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Redes de Computadores I Profº.: Michell Loureiro Ementa Disciplina ¤ Tipos de redes; ¤ Topologias de redes de computadores; ¤ Arquitetura OSI e TCP/IP; ¤ Instrumentos de aferição e certificação de cabos de redes; ¤ Normas e convenções; ¤ Sistemas de comunicação, meios de transmissão; ¤ Conexão física de dispositivos; Referências Bibliográficas Unidade I - Tipos de Rede Redes de Computadores I Introdução “Cada um dos três séculos anteriores foi dominado por uma única tecnologia. O Século XVIII foi a época dos grandes sistemas mecânicos que acompanharam a Revolução Industrial. O Século XIX foi a era das máquinas a vapor. As principais conquistas tecnológicas do Século XX se deram no campo da aquisição do processamento e da distribuição de informações. Entre outros desenvolvimentos, vimos a instalação das redes de telefonia em escala mundial, a invenção do rádio e da televisão, o nascimento e o crescimento sem precedentes da indústria de informática e o lançamento dos satélites de comunicação”. [Tanenbaum] Introdução “Como resultado do rápido progresso tecnológico, essas áreas estão convergindo rapidamente e são cada vez menores as diferenças entre coleta, transporte, armazenamento e processamento de informações. Organizações com centenas de escritórios dispersos por uma extensa área geográfica podem, com um simples apertar de um botão, examinar o status atual de suas filiais mais remotas. A medida que cresce nossa capacidade de colher, processar e distribuir informações, torna-se ainda maior a demanda por formas de processamento de informações ainda mais sofisticadas”. [Tanenbaum) Introdução “Qualquer INFORMAÇÃO para qualquer um em qualquer lugar a qualquer hora”. Comunicação de dados “É a troca de informações entre dois dispositivos através de algum meio de comunicação, por exemplo um par de fios. Para que a comunicação de dados aconteça, os dispositivos de comunicação devem ser parte de um sistema de comunicação feito a partir da combinação HARDWARE (equipamento físico) e SOFTWARE (programas)”. - Forouzan, 2009, 4º Edição. Comunicação de dados Comunicação de dados ¤ Mensagem – é a informação (dado) a ser transmitida. Pode ser constituída de textos, números, figuras, áudio, vídeo ou qualquer combinação desses. ¤ Transmissor – é o dispositivo que envia a mensagem. Pode ser um computador, um telefone, uma câmera, etc... ¤ Receptor – é o dispositivo que recebe a mensagem. ¤ Meio de transmissão – é o caminho por onde viaja a mensagem originada do transmissor com destino ao receptor. Pode ser um cabo par traçado, uma FO, o ar, entre outros. ¤ Protocolos de transmissão – são conjunto de regras que governam a comunicação dos dados. Representam um acordo entre os dispositivos que se comunicam. Comunicação de dados ¤ Entrega (Delivery) – O sistema deve entregar os dados ao destino correto. Os dados devem ser recebidos somente pelo dispositivo ou usuário de destino. ¤ Confiabilidade – O Sistema deve garantir a entrega dos dados. Dados modificados ou corrompidos numa transmissão são inúteis. ¤ Tempo de Atraso – O Sistema deve entregar dados em um tempo finito e predeterminado. Dados entregues tardiamente são pouco úteis. Fluxo de dados ¤ Indica qual a direção que a mensagem pode ser enviada e/ou recebida dentro de um sistema de transmissão de dados; ¤ Pode atuar em 3 modos distintos; ¤ Simplex; ¤ Half Duplex; ¤ Full Duplex; ¤ Atua diretamente no canal (meio de transmissão) e nos dispositivos (E/R) do sistema de comunicação de dados. Modo Simplex ¤ Simplex – Neste modo a comunicação é unidirecional, como uma rua de mão única. Somente 1 (um) dos dispositivos no link (canal) é capaz de transmitir; logo o outro só será capaz de receber. ¤ Ex: Transmissão de TV analógica, Rádio (AM/FM), Mainframes. Modo Half Duplex ¤ Half-Duplex – Cada estação pode transmitir e receber, mas nunca ao mesmo tempo. Quando um dos dispositivos está transmitindo o outro está recebendo. Semelhante a uma via de uma única pista bidirecional. Neste modo toda a capacidade do canal é reservada ao dispositivo que estiver transmitindo no momento. ¤ Ex: Walkie Talkie. Modo Full Duplex ¤ Full Duplex – Ambas estações podem transmitir e receber simultaneamente. Este modo é semelhante a uma via de mão dupla, onde o trafego flui nas duas direções ao mesmo tempo. Nele também sinais em direções opostas compartilham a capacidade do link ou canal. ¤ EX: Rede celular (3G, 4G, CDMA), Rede Telefônica, Redes Ethernet, FDDI Tipos de Rede Quanto a Área de Abrangência Conceitos Hoje em dia, quando falamos em redes, geralmente nos referimos aos 3 (três) tipos básico são eles: ¤ Redes Locais (LAN) ¤ Redes Metropolitanas (MAN) ¤ Redes Geograficamente Distribuída (WAN) Dentro de cada uma dessas classificações, cada rede é determinada pelo tamanho, pelo tipo de domínio, pela distancia geográfica que ela cobre e pela arquitetura física”. Forouzan, 4º Edição, 2009. Conceitos ¤ PAN – Personal Area Network; ¤ LAN – Local Area Network; ¤ MAN - Metropolitan Area Network; ¤ WAN - Wide Area Network; Conceitos LAN – Local Area Network ¤ Uma Rede Local (LAN) refere-se a um ambiente que normalmente encontra-se distribuído nos limites de uma organização. ¤ Os limites de abrangência geográfica são muito variáveis, meios físicos e equipamentos utilizados são bem característicos. Tipicamente, utiliza meios de propriedade da organização, e, devido a isso, oferece elevada performance para suas aplicações. Características de Redes LAN ¤ É administrada Privativamente; ¤ Compartilhamento de recursos de Hardware e Software entre hosts no mesmo ambiente; ¤ Links entre os dispositivos fica localizados em pequenos espaços (escritórios, edifícios, salas, etc...); ¤ Taxas de erro extremamente baixas; ¤ Meios de transmissão distintos; ¤ Taxa de transmissão de dados Alta (Mbps, Gbps). Exemplos de Redes LAN ¤ Laboratório IFPa; ¤ LAN Houses; ¤ Caixas de supermercado; ¤ Prédios Campus Tucuruí IFPa; ¤ Escritórios, etc... Equipamentos de Redes LAN ¤ Alguns dos principais equipamentos utilizados em uma Rede Local (LAN): ¤ Switches; ¤ Hubs; ¤ Bridges; ¤ Access Points (APs); ¤ Patch Panel; MAN – Metropolitan Area Network ¤ As Redes MAN, estão distribuídas dentro de uma área metropolitana (cidade), com distâncias que podem chegar a dezenas de quilômetros; ¤ Normalmente envolvem a utilização de serviços oferecidos por empresas de telecomunicações e oferecem performance compatível a uma LAN; ¤ Os meios de transmissão normalmente utilizados são Fibra óptica e, tecnologias de padrões wireless, como o Wiimax (IEEE802.16). Características de Redes MAN ¤ Pode ser administrada Privativamente ou pode ser provida por uma empresa pública; ¤ Compartilhamento de recursos de Hardware e Software entre hosts em ambientes separados; ¤ Utilizam tecnologias semelhantes às LAN’s (ATM, FDDI) ¤ São otimizadas para distâncias intermediárias; ¤ Apresentam um tempo de retardo e taxa de erros um pouco maiores que as LAN’s; ¤ Otimizam a relação custo/benefício; Exemplos de Redes MAN ¤ Provedores de internet; ¤ Via Rádio ¤ Via Cabo/Fibra ¤ Rede de TV a Cabo; ¤ Cidades Digitais; Equipamentos de Redes MAN ¤ Em Redes Metropolitanas encontramos um misto de equipamentos que podem ser usados nos outros tipos de redes existentes: ¤ Switches Metro Ethernet; ¤ Roteadores; ¤ Routerboards; ¤ Equipamentos de FO; ¤ Torres de comunicação; ¤ Fibras aéreas e subterrâneas; ¤ Entre outros... WAN – Wide Area Network ¤ Uma WAN é uma rede que conecta redes de diferentes localidades, tipicamente utilizando meios físicos de operadoras detelecomunicações. ¤ Uma WAN pode envolver enormes distâncias, provendo conectividade até internacional, ou podem ser implementadas devido a limitações geográficas/físicas ou operacionais, que impedem o uso de meios físicos proprietários. Características de Redes WAN ¤ Utiliza redes públicas sob concessão ou alugadas ; ¤ Não há limite de perímetro; ¤ Performance normalmente limitada devido ao custo; ¤ Utilizam meios físicos de propriedade de operadoras de telecomunicações; ¤ Tipicamente baseadas em canais de alta performance, porém esta é dividida entre os diversos usuários; ¤ Tipicamente utilizam protocolos específicos para WAN. Equipamentos de Redes WAN ¤ Principais equipamentos utilizados em Redes WAN: ¤ Roteadores; ¤ Routerboards; ¤ Switches Brocade (Fibre Channel); ¤ Fibras Ópticas Subterrâneas, Marítimas e Aéreas; ¤ Satélites; ¤ Antenas Parábolas; ¤ Servidores de comunicação. Exemplos de Redes WAN ¤ Rede Nacional de Pesquisa (RNP); ¤ Rede de Telefonia Móvel (3G, CDMA); ¤ Rede de comunicação Interplanetária; ¤ Redes de Interligação de Continentes; Institutos Normativos ¤ ITU-T – lnternational Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector; ¤ ISO – International Organization for Standardization; ¤ IETF – lnternet Engineering Task Force; ¤ EIA – Electronic lndustries Association; ¤ TIA – Telecommunications lndustries Association; Rede Metrobel Rede Navega Pará Exercício I ¤ Cite 3 funcionalidades de uma Rede de Computadores? ¤ Defina o que são redes LAN, MAN e WAN? Exemplifique cada uma delas. ¤ Cite 3 características das redes MAN. ¤ Quais os principais equipamentos usados em Redes de Longa Distância? ¤ Quais os principais equipamentos usados em Redes Locais? ¤ De acordo com o fluxo de comunicação de dados, quais os modos de comunicação existentes entre dispositivos. Exemplifique-os. ¤ Cite e explique os elementos básicos de uma Comunicação de Dados. Tipos de Rede Quanto ao Modelo Computacional Conceitos ¤ As redes podem ser classificadas também, de acordo com o modo (forma) como os dados são processados: ¤ Processamento centralizado; ¤ Processamento distribuído; ¤ Processamento cooperativo; ¤ Cloud Computing. Conceitos ¤ Computação Centralizada; ¤ Computação Distribuída; ¤ Computação Cooperativa; ¤ Computação nas Nuvens (Cloud Computing). Computação Centralizada ¤ Basicamente, os mainframes são usados para armazenar, organizar e processar dados. ¤ No entanto, trata-se de um único processador, que na época era compartilhado por diversos usuários, através do acesso via “terminais” locais ou remotos. ¤ O mainframe divide sua capacidade de processamento entre as aplicações executadas pelos diversos terminais (time sharing). Estações de Trabalho Impressora Mainframes Computação Centralizada Computação Centralizada Computação Centralizada Apesar da ideia ser antiga, este modelo computacional ainda é muito utilizado: • Terminal Service; • Telnet; • SSH; • Sistema Multi-terminais “Buddy”; • Thin Clients; Computação Centralizada Computação Distribuída ¤ Em vez de centralizar todo o processamento em um único mainframe, a computação distribuída utiliza vários computadores menores para obter os mesmos resultados. Token Ring Roteador Switch Ethernet Estação de Trabalho Servidor Mainframe ¨ Redes Ponto-a-Ponto (P2P); ¨ Redes Cliente/Servidor; ¨ Redes Baseadas em Servidores; ¨ Redes Front-End/Back-End Redes Ponto-a-Ponto (P2P) ¨ Não possui servidor; ¨ Ambientes pouco complexos; ¨ Qualquer micro pode atuar como servidor da rede; ¨ O trafego de determinados serviços passar por fora da rede interna (Internet); ¨ Administração não-centralizada, segurança fraca, baixo custo; Tipos de rede mais comum e mais simples de ser projetar, geralmente são montadas em pequenos escritórios e residências. Roteador Switch Ethernet Redes Ponto-a-Ponto (P2P) Redes Cliente/Servidor ¨ Servidor – equipamento que responde a solicitação de um cliente (host) por determinado serviço na rede; ¨ Classificação (impressão, web, firewall, e- mail, DNS, DHCP, entre outros; ¨ Pode hospedar vários tipos de serviços ao mesmo tempo ou pode ser dedicado a um único serviço; ¨ Configuração de hardware depende do tipo de serviço que será hospedado, arquitetura computacional (64 ou 32 bits), entre outros. ¨ Administração Centralizada, alta manutenção, ambientes mais complexos, várias opções de segurança; Token Ring Roteador Switch Ethernet Estação de Trabalho Servidor Servidor Mainframe Redes Cliente/Servidor Redes Baseadas em Servidores ¨ Possuem clientes (hosts) que processam dados localmente, porém, seu uso é direcionado a entrada de dados a serem processados em Servidores; ¨ Semelhante a Computação Centralizada; ¨ Porém o host que envia dados pode ser usado para outras tarefas; ¨ Modelo muito usado atualmente devido a evolução do poder de processamento dos computadores pessoais; Token Ring Roteador Switch Ethernet Estação de Trabalho Servidor Servidor Mainframe Redes Baseadas em Servidores Redes Front End/Back End ¨ Rodam aplicações especificas; ¨ Servidor Front End (envia dados solicitados e hospeda a interface principal); ¨ Cliente Back/End (solicita dados ao servidor e hospeda uma interface secundária); ¨ Clientes (hosts) possuem poder de processamento, semelhante ao modelo baseado em servidores; ¨ Seu processamento pode ser local ou remoto. Token Ring Roteador Switch Ethernet Estação de Trabalho Servidor Web Servidor Banco de Dados Redes Front End/Back End Redes Front End/Back End Redes Front End/Back End Processamento Cooperativo ¤ Considera o processamento distribuído entre os computadores de toda a rede. ¤ Ocorre o compartilhamento da capacidade de processamento. ¤ Poucos ambientes hoje podem ser citados como exemplos de ambientes de Rede Colaborativa. ¤ Projeto SETI ¤ Projeto Folding ¤ Moedas Virtuais (bitcoin) Roteador Switch Servidores Estações de Trabalho Mainframes Cloud Computing ¤ Pode ser definido genericamente como um modelo no qual a computação (processamento, armazenamento e softwares) estão em algum lugar na rede e são acessados remotamente independente da plataforma utilizada, via internet. Cloud Computing ¤ O que realmente significa é que as empresas entregarão funções de TI como serviços aos seus clientes e eles não precisarão saber como isso funciona, simplesmente usarão e a medida em que exigirem mais recursos eles contratarão estes recursos de acordo com suas necessidades. Tipos de Rede Quanto a Topologia Conceitos ¤ O termo TOPOLOGIA refere-se à maneira como os computadores (hosts) de uma rede local estão conectados. ¤ A TOPOLOGIA de uma rede de comunicação, refere-se à forma como os enlaces físicos existentes e os nós de uma comutação estão organizados, determinando caminhos físicos existentes e utilizáveis entre quaisquer pares de estações conectadas a essa rede. Conceitos ¨ Topologia Totalmente Conectada ou Malha; ¨ Topologias baseadas em HUBS ¨ Anel; ¨ Linear ou Barramento; ¨ Topologias baseadas em Switches ¨ Estrela; ¨ Árvore; ¨ Topologia Sem Fio; ¨ Topologia Híbrida ou Mista. Totalmente Conectada ou Malha ¤ Cada computador possui uma conexão individual para cada outro computador. ¤ Cada computador pode conversar com outro diretamente. Com isso é gerado um alto nível de redundância. ¤ Devido a grande quantidade de cabos (N x (N – 1))/2 e conexões, a implementação deste modelo de rede é inviável. Anel ¤ Nestatopologia, os dados circulam num cabo que conecta todos os computadores da rede num formato circular. ¤ Os dados passam por todos os nós da rede, até encontrar o nó de destino dos dados. ¤ O fluxo dos dados ao longo do anel é unidirecional. ¤ O meio pode se fisicamente um anel, ou simulado dentro de um hub. Os dados passam obrigatoriamente por todos os nos da rede. Linear ou Barramento ¤ Os dados trafegam através de um cabo que conecta todos os hosts da rede num formato linear. ¤ Os dados passam por todos os nós da rede, até encontrar o nó de destino dos dados. ¤ Caso não encontre o dispositivo de destino o dado é descartado em um dispositivo chamado terminador. Estrela ¤ Os computadores são conectados a um periférico concentrador, facilitando a manutenção. ¤ Se um cabo é partido a rede continua funcionando, apenas o computador ligado a ele deixa de funcionar. ¤ Esta topologia é usada em redes ethernet usando cabos par trançado e um periférico concentrador chamado switch. Árvore ¤ Também chamada estrela hierárquica, esta topologia é feita ligando-se várias redes em estrela. ¤ Esta topologia é a mais comum atualmente e não deixa de ser uma rede em estrela porém usando vários periféricos concentradores (Switches). Sem Fio (Wireless) ¤ Permite que os computadores se conectem a rede sem a necessidade de cabos. ¤ É necessário um equipamento chamado de ponto de acesso (Access Point). ¤ Os computadores necessitam de uma placas de rede sem fio para se conectarem a rede. Híbrida ou Mista Exercício II ¤ Segundo nossas aulas, quais os tipos de redes baseados em Topologias? ¤ Quais as características comuns as topologias baseadas em HUBS? ¤ Qual o elemento comutador central de uma topologia em estrela? ¤ Quais os tipos de redes baseados em modelo computacional? ¤ Quais as características de uma rede P2P e a qual tipo de rede ela pertence? ¤ Quais as subcategorias de redes baseadas no modelo de computação distribuída? ¤ Quais as características das redes de topologia híbrida? ¤ Qual a diferença funcional entre HUB e Switch? E qual influência do uso de cada um deles em um ambiente de rede de alta performance? INTERNET – A rede das redes Tipos de Rede A Internet “A Internet é o conjunto de várias redes espalhadas pelo mundo, que se comunicam através do uso de protocolos e meios físicos (e não físicos) em comum, com a finalidade de oferecer serviços e informações aos seus usuários”. James F. Kurose & Keith Ross Internet e as Redes de Computadores A Internet ¤ Observação ¤ Muitas pessoas acham que WWW e Internet são a mesma coisa, porém isso é um erro comum, a WWW é um serviço utilizado para se ter acesso ao conteúdo da INTERNET. A Internet ¤ 1950 – No auge da Guerra Fria, o Departamento de Defesa dos EUA queria uma rede de controle e comando capaz de sobreviver a uma guerra nuclear. Nessa época, todas as comunicações militares passavam pela rede de telefonia pública, considerada vulnerável. ¤ 1960 – O Departamento de Defesa dos EUA firmou um contrato com a RAND Corporation para encontrar uma solução. Um de seus funcionários, Paul Baran, apresentou o projeto altamente distribuído e tolerante a falhas. A Internet ¤ Os funcionários do Pentágono gostaram do conceito e pediram a AT&T, na época a empresa que detinha o monopólio nacional da telefonia nos Estados Unidos, que construísse um protótipo. ¤ A AT&T descartou as ideias de Baran. Afinal, a maior e mais rica corporação do mundo não podia permitir que um jovem pretensioso lhe ensinasse a criar um sistema telefônico. ¤ A empresa informou que a rede de Baran não podia ser construída, e a ideia foi abandonada. A Internet ¤ As Centrais de comutação telefônica, eram conectadas a milhares de telefones. ¤ Por sua vez, essas centrais estavam conectadas a centrais de comutação de nível mais alto (centrais interurbanas), formando uma hierarquia nacional. ¤ A vulnerabilidade do sistema era diante da destruição de alguma central o que criaria muitas ilhas isoladas. A Internet ¤ O modelo de Paul Baran – Comutação de pacotes A Internet ¤ 1957 – A criação da ARPA (Advanced Research Projetcts Agency). Organização responsável por pesquisa e desenvolvimento para defesa dos EUA. ¤ Como não possuía sede, pesquisadores e laboratórios a ARPA firmou contrato com universidades e empresas cujas ideias lhes pareciam promissoras. ¤ 1969 – Entra no ar uma rede experimental com quatro nós (UCLA, UCSB, SRI e University of Utah), chamada de ARPANET. ¤ Final da década de 1970 – Surgi a NFSNET (National Science Foundation). A Internet A Internet no Brasil ¤ 1991 – Rede TCP/IP Experimental (SP, RJ, RS) até 9.600bps; ¤ 1992 – Rede ANSP, RNP até 64kbps; ¤ 1994/5 – RNPv2, com enlaces de 2Mbps; ¤ 94/5 – Abertura comercial da Embratel, Comitê Gestor (CGI-BR); ¤ 1999 – Criação de REMAVS, Rede-Rio 2 Enlaces de 155Mbps; ¤ 1999 – Novo Backbone de rede-UFF 622Mbps; ¤ 2000 – Backbone ATM da RNPv2; ¤ 2001 – Conexão Internacional de 155Mbps; Banda Larga ¤ O termo refere-se a possibilidade de transmissão de múltiplo conteúdo (voz, dados, etc...), dentro de um mesmo canal de comunicação, sem a interrupção do serviço; ¤ Não caracteriza apenas a quantidade (MB) transmitida em um canal; ¤ Passou a ser usado no Brasil a partir da era do ADSL, onde permitia ao usuário acessar a internet e falar ao telefone ao mesmo tempo, sem interrupção dos serviços; ¤ No inicio um serviço ADSL permitia apenas 300kbps de transmissão e mesmo assim é conhecido como Banda Larga. Marco Civil da Internet A Estrutura da Internet Tipos de Rede Internet Service Provider - ISP Nível 1 Internet Service Provider – ISP Nível I Internet Service Provider – ISP Nível 2 ¤ Oferecem serviços de conectividade a nível Local Internet Service Provider Internet Service Provider Internet Service Provider Internet Service Provider Registro.br Registro.br ¤ Cadastrar nomes de domínio (final .br); ¤ Distribuir endereços IP públicos para os Sistemas Autônomos; ¤ Conseguir endereços públicos na IANA (Internet Assigned Numbers Authority – www.iana.org); ¤ Administrar os servidores de DNS responsáveis pelo sufixo (.br) (Top Level Domain) Intranet ¤ É uma rede proprietária que oferece serviços somente aos funcionários de uma determinada instituição dentro da sua própria rede; ¤ Os serviços só podem ser acessados dos dispositivos que se encontram dentro do ambiente da empresa; ¤ Depende da infra estrutura de rede da empresa para funcionar; ¤ Os dados podem ser manipulados por usuários que tenham esse tipo de permissão; ¤ Ex: Sistemas do SIAPENET, ERP, CRM, SAP, Microsiga, etc... Extranet ¤ Oferece os serviços que rodam na INTRANET para usuários externos, ou seja, que não trabalham na empresa; ¤ Apenas para visualização ou comprovação; ¤ Não permite acesso direto as informações do BD, ou seja não permite manipular dados ou informações, apenas consulta; ¤ Depende da infra estrutura interna da empresa para funcionar; ¤ Ex: sistema de consulta de notas do IFPA, Consulta de veículos resumida do Detran, consulta de processos on-line do TJE, etc... Exercício III ¤ Cite 4 atribuições do CGI-BR? ¤ De acordo com nossa aula defina o que é Internet. ¤ Qual a função de um ISP? ¤ Em que modelo de comutação baseou-se a rede ARPANET? ¤ Cite exemplos de ISP's em todos os níveis? ¤ Qual a diferença funcional entre Extranet e Intranet? ¤ O que caracteriza o termo BANDA LARGA no Brasil?
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