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Redes de ComputadoresVisão Geral

Carlos Gustavo A. da Rocha


Visão Geral

• O que é a Internet• O que é um protocolo?• Bordas da rede• Núcleo da rede (backbone)• Meios físicos• Camadas, modelos de serviços• Backbones


A Internet

● Milhões de elementos interligados● pc’s, notebooks, servidores,

equipamentos

● Executando aplicações distribuídas

● Enlaces de comunicação

● fibra, cobre, rádio, satélite

● Enviando e recebendo pacotes de dados através da rede

ISP local

redecorporativa

ISP regional

roteador estaçãoservidor

móvel


A Internet

ISP local

redecorporativa

ISP regional

roteador estaçãoservidor

móvel• Protocolos: controlam o envio e a recepção destes pacotes

● ex: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

● Fracamente hierárquica

● Fortemente padronizada● IETF (RFCs), ISO, IEEE, ITU


A Internet

• Serviços da Internet

– Utilizam a infraestrutura de comunicação

– É a única parte da rede “visível” aos usuários

• www

• e-mail

• ...


Protocolos

Um protocolo é um conjunto de regras semânticas e sintáticas que devem ser

seguidas para possibilitar a comunicação de duas entidades (pessoas, computadores etc)


Protocolos

Protocolos humanos:● “Que horas são?”● “Onde você trabalha?”● “Qual o seu nome?”

… especifica msgs enviadas

… determina ações tomadas quando msgs são recebidas

Protocolos de rede:• Máquinas ao invés de

humanos

• Toda a comunicação na Internet é governada por protocolos

Protocolos definem o formato e ordem das mensagens enviadas e

recebidas e ações a serem tomadas no envio e recepção das mesmas


Protocolos

Um protocolo humano e um protocolo de rede de computadores

Alô

AlôQue horas são?

15:00

tempo

Conexão Aberta

Pedido deConexão

GET http://www.ifrn.edu.br

Arquivo contendoO site


A estrutura da Internet

• Borda da rede: ● Aplicações ● Clientes● Servidores

• Núcleo da rede: ● Roteadores

• Acesso, meios físicos: ● Enlaces de comunicação


Bordas da rede

• sistemas finais (hosts):● Executam aplicativos● Localizam-se nas

extremidades da rede

• modelo cliente/servidor● O cliente toma a iniciativa

enviando pedidos que são respondidos por servidores

• modelo peer-to-peer (P2P):● Prevê simetria de comunicação


Bordas da rede

Serviço com conexão

● Quando se deseja confiabilidade

● Protocolo TCP

● www, e-mail, etc

Serviços sem conexão

● Quando confiabilidade não é essencial

● Protocolo UDP

● Videoconferência, VoIP, etc


Núcleo da rede

● Uma malha de roteadores interconectados

● Basicamnete, encaminham os pacotes até o seu destino

● Como os dados são transferidos através da rede?

● Comutação de circuitos?

● Ou comutação de pacotes?


Núcleo da Rede

● Comutação por circuitos

● Recursos dedicados: não há compartilhamento

● Exige estabelecimento de conexão


Núcleo da Rede

● Comutação por pacotes

● Cada fluxo de dados é dividido em pacotes

● Os recursos da rede são compartilhados em bases estatísticas

● Recursos são usados na medida do necessário


Núcleo da Rede

● Link de 1 Mbps● Cada usuário:

● 100Kbps quando “ativo”● Ativo 10% do tempo

● Comutação de circuitos● 10 usuários

● Comutação de pacotes● Com 100 usuários, a

probabilidade de > 10 ativos ao mesmo tempo é baixa

Comutação de pacotes permite que mais usuários usem a mesma rede

N usuários

Enlace de 1 Mbit/s


Redes de acesso

● Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda?

– Redes de acesso residencial

– Redes de acesso institucionais (escolas, bancos, empresas)

– Redes de acesso móvel


Acesso residencial

● Modem discado (quase histórico)

● Até 56Kbps (ao menos em tese)

● ADSL (Velox), HFC (Cabo), GPON (GVT)

● Algumas dezenas de Mbps para cada cliente

● Geralmente é comercializado em taxas mais baixas (no Brasil)


Acesso Institucional: LANs

• Empresas, Instituições de ensino, …

• Ethernet– Cabo compartilhado ou

dedicado conecta sistemas finais e o roteador

– 10 Mbs, 100Mbps, 1000Mbps

• Residências em breve


Acesso Wireless

• Wireless LANs:– Utiliza ondas de rádio– padrão IEEE 802.11

• Wide-area wireless access– UMTS/HSPA: Acesso

wireless via telefonia celular

Ponto deacesso

clientes

Roteador


Redes Residenciais

Componentes típicos de uma rede residencial: • ADSL ou cable modem• Roteador/firewall• Ethernet

• Acesso wireless

acessowireless

notebooks

roteador/firewall

cablemodem

cabo

Ethernet


Meios Físicos

● Meios guiados

● Os sinais se propagam em meios sólidos com caminho fixo● Cobre, fibra óptica

● Meios não guiados

● propagação livre● rádio


Meios Físicos

Cabo de par trançado (TP)● Dois até oito fios de cobre isolados● Trançados aos pares● Sofre bastante interferência do ambiente externo


Meios Físicos

Cabo Coaxial

• Núcleo de fio dentro de uma blindagem• Uso comum em redes antigas, TV a cabo


Meios Físicos

Cabo de fibra óptica• Fibra de vidro transportando pulsos de luz• Alta velocidade de operação

– Limite não é a fibra e sim os equipamentos• Baixa taxa de erros e imunidade a interferências


Meios Físicos

Rádio• Sinal transportado como campo eletromagnético• Não há fios físicos• O ambiente afeta a propagação

– Reflexão– Obstrução por objetos– Interferência


Protocolos e camadas

Redes são complexas

• Muitos componentes– hosts– roteadores– enlaces de vários tipos– aplicações– protocolos– hardware, software


Protocolos e camadas

Problema principal

Há alguma forma de organizar o funcionamento de uma rede?

Ou pelo menos nossa discussão sobre elas?


Organização de uma viagem

Aeroporto (chegar)

bagagem (despachar)

portões (embarque)

decolagem

navegação aérea

Aeroporto (sair)

bagagem (receber)

portões (desembarque)

aterrisagem

navegação aérea

voo da aeronave

Uma atividade complexa se realiza em uma série de passos



Aeroporto (chegar)

bagagem (despachar)

portões (embarque)

Decolagem

navegação aérea

Aeroporto (sair)

bagagem (receber)

portões (desembarque)

Aterrisagem

navegação aérea

voo da aeronave

Uma visão um pouco diferente



Camadas: cada camada implementa um conjunto de funcionalidades

– Através das próprias ações internas da camada– Confiando em serviços fornecidos pelas camadas

imediatamente superior e inferior


Porque camadas ?

● Facilita a definição e relacionamento das partes de um sistema complexo

● Um modelo de referência em camadas facilita a sua definição

● A modularização facilita a manutenção e atualização do sistema

● As mudanças na implementação de uma camada são transparentes para o resto do sistema

● Novas regras para embarque de passageiros não afetam os procedimentos de decolagem


Camadas da arquitetura OSI

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

● O modelo básico OSI divide os protocolos de rede em sete camadas

● Este é um modelo teórico, de referência, uma rede particular pode não implementar as sete camadas

● Este modelo serviu como base para a criação de diversas outras arquiteturas, notadamente a da Internet


Camadas da arquitetura Internet

aplicação

transporte

rede

enlace

física

● Aplicação: Aplicações usadas na rede

● Transporte: Transferência fim-a-fim

● Rede: Roteamento, endereçamento

● Enlace: Transferência de dados entre elementos vizinhos da rede

● Física: Transmissão de bits no meio físico



Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

HTTP, SMTP, DNS, FTP, SSH, POP3, IMAP, SIP, IRC, SNMPNTP, Telnet, LDAP, Syslog, BitTorrent, ...

TCP, UDP, RTP, ...

IP (v4 e v6), ARP, RARP, ICMP, ...

Ethernet, WIFI, PPP, HDLC, Frame Relay, BlueTooth, xDSL, HFC ...

10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT, 1000BaseSX, BNC ...

Exemplos de protocolosCamadas



aplicaçãotransporte

redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísicaCada camada

• Distribuída• Funções

Implementadas em cada “nó”



aplicaçãotransport

redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

aplicaçãotransport

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

Ex.: Transporte• Apanha dados da

aplicação

• Acrescenta, verificação de erros e outras informações

• Envia datagrama ao parceiro

• Espera pelo reconhecimento do parceiro

• Analogia: correio

dados

transporte

transporte

ack




redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

Caminho por onde os dados passam


Camadas e dados

• Cada camada recebe dados da camada adjacente• Acrescenta ou remove um “cabeçalho” • Passa a nova unidade de dados para a camada adjacente

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Cliente

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

ServidorMSG

MSG

MSG

MSG

MSG

01010101011010101010101010001011111011

MSG

MSG

MSG

MSG

MSG


Backbones

● Provedores de backbone

● Interligam centenas ou milhares de redes– Domésticas– De provedores– De instituições


Backbones

● Provedores de backbone no Brasil

● Comercial: Operadoras de telefonia– OI, Embratel, Brasil Telecom, Telefonica, Intelig etc

● Acadêmica: Rede nacional de pesquisa– RNP (www.rnp.br)


Backbones

● Provedores de backbone mundiais

● Interligam as redes de provedores de backbone nacionais

– Ex: Global crossing http://www.globalcrossing.com

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