa repassar a mensagem na ordem correta.

Cabeçalho pode conter hora, tamanho e outros campos de controle

Questões de Projeto relacionadas às Camadas

• Endereçamento• Controle de Erros• Controle de Fluxo• Multiplexação e demultiplexação• Roteamento

Serviços Orientados à Conexão e Serviços Sem Conexão

Seis tipos diferentes de serviços.

Serviço Exemplo

Orientado à conexão

Fluxo de mensagens confiável Sequência de páginas

Fluxo de bytes confiável Logon remoto

Conexão não-confiável Voz digitalizada

Sem conexão

Datagrama não-confiável Lixo de correio eletrônico

Datagrama confirmado Correspondência registrada

Solicitação/resposta Consulta a banco de dados

Primitivas de Serviço

Cinco primitivas de serviço para implementação

de uma conexão simples.

Primitiva Significado

LISTEN Espera bloqueada por uma conexão de entrada

CONNECT Estabelece uma conexão com um par que está à espera

RECEIVE Espera bloqueada por uma mensagem de entrada

SEND Envia uma mensagem ao par

DISCONNECT Encerra uma conexão

Primitivas de Serviço (2)

Pacotes enviados em uma interação cliente/servidor simples em uma rede

orientada à conexão.

Relacionamento entre um Serviço e um Protocolo

SERVIÇO é um conjunto de primitivas que uma camada oferece à camada situada acima dela. Define as operações que uma camada oferece.

PROTOCOLOS são utilizados pelas entidades pares contidas nas camadas para implementar suas definições de serviço. Protocolos podem ser trocados, desde que não altere o serviço oferecido pela camada. Portanto, Serviços e Protocolos são independentes um do outro;

Modelos de Referência

• O Modelo de Referência OSI

• O Modelo de Referência TCP/IP

• Comparando os Modelos OSI e TCP/IP

• Uma crítica aos Protocolos e ao Modelo OSI

• Uma crítica ao Modelo de Referência TCP/IP

Modelos de Referência O modelo de referência OSI.

Modelos de Referência (2)

• Interface física entre o computador e a rede• Responsabilidade:

• transmissão de bits em um canal de comunicação

• Questões a definir:• interfaces elétricas e mecânicas • taxa de transmissão• distâncias

Modelos de Referência (3) – Camada Física

Modelos de Referência (4) – Camada de Enlace de Dados

• Ativação, manutenção e desativação de um enlace confiável

• Responsabilidade:• transmissão dos dados livre de erros para as camadas

superiores

• Tarefas:• enquadramento (divisão dos dados em pedaços)

– bits de cabeçalho e trailer

• endereçamento• controle de fluxo e detecção erros

10110110101 01100010011 10110000001

CAMADA DE REDE

• Seleção do melhor caminho entre duas entidades fins (roteamento)

• Fragmentação e remontagem de pacotes

• Compatibilização entre redes de tecnologias diferentes

• Não é necessária em enlaces diretos

CAMADA DE TRANSPORTE

• Provê de ligação virtual fim-a-fim entre entidades fins

• Controle de erro e fluxo fim-a-fim

• Tem uma qualidade de serviço associada

Modelos de Referência (5) – Camadas de Rede e de Transporte

CAMADA DE SESSÃO

• estabelece, gerencia e finaliza sessões entre aplicações

• recupera a sessão em caso de interrupção

• muitos modelos não incluem uma camada de sessão

CAMADA DE APRESENTAÇÃO

• uniformiza o formato de dados

• compressão e criptografia de dados

• muitos modelos não incluem uma camada de apresentação

CAMADA DE APLICAÇÃO

• interface com o usuário

• fornece serviços básicos necessários para uma variedade de aplicações

• Ex: transferência de arquivos (FTP), acesso remoto (HTTP), correio eletrônico

Modelos de Referência (6) – Camadas de Sessão, de Apresentação e de Aplicação

Modelos de Referência (7)

O modelo de referência TCP/IP.

Modelos de Referência (8)Redes e Protocolos no Modelo TCP/IP.

Comparando os Modelos OSI e TCP/IPConceitos fundamentais do modelo OSI• Serviços

– Conjunto de operações que uma camada oferece para a camada acima dela;

– A definição do serviço informa o que a camada faz;

• Interfaces– A interface de uma camada informa como os processos

acima dela podem acessá-la

• Protocolos– Conjunto de regras que controla o formato e o

significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocadas pelas entidades partes contidas em uma camada

Uma Crítica ao Modelo e Protocolos OSI

Por quê o mundo não assumiu o modelo OSI?• Momento ruim

– Demorou a sair do papel

• Tecnologia ruim– Complexidade, funções repetidas

• Implementações ruins– Lentas, pesadas e gigantescas

• Políticas ruins– Imagem associada a burocracia

Momento ruim

O apocalipse dos dois elefantes. O Modelo OSI demorou a sair do papel

Uma Crítica ao Modelo de Referência TCP/IP

Problemas:• Serviço, interface e protocolo não diferenciados com clareza

• Não é um modelo geral

• “Camada” host-rede não é realmente uma camada e sim uma interface (entre as camadas de redes e de enlace)

• Nenhuma distinção entre as camadas física e de enlace

• Protocolos secundários profundamente enraizados, e de difícil substituição

Modelo Híbrido

O modelo de referência híbrido que será usado neste livro.

Exemplos de Redes

• The Internet

• Redes Orientadas à Conexão: X.25, Frame Relay e ATM

• Ethernet

• Wireless LANs: 802:11

The ARPANET

(a) Estrutura do sistema telefônico.(b) Sistema de comutação distribuído proposto por Baran.

The ARPANET (2)

O projeto original ARPANET.IMP – Interface Message Processors

The ARPANET (3)

Crescimento da ARPANET (a) Dezembro 1969. (b) Julho 1970.

(c) Março 1971. (d) Abril 1972. (e) Setembro 1972.

NSFNET

O backbone NSFNET em 1988.

Uso da Internet

Aplicações Tradicionais (1970 – 1990)

• Correio eletrônico

• Newsgroups (fóruns especializados)

• Login remoto (telnet, rlogin ou ssh)

• Transferência de arquivos (FTP)

Arquitetura da Internet

Visão da Internet.POP – Point of presence; NAP – Network access point

Circuitos Virtuais ATM

Um circuito virtual.

Circuitos Virtuais ATM (2)

Uma célula ATM.

O Modelo de Referência ATM

O modelo de referência ATM.

O Modelo de Referência ATM (2)

As camadas, subcamadas ATM e suas funções.

Ethernet

Arquitetura original da Ethernet.

Wireless LANs

(a) Redes Wireless com uma estação base (802.11).(b) Rede Ad hoc.

Wireless LANs (2)

O alcance de um único rádio pode não cobrir todo o sistema.

Wireless LANs (3)

Uma rede multicélula 802.11.

Padronização de Redes

• Quem é quem no mundo das Telecomunicações• Quem é quem no mundo dos Padrões Internacionais• Quem é quem no mundo dos Padrões Internet

ITU

• Principais setores• Radiocomunicações (ITU-R)• Padronização de Telecomunicações (ITU-T)• Desenvolvimento (ITU-D)

• Classes dos Membros• Governos Nacionais• Membros Setoriais• Membro Associados• Agências Reguladoras

IEEE 802 Standards

Os grupos de trabalho 802. Os mais importantes são marcados com *. Os marcados com estão hibernando. O grupo marcado com †

está desativado.

Unidades MétricasOs principais prefixos métricos.

História da Internet

1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes

1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares

1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Research Projects Agency)

1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet

1961-1972: Estréia da comutação de pacotes


1972:

• demonstração pública da ARPAnet• NCP (Network Control Protocol)

primeiro protocolo host-host• primeiro programa de e-mail• ARPAnet com 15 nós

1961-1972: Estréia da comutação de pacotes

Princípios de interconexão de Cerf e Kahn:

– minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes

– modelo de serviço best effort

– roteadores sem estados– controle descentralizado

definem a arquitetura atual da Internet


1970: rede de satélite ALOHAnet no Havaí

1973: Metcalfe propõe a Ethernet em sua tese de doutorado

1974: Cerf e Kahn - arquitetura para a interconexão de redes

fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA

fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM)

1979: ARPAnet com 200 nós

1972-1980: Interconexão de redes novas e proprietárias


1983: implantação do TCP/IP

1982: definição do protocolo SMTP para e-mail

1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP

1985: definição do protocolo FTP

1988: controle de congestionamento do TCP

novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

100.000 hosts conectados numa confederação de redes

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes


início dos anos 90: ARPAnet desativada1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995)início dos anos 90 : Web

– hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s]

– HTML, HTTP: Berners-Lee

– 1994: Mosaic, posteriormente Netscape

– fim dos anos 90: comercialização da Web

Final dos anos 90:

est. 50 milhões de computadores na Internet

est. mais de 100 milhões de usuários

enlaces de backbone a 1 Gbps

1996: criação do projeto INTERNET2

novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P2P

Anos 90: comercialização, a Web

Evolução do Número de Hosts

Internet/BR• Aberta para uso comercial em 1994• A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989.• Posição absoluta (Network Wizards, 01/07):

– Número de hosts: 7.442.440– 8o do Mundo– 2o das Américas (Canadá em 2o lugar com

6.697.570)– 1o da América do Sul (Argentina em 2o lugar com

1.837.050)• IBOPE/NetRatings (3/07):

– 16,3 Milhões de Internautas residenciais ativos– 25 milhões de brasileiros têm acesso a computador

nos seus domicílios– 32,9 milhões têm acesso em qualquer ambiente

Fonte: www.cetic.br

redes de computadores introdução - capítulo 1 professores: solange da silva wilmar oliveira de...

Documents