Prof. Claudio Benossi Aula 05. Introdução Uso de redes de computadores Tipos de redes Internet...

TelecomunicaçõesRede de Computadores

Prof. Claudio BenossiAula 05

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

Sumário

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

Introdução

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

Evolução das redes

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


Redes corporativas◦ Empresas com muitas fábricas monitorando

estoque em todas as unidades Redes para pessoas

◦ Acesso a informações remotas◦ Comunicação◦ Diversão

Questões sociais

Uso de redes de computadores

Discussão sobre o que pode ou não pode ser

compartilhado

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

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.

Classificação das redes por escala

Tipos de redes

Máquina de fluxo de dados

Multicomputador

Rede Local

Rede Metropolitana

Rede Geograficamente Distribuída

Internet

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


Barra

Redes Locais


Anel

Redes Locais

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 direção

Redes Metropolitanas

Direção do fluxo do barramento

Direção do fluxo do barramento

Head-end

Head-end

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 Geograficamente Distribuídas

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

Redes sem fio

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

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

Componentes da Internet

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)

Componentes da Internet

Internet:◦ Levemente

hierárquica◦ Provedores de

serviços de Internet (ISPs)

Componentes da InternetISP local

Redecorporativa

ISP regional

Roteador

Estações fixas

Servidor

Estações móveis

ISP local ISP regional ISP nacional e internacional

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...)

Internet x Intranet

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

Tipos de serviço

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

Entidades básicas

Aplicações distribuídas◦ Cliente e servidor em máquinas e redes diferentes

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)◦ ...

Entidades básicas

Como ligar dois hosts ao primeiro roteador?◦ Redes de acesso

Residenciais Institucionais Móveis

Redes de acesso

ISP local

Redecorporativa

ISP regional

Roteador

Estações fixas

Servidor

Estações móveis

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: ponto a ponto

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 residencial: cable modems

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 institucional: redes locais

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

Acesso sem fio

EstaçãoBase

Sistemas móveis

Roteador

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 de transmissão

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

Meios Guiados

Capa externa

Extremidade de um cabo com 3 fibras

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

Meios Não-Guiados

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

Protocolos

tempo

Oi

Oi

Você é gremista?

CLARO que sim!

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

protocolos

Protocolos

Protocolos definem formato, ordem de

mensagens enviadas e recebidas entre

entidades de rede e ações tomadas ao

enviar ou receber uma mensagem.

Em redes de computadores

Protocolos

Pedido de conexão

Resposta positiva

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

<arquivo>tempo

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

Redes são complexas!◦ Muitos componentes

Hosts Roteadores Enlaces Aplicações Protocolos Hardware, Software…

Camadas de Protocolos

Pergunta:Existe alguma

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

nossa discussão de redes?

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

Protocolos Hierárquicos


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

L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen


Fax # ---L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen


Eu gosto daminha tia Carmen

Eu gosto daminha tia Carmen





mensagem

Informação para o tradutor remoto

Informação para a secretária remota

3

2

1

filósofo

tradutor

secretária

I like my aunt Carmen

I like my aunt Carmen


Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

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