Redes de Computadores I
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Redes de Computadores I
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São Leopoldo -
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Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Sumário
• Introdução• Uso de redes de computadores• Tipos de redes• Internet• Protocolos• Redes de acesso• Meios físicos• Camadas de protocolos
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Introdução
• 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?
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Introdução
• Significado da palavra “computador” é mais amplo atualmente
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Introdução
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Evolução das redes
• 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
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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
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Evolução das redes
• Compartilhamento de recursos de hardware e software – Impressoras– Espaço em disco– Outros processadores– Arquivos– Conexão à Internet
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Uso de redes de computadores
• Redes corporativas– Empresas com muitas fábricas monitorando
estoque em todas as unidades
• Redes para pessoas– Acesso a informações remotas– Comunicação– Diversão
• Questões sociaisDiscussão sobre o que pode ou não pode ser
compartilhado
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Visão geral de uma rede
• Alguns papéis importantes em uma rede– Transmissor (origem)– Receptor (destino)– Dado a ser enviado/recebido– Canal de comunicação (link)– Interface de rede
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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.
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Tipos de redes
• Classificação das redes por escala
Máquina de fluxo de dados
Multicomputador
Rede Local
Rede Metropolitana
Rede Geograficamente Distribuída
Internet
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Redes Locais
• 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)
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Redes Locais
• Topologia– Maneira pela qual os elementos são
interligados• Estrela
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Redes Locais
• Topologia– Maneira pela qual os elementos são
interligados• Barra
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Redes Locais
• Topologia– Maneira pela qual os elementos são
interligados• Anel
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Redes Metropolitanas
• 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)
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Redes Metropolitanas
• Utilizam o padrão DQBD (Distributed Queue Dual Bus)– Dois cabos interligam os computadores, um
para cada direçãoDireção do fluxo do barramento
Direção do fluxo do barramento
Head-end
Head-end
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Redes Geograficamente Distribuídas
• 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
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Redes Geograficamente Distribuídas
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Redes sem fio
• 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
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Internet
• 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
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Componentes da 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
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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)
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• Internet:– Levemente
hierárquica– Provedores
de serviços de Internet (ISPs)
Componentes da Internet
ISP local
Redecorporativa
ISP regional
Roteador
Estações fixas
Servidor
Estações móveis
ISP local ISP regional ISP nacional e internacional
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Internet x Intranet
• 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...)
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Tipos de serviço
• 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
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Entidades básicas
• 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
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Entidades básicas
• Utilizado por inúmeras aplicações populares– Web– E-mail– Transferência de arquivos– Grupos de discussão– Login remoto
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• Aplicações distribuídas– Cliente e servidor em máquinas e redes
diferentes
Entidades básicas
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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)
– ...
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Redes de acesso
• Como ligar dois hosts ao primeiro roteador?– Redes de acesso
• Residenciais• Institucionais• Móveis
ISP local
Redecorporativa
ISP regional
Roteador
Estações fixas
Servidor
Estações móveis
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Acesso residencial: ponto a ponto
• 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
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Acesso residencial: cable modems
• 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
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Acesso institucional: redes locais
• 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
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Acesso sem fio
• 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 EstaçãoBase
Sistemas móveis
Roteador
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Meios de transmissão
• 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, ...
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Meios Guiados
• 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
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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
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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
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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
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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
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Meios Guiados
• Cabos de fibra óptica
Capa externa
Extremidade de um cabo com 3 fibras
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Meios Não-Guiados
• 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
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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
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Protocolos
• Conjunto de regras que determinam como deve ocorrer a comunicação entre duas estações em uma rede– Mensagens específicas são enviadas– Ações específicas são tomadas
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Protocolos
• Analogia humana
tempo
Oi
Oi
Você é gremista?
CLARO que sim!
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Protocolos
• Em redes de computadores– Máquinas em vez de pessoas– Toda comunicação na Internet é governada por
protocolos
Protocolos definem formato, ordem de mensagens
enviadas e recebidas entre entidades de rede e ações
tomadas ao enviar ou receber uma mensagem.
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Protocolos
• Em redes de computadores
Pedido de conexão
Resposta positiva
GET: http://www.inf.unisinos.br
<arquivo>tempo
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Protocolos
• Em sistemas de comunicação existem mensagens de controle desta comunicação além dos dados que se quer enviar– análogo ao sistema postal
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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
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Protocolos Hierárquicos
• 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
![Page 53: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/53.jpg)
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Camadas de Protocolos
• Redes são complexas!– Muitos componentes
• Hosts• Roteadores• Enlaces• Aplicações• Protocolos• Hardware, Software…
Pergunta:Existe alguma
esperança de organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos, organizar
nossa discussão de redes?
![Page 54: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/54.jpg)
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Camadas de Protocolos
Passagem (compra)
Bagagem (entrega)
Portão (embarque)
Decolagem
Roteamento do avião
Passagem (reclama)
Bagagem (recupera)
Portão (desembarque)
Aterrissagem
Roteamento do avião
Roteamento do avião
Uma série de passos...
![Page 55: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/55.jpg)
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Camadas de Protocolos
• 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
![Page 56: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/56.jpg)
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Camadas de Protocolos
• 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
![Page 57: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/57.jpg)
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Camadas de Protocolos
• 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
![Page 58: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/58.jpg)
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Camadas de Protocolos
• 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
![Page 59: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/59.jpg)
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Camadas de protocolos
I like rabbitsI like rabbits
L: holandêsIk hou van konijnen
L: holandêsIk hou van konijnen
Fax # ---L: holandêsIk hou van konijnen
Fax # ---L: holandêsIk hou van konijnen
J'aime les lapins
J'aime les lapins
L: holandêsIk hou van konijnen
L: holandêsIk hou van konijnen
Fax # ---L: holandêsIk hou van konijnen
Fax # ---L: holandêsIk hou van konijnen
mensagem
Informação para o tradutor remoto
Informação para a secretária remota
3
2
1
filósofo
tradutor
secretária
![Page 60: Redes de Computadores I](https://reader035.fdocumentos.com/reader035/viewer/2022081603/56814e87550346895dbc2452/html5/thumbnails/60.jpg)
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Camadas de Protocolos
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
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