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1 Redes de Computadores: Aplicação e Transporte Introdução a Redes de Computadores Sumário • Introdução • Uso de redes de computadores • Tipos de redes • Internet • Protocolos • Redes de acesso • Meios físicos • Camadas de protocolos 1 2 2 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? Introdução • Significado da palavra “computador” é mais amplo atualmente 3 4 3 Introdução 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 5 6 4 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 Evolução das redes • Compartilhamento de recursos de hardware e software • Impressoras • Espaço em disco • Outros processadores • Arquivos • Conexão à Internet 7 8 5 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 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 9 10 6 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. Tipos de redes • Classificação das redes por escala Máquina de fluxo de dados Multicomputador Rede Local Rede Metropolitana Rede Geograficamente Distribuída Internet 11 12 7 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) • Topologia • Maneira pela qual os elementos são interligados • Estrela Redes Locais 13 14 8 Redes Locais • Topologia • Maneira pela qual os elementos são interligados • Barra Redes Locais • Topologia • Maneira pela qual os elementos são interligados • Anel 15 16 9 Redes Metropolitanas • Também chamada de MAN (Metropolitan Area Network) • Abrangem a região metropolitana 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 Direção do fluxo do barramento Direção do fluxo do barramento Head-end Head-end 17 18 10 Redes Geograficamente Distribuídas • Também chamadas de WAN (Wide Area Network) • Engloba uma vasta região (estado, país, continente) • Alta taxa de erros • Possui roteamento da informação Redes Geograficamente Distribuídas 19 20 11 Redes sem fio • Segmento que mais cresce na indústria de computadores • Conexão em carros, aviões, qualquer lugar • Escritório portátil • Custo reduzido de infraestrutura • Suporte a aplicações móveis 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 21 22 12 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 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) 23 24 13 Componentes da Internet • Internet: • Levemente hierárquica • Provedores de serviços de Internet (ISPs) ISP local Rede corporativa ISP regional Roteador Estações fixas Servidor Estações móveis ISP local → ISP regional → ISP nacional e internacional 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...) 25 26 14 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 Entidades básicas • Os hosts podem ser divididos em duas categorias: • Clientes • Comumente estações de trabalho comuns • Pedem determinado serviço • Servidores • Comumente máquinas mais poderosas • Proveem determinado serviço • Modelo que predomina na Internet 27 28 15 Entidades básicas • Utilizado por inúmeras aplicações populares Entidades básicas • Aplicações distribuídas • Cliente e servidor em máquinas e redes diferentes 29 30 16 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) • ... 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, ... 31 32 17 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 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 33 34 18 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 emdois 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 • Categoria 6: Ethernet de 1 Gbps • Categoria 7: Ethernet de 10 GB 35 36 19 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 Capa externa Extremidade de um cabo com 3 fibras 37 38 20 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 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 39 40 21 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 Protocolos • Analogia humana tempo Oi Oi 2:00 Que horas são? 41 42 22 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. Protocolos • Em redes de computadores Pedido de conexão Resposta positiva GET: http://www.unisinos.br <arquivo> tempo 43 44 23 Protocolos • Em sistemas de comunicação existem mensagens de controle desta comunicação além dos dados que se quer enviar • 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 Protocolos • Capacidade de transmissão é dividida entre sinalização e informação • diferentes protocolos terão diferentes overheads • velocidade efetiva não considera overhead 45 46 24 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? 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 47 48 25 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... 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 49 50 26 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 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 51 52 27 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 Camadas de protocolos L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen Fax # --- L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen Eu gosto da minha tia Carmen L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen Fax # --- L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen mensagem Informação para o tradutor remoto Informação para a secretária remota 3 2 1 filósofo tradutor secretária I like my aunt Carmen 53 54 28 Camadas de Protocolos Aplicação Transporte Rede Enlace Física Aplicação Transporte Rede Enlace Física Aplicação Transporte Rede Enlace Física A B C Prof. Márcio Garcia Martins marciog@unisinos.br Para anotar: ao enviar e-mail sempre coloque o seguinte prefixo no assunto [RC:AT-ano-semestre] – Nome do aluno 55 56 Slide 1: Redes de Computadores: Aplicação e Transporte Slide 2: Sumário Slide 3: Introdução Slide 4: Introdução Slide 5: Introdução Slide 6: Evolução das redes Slide 7: Evolução das redes Slide 8: Evolução das redes Slide 9: Uso de redes de computadores Slide 10: Visão geral de uma rede Slide 11: Visão geral de uma rede Slide 12: Tipos de redes Slide 13: Redes Locais Slide 14: Redes Locais Slide 15: Redes Locais Slide 16: Redes Locais Slide 17: Redes Metropolitanas Slide 18: Redes Metropolitanas Slide 19: Redes Geograficamente Distribuídas Slide 20: Redes Geograficamente Distribuídas Slide 21: Redes sem fio Slide 22: Internet Slide 23: Componentes da Internet Slide 24: Componentes da Internet Slide 25: Componentes da Internet Slide 26: Internet x Intranet Slide 27: Tipos de serviço Slide 28: Entidades básicas Slide 29: Entidades básicas Slide 30: Entidades básicas Slide 31: Entidades básicas Slide 32: Meios de transmissão Slide 33: Meios Guiados Slide 34: Meios Guiados Slide 35: Meios Guiados Slide 36: Meios Guiados Slide 37: Meios Guiados Slide 38: Meios Guiados Slide 39: Meios Não-Guiados Slide 40: Meios Não-Guiados Slide 41: Protocolos Slide 42: Protocolos Slide 43: Protocolos Slide 44: Protocolos Slide 45: Protocolos Slide 46: Protocolos Slide 47: Camadas de Protocolos Slide 48: Protocolos Hierárquicos Slide 49: Camadas de Protocolos Slide 50: Camadas de Protocolos Slide 51: Camadas de Protocolos Slide 52: Camadas de Protocolos Slide 53: Camadas de Protocolos Slide 54: Camadas de protocolos Slide 55: Camadas de Protocolos Slide 56
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