tele-processamento e redes (redes de computadores) prof. fábio moreira costa capítulo 1

Tele-Processamento e Redes (Redes de Computadores)

Prof. Fábio Moreira Costa

Capítulo 1

Introdução Usos de redes de computadores e suas implicações

Hardware de redes: visão geral LANs, MANs, WANs, PANs, SANs

Tecnologias de interconexão (com fio, sem fio, broadcast)

Software de redes: visão geral Protocolos de rede: hierarquias, camadas

Serviços: interfaces, primitivas, com e sem conexão

Modelos de referência: OSI, TCP/IP

Exemplos de redes e serviços de comunicação

Capítulo 1, Tanenbaum

2Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG

Comentários Iniciais

No princípio: computadores isolados, sem comunicação

Cenário intermediário: computadores (mainframes) com terminais conectados a eles através de linhas telefônicas ou canais dedicados

Relação mestre-escravo

Atualmente: convergência das tecnologias de computação e comunicações

Conectividade em rede tornou-se a regra


Rede de Computadores

Uma coleção interconectada de computadores autônomos.

Interconectividade: computadores capazes de trocar informações

Cabo de cobre, fibra ótica, micro-ondas, satélite, etc.

Autonomia: computadores são independentes entre si

Nenhuma relação do tipo mestre-escravo: em geral, um computadore não pode controlar outros na rede


Rede de Computadores (2)

5

[Coulouris,Dolimore&Kindberg, 2001]

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intranet

ISP

desktop computer:

backbone

satellite link

server:

network link:

Redes vs. Sistemas Distribuídos

Sistema Distribuído: mascara a existência de múltiplos computadores autônomos

Transparência: a rede se passa por um sistema computacional unificado - um uniprocessador virtual

O sistema operacional distribuído (ou middleware) se encarrega dos problemas relativos à distribuição

Rede de computadores: uso explícito dos recursos na rede

Ex.: login, acesso a arquivos remotos, disparo de processos remotos, aspectos de localização

Uma questão de software


Usos de Redes de Computadores

Em empresas compartilhamento de recursos elevada confiabilidade e disponibilidade economia - fator custo/desempenho meio de comunicação

Indivíduos acesso a informações remotas meio de comunicação entretenimento


Implicações Sociais

Privacidade

Segurança

Sobrecarga de informações ex.: e-mail spams

Facilidade de se publicar idéias mais quantidade do que qualidade

Questões éticas


Algumas Novas Aplicações

Correio eletrônico

Multimídia e Hipermídia distribuída

Grupos de discussão

Teleconferência

Ensino à distância

Comércio eletrônico

Jogos interativos à distância

TV interativa9Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG

Hardware de Redes

Classificações de redes Redes de broadcast vs. ponto-a-ponto Área de cobertura da rede

Redes locais (LAN) Redes metropolitanas (MAN) Redes de longa distância (WAN) Redes de área pessoa (PAN) Redes de área de sistema (SAN)

Redes sem-fio vs. redes com fio

Inter-redes (internetworks)


Redes de Broadcast (difusão) Todas as estações conectadas a um meio

físico compartilhado

Mensagens (pacotes) enviados por uma estação são vistas por todas as demais

Endereçamento: para destinos específicos: unicasting

Mensagens endereçadas para outras máquinas são ignoradas

para todas as estações: broadcasting para grupos de estações: multicasting


Redes ponto-a-ponto

Conexões dedicadas interconectam pares de estações

Mensagens precisam passar por estações intermediárias até chegar ao destino

roteamento caminhos alternativos

Em geral: unicasting

Broadcasting/Multicasting: requer o envio de múltiplas mensagens


Área de Cobertura de uma Rede

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0.1m: multiprocessadores, máquinas data flow

1m: multicomputadores

1-10m: redes de área de sistema (SAN), cluster, redes de área pessoal (PAN)

10-1000m: redes locais (LAN)

10Km: redes metropolitanas (MAN)

> 100Km: redes de longa distância (WAN), redes globais (ex.: Internet)

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Redes Locais (LAN)

Área de cobertura limitada Dentro de uma área física Dentro de uma instituição Permite suposições sobre:

atrasos de transmissão, padrões de uso Simplifica o projeto e gerenciamento

Meios de transmissão Meios compartilhados (broadcast) Cabos de cobre, fibra ótica, rádio


Redes Locais (2)

Desempenhos típicos Taxas de transmissão: 10Mbps – 1Gbps

1 megabit = 1.000.000 bits (não 220 bits!)

Atrasos de transmissão: da ordem de dezenas de microssegundos

Taxa de erros: 10-6 – 10-9

Topologias Barramento Anel


Redes Locais (3)


Redes Locais (4)

Controle de acesso ao meio Estático

Reservar fatias de tempo fixas para cada estação transmitir

Dinâmico Centralizado: um nó central da rede dertermina qual

estação será a próxima a transmitir, com base em algum algoritmo de alocação

Descentralizado: cada estação decide quando transmitir ou não

Algoritmos (distribuídos) de controle de contenção

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Redes Metropolitanas

Versão ampliada de uma rede local Meio compartilhado, controle de acesso ao meio, etc

Protocolos e estruturas especiais para lidar com distâncias maiores

Tipicamente sem elementos de chaveamento Uma única rede física (ex. um par de cabos)

Atualmente: Tecnologias LAN / WAN têm ganhado terreno no

contexto de redes metropolitanas


Redes Metropolitanas (2)

Exemplo clássico DQDB (Distributed Queue Dual Bus) – IEEE 802.6 MAN


Redes de Longa Distância (WAN)

Extensão geográfica

Dois tipos de hardware: Hosts: processamento de aplicação

Estações de trabalho, sistemas terminais (end systems)

Sub-Rede de comunicação (subnet): dedicada à condução de mensagens entre hosts

Linhas de comunicação (canais, circuitos, troncos)

Elementos de comutação (chaveamento): computadores especializados usados para interconectar duas ou mais linhas de transmissão

Ponto-a-ponto


WANs – Elementos de Comutação

Designações alternativas: nós de comutação de pacotes sistemas intermediários centrais de comutação de dados roteadores

Recebem dados (pacotes) por meio de uma linha de transmissão e os re-transmitem por meio de outra

Roteamento de pacotes Host de origem nós intermediários host de destino Store-and-forward, comutação de pacotes


WANs – configuração típica


WANs – Topologias


Redes Sem Fio (wireless)

Mobilidade + Conectividade Dispositivos móveis

PDAs, notebooks, telefones celulares Aplicações móveis

Escritório portátil, serviços de emergência, etc...

Alternativa a redes com cabeamento Em edifícios antigos/históricos

Distâncias variadas (tecnologias diferentes) poucos metros: LANs (802.11), PANs (Bluetooth) a alguns kilômetros: WANs (sitema móvel celular)


Redes Sem Fio (2)

Taxas de transmissão mais baixas que em redes com cabeamento

2Mbps a 11Mbps tipicamente (até 54Mbps)

Taxas de erros mais altas Interferência de sinal, caminhos múltiplos

Problemas de segurança


Inter-Redes (Internetworking)

Conectando redes independentes e possivelmente incompatíveis para formar uma teia de redes

Gateways: resolvem as incompatibilidades (de hardware e software) entre as redes interconectadas

Conversão de protocolos, tipos de serviço, endereçamento, etc.


Interconexão de Redes

Gateway

Rede deInterconexão


Software de Redes

Hierarquias de protocolos e camadas

Interfaces (entre camadas ajacentes) e serviços

Serviços orientados a conexão e sem conexão

Primitivas de serviço

Serviços Vs. Protocolos


Hierarquias de Protocolos

Objetivo: Estratificar a rede em camadas, de forma a simplificar o projeto/implementação

Uma camada utiliza serviços da camada inferior e oferece serviços para a camada superior

Camada n

Camada n-1

Requisita serviço

Fornece serviço


Hierarquias de Protocolos (2)

Em cada máquina, o hardware/software de redes é estruturado em camadas

A camada n em uma máquina “conversa” com a camada n em outra máquina

Protocolo da camada n: acordo mútuo sobre como a comunicação deve proceder (na camada n)

Regras de formatação e tipos de pacotes, ordem dos pacotes, etc.

Detalhes de camadas inferiores são abstraídos



Camadas adjacentes interagem através de interfaces bem definidas

Operações e serviços que a camada inferior oferece à camada superior

Contribui para a independência entre as implementações das camadas

A implementação de uma camada pode ser substituída por outra implementação sem afetar as camadas adjacentes

Desde que a interface seja preservada!

Camada n

Camada n-1 ( )

Interface



Arquitetura de rede: Conjunto de camadas e protocolos

Pilha de protocolos

Especificação completa para garantir a interoperabilidade de implementações diferentes com respeito ao protocolo de cada camada

Não são parte da arquitetura: Detalhes de implementação Especificação das interfaces entre camadas


Hierarquias de Protocolos:Uma Analogia


Hierarquia de Protocolos:Fluxo de Informações


Camadas de Protocolos: Aspectos de Projeto

Identificação e endereçamento Transmissores e receptores

Regras de transferência de dados Simplex Half-duplex Full-duplex

Controle de erros de transmissão Protocolos para detecção e correção de erros


t1 t2

Camadas de Protocolos: Aspectos de Projeto (2)

Ordem das mensagens Numeração seqüencial Re-ordenação

Controle de fluxo Protocolo de acknowledgement Fixar um limite à taxa de transmissão

Tamanho das mensagens aceitas pela camada Quebra e re-montagem de mensagens longas Combinação e desmembramento de msgs. curtas


Camadas de Protocolos: Aspectos de Projeto (3)

Multiplexação Uso de uma mesma conexão para transmitir

múltiplas “conversações” entre processos diferentes

Roteamento Definir o caminho pelo qual mensagens trafegarão

para atingir o destino


Interfaces e Serviços:Terminologia


Interfaces e Serviços:Terminologia

Entidade da camada

n+1

Entidades pares

n+1-PDU

IDU

ICI SDU

SDU’

n-PDU

SDU”

n-PDU

SDU

Interface

ICI

IDU


A camada n oferece um serviço à camada n+1

Serviços Orientados a Conexão

Uma conexão precisa ser estabelecida antes que mensagens individuais sejam transmitidas

A conexão permanece aberta enquanto durar a transmissão das mensagens (sessão)

A conexão é fechada quando a sessão terminar Todas as mensagens transmitidas por uma

conexão estão sujeitas ao mesmo tratamento Propriedades da conexão, rota associada, etc.

A ordem das mensagens é preservada


Serviços sem Conexão

Cada mensagem individual é independente das demais contém o endereço completo do destino pode ser roteada por um caminho diferente

A ordem das mensagens pode ser alterada (incidentalmente)

Às vezes chamado de serviço de datagrama


Qualidade de Serviço Confiabilidade

nível de perda e/ou “embaralhamento” de mensagens

Serviços orientados a conexão são tipicamente confiáveis neste sentido

baseados em seqüências de mensagens baseados em fluxo de bytes overhead adicional para estabelecer a conexão garantia de alta confiabilidade: acknowledgement

Embora nem toda aplicação possa aceitar o overhead


Qualidade de Serviço (2)

Em serviços de datagrama (sem conexão) Tipicamente não confiáveis

As mensagens têm uma boa probabilidade de serem entregues ao destino, mas sem garantias

Serviço de datagrama confiável: acknowledgement Em um nível mais elevado: request-reply

Típico em sistemas cliente/servidor


request

reply

A B

Tipos de Serviço: Resumo


Primitivas de Serviço

Usadas pela entidade da camada n+1 para determinar a ação de serviço a ser executada pela entidade da camada provedora (n)

Classificação das primitivas comuns


Primitiva Significado

Requisição Uma entidade requer que o serviço realize alguma tarefa

Indicação Uma entidade é informada sobre a ocorrência de um evento

Resposta Uma entidade quer responder a um evento (ou requisição)

Confirmação A resposta a uma requisição anterior foi recebida

Primitivas de Serviço - Exemplo


CONNECT.response

CONNECT.confirm

DATA.requestDATA.indication

DATA.requestDATA.indication...


DISCONNECT.requestDISCONNECT.indication

Computador 1 Computador 2

CONNECT.indicationCONNECT.request

Primitivas de Serviço: Visualização em Camadas

CONNECT.response

CONNECT.confirm


DATA.requestDATA.indication...


Computador 1 Computador 2

CONNECT.indicationCONNECT.request

camada n+1 camada n

DISCONNECT.requestDISCONNECT.indication

camada ncamada n+1


Primitivas de Serviços

1- CONNECT.request

2- CONNECT.indication

3- CONNECT.response

4- CONNECT.confirm

5- DATA.request

6- DATA.indication

3- DISCONNECT.request

4- DISCONNECT.indication

Legenda:


Serviços vs. Protocolos

Serviço: Conjunto de primitivas que uma camada provê para a

camada imediatamente superior Definido pela interface entre as duas camadas

Protocolo: Conjunto de regras governando o formato e o significado das

mensagens (ou quadros, ou pacotes) trocadas entre entidades pares em uma mesma camada

Relacionado com a implementação do serviço

Dois conceitos distintos/independentes


Modelos de Referência

OSI-RM

TCP/IP


O Modelo de Referência OSI

Padrão ISO (International Organization for Standardization)

Conexão de sistemas abertos Sistemas capazes de se comunicar utilizando

protocolos e serviços padrão (não-proprietários) Divide uma arquitetura de redes em camadas

Sete camadas no total Valor histórico-didático atualmente

Implementações não atingiram o mercado


O Modelo de Referência OSI

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OSI: Princípios para definição das camadas

Cada camada define um nível de abstração diferente

Cada camada realiza uma função bem definida

Protocolos padronizados internacionalmente em cada camada

Minimizar o fluxo de informações entre camadas

Número de camadas Grande o suficiente para não misturar funções diferentes

Pequeno o suficiente para não dificultar o projeto e implementação de uma arquitetura de redes

OSI-RM não define uma arquitetura de redes em si Apenas a funcionalidade associada a cada camada

Padrões complementares da ISO: protocolos e serviços para as camadas


OSI: Camada Física

Transmissão de bits “crus” em um canal de comunicação

Um bit transmitido como 1 deve ser recebido como 1 (e não 0) do outro lado do canal

Níveis de voltagem para representar 1s e 0s Duração do sinal correspondente a cada bit

Direcionalidade da transmissão Estabelecimento e término de conexões Interface física

Aspectos mecânicos, elétricos e procedurais

Meio físico de transmissão


OSI: Camada de Enlace

Prover um canal lógico de comunicação Livre de erros não detectados

Estruturado Fluxo de dados é segmentado em quadros (frames) transmitidos

seqüencialmente

Delimitadores de início e fim de quadros Padrões de bits especiais

Com reconhecimento de quadros transmitidos/recebidos Quadros especiais de acknowledgement (ACK)

Evitar a perda de quadros


Camada de Enlace: Problemas a serem resolvidos

Delimitação de quadros

Perda e adulteração de quadros Detecção e correção de erros

Retransmissão

Duplicação de quadros retransmitidos Ex.: se o reconhecimento de um quadro for perdido

Controle de fluxo

Transmissão eficiente de quadros de ACK Piggybacking: ACKs pegam carona em quadros transmitidos no sentido

oposto ao dos quadros sendo reconhecidos

Controle de acesso ao meio: Sub-camada MAC


OSI: Camada de Redes Controle da operação da sub-rede

Roteamento Controle de congestionamento Contabilização de uso da rede (para efeitos de custo) Conexão de redes heterogêneas

conversão de protocolos, endereços, etc.


OSI: Camada de Transporte

Segmentação de mensagens Em unidades (pacotes) menores que possam ser

tratadas pela camada de redes Se necessário


Camada de Transporte

Camada de Redes

Mensagem

Pacotes

Camada de Transporte (2)

Multiplexação de várias conexões de transporte em uma única conexão da camada de redes (a)

Uso de várias conexões em nível de rede para transmitir uma única conexão de transporte (b)


Camada de Redes


Camada de Redes

(a) (b)Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG 60


Tipo de serviço provido à camada superior Conexão ponto-a-ponto confiável (livre de erros) Datagrama (mensagens isoladas), sem garantias de

ordenação Broadcast de mensagens para múltiplos destinos

Controle de fluxo



Comunicação fim-a-fim Entre processos localizados em máquinas diferentes

Um nível adicional de endereçamento

Host AHost B

Conexão de rede

Conexão de transporte


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