Redes LAN e Redes WAN

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Arquitetura de Rede em Camadas
Para reduzir a complexidade de projeto, as redes são organizadas em camadas ou níveis;
Cada camada é construída sobre sua predecessora;
O objetivo de cada camada é oferecer determinados serviços à superior e isolá-la de seus detalhes de implementação;
O número de camadas, o nome, o conteúdo e a função de cada camada pode diferir de uma tecnologia de rede para outra.
Arquitetura de Rede em Camadas
Meio físico
Camada 1
Camada 1
Camada 2
Camada N
Camada N
Camada 2
Protocolo da camada 1
Protocolo da camada 2
Protocolo da camada N
Arquitetura de Rede em Camadas
A camada N em um equipamento estabelece uma comunicação com a camada N em um equipamento remoto;
O conjunto de regras e convenções utilizadas na comunicação de uma determinada camada é chamado protocolo;
Entidades pares ou parceiras ou processos parceiros, são alguns dos nomes comumente utilizados para as camadas correspondentes em diferentes equipamentos;
De fato, nenhum dado é transferido diretamente da camada N de um equipamento para a mesma em outro;
Cada camada passa dados e informações de controle para a camada imediatamente inferior, onde a comunicação efetiva ocorre, e então o processo inverso acontece no equipamento remoto
Arquitetura de Rede em Camadas
Entre cada par de camadas adjacentes há uma interface, a qual define operações primitivas e serviços oferecidos pela camada inferior à superior;
A definição apropriada das interfaces é importante para o isolamento entre as camadas;
Determinadas camadas impõem limites ao tamanho dos dados a serem transferidos, exigindo sua divisão para posterior remontagem no outro extremo da comunicação;
Quando os dados são divididos em unidades menores, elas são prefixadas por cabeçalhos, os quais contém as informações de controle necessárias para a remontagem dos dados
Arquitetura de Rede em Camadas
Serviços no modelo OSI:
Serviço baseado em conexão: o usuário do serviço inicialmente estabelece uma conexão, usa a mesma e a encerra.
Serviço sem conexão: cada mensagem do usuário do serviço contém o endereço completo do destino, sendo cada uma encaminhada de forma independente das demais.
Primitivas de serviço:
um serviço é formalmente especificado através de um conjunto de operações (primitivas) disponíveis ao usuário.
Arquitetura de Rede em Camadas
No modelo OSI existem 4 classes de primitivas de serviço:
pedido
indicação
resposta
confirmação
Os serviços podem ser classificados em confirmado e não confirmado. Este último tipo usa apenas as primitivas de pedido e indicação
Arquitetura de Rede em Camadas
Entidade (N+1)
Entidade (N)
Req
Conf
Entidade (N+1)
Entidade (N)
Ind
Resp
Serviço (N-1)
Serviço (N)
PDU (N)
Protocolo (N)
PDU (N+1)
Protocolo (N+1)
Primitivas
do serviço (N)
Primitivas
do serviço 
(N+1)
O que é a Internet: visão dos componentes (I)
Milhões de dispositivos de computação conectados: hosts, sistemas finais
workstations de PCs, servidores
telefones com PDA’s, torradeiras
rodando aplicações de rede
Enlaces (canais) de comunicação
fibra, cobre, rádio, satélite
Roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede
ISP local 
Rede da
empresa
ISP regional 
roteador
workstation
servidor
dispositivo
móvel
O que é a Internet: visão dos componentes (II)
Protocolos: controlam o envio e recepção de mensagens
ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
Internet: “rede de redes”
livremente hierárquica
Internet pública versus intranet privada 
Padrões Internet
RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering Task Force
ISP local 
Rede da
empresa
ISP regional 
roteador
workstation
servidor
móvel
O que é a Internet: visão dos serviços
A infra-estrutura de comunicação permite o uso de aplicações distribuídas:
WWW, email, jogos, e-comércio, bacos de dados, votações, compartilhamento de arquivos (ex.: MP3)
Serviços de comunicação disponibilizados:
sem conexões
orientado a conexões
O que é um protocolo?
Protocolos humanos:
… msgs específicas são enviadas, segundo uma ordem pré-estabelecida
… ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos
Protocolos de rede:
máquinas ao invés de pessoas
todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos
protocolos definem o formato e 
ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da rede, bem como as ações tomadas quando da transmissão ou recepção destas mensagens
Borda da rede: serviço orientado a conexões
Objetivo: transferência de dados entre hosts.
handshaking: inicializa (prepara para) a transf. de dados 
Alô,... alô (protocolo humano)
inicializa o “estado” em dois hosts que desejam se comunicar
TCP - Transmission Control Protocol 
serviço orientado a conexão da Internet
serviço TCP [RFC 793]
transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável
perda: tratata através de reconhecimentos e retransmissões
controle de fluxo : 
transmissor não inundará o receptor
controle de congestionamento : 
transmissor “diminui a taxa de transmissão” quando a rede está congestionada. 
Borda da rede: serviço sem conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais
UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet
transferência de dados não confiável
não controla o fluxo
nem congestionamento
Aplicações que usam TCP: 
HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP (email)
Aplicações que usam UDP:
streaming media, teleconferência, telefonia Internet
O Núcleo da Rede
Malha de roteadores interconectados
A pergunta fundamental: como os dados são transferidos através da rede?
comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica
comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos.
Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos
Recursos fim a fim são
reservados para a chamada.
banda do enlace, capacidade dos comutadores
recursos dedicados: sem compartilhamento
desempenho garantido (como em um circuito físico)
necessita estabelecimento de conexão
Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes
Cada fluxo de dados fim-a-fim é dividido em pacotes
pacotes dos usuários A e B compartilham os recursos da rede
cada pacote usa toda a banda do canal 
recursos são usados quando necessário 
Disputa por recursos: 
a demanda total pelos recursos pode superar a quantidade disponível
congestionamento: pacotes são enfileirados, esperando para usar o enlace
armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa (hop) por vez
transmite num enlace
espera a vez no próximo enlace
Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes
Comutação de pacotes: comportamento de armazenamento e retransmissão (store and forward)
Quebra uma mensagem em pedaços menores (pacotes)
Store-and-forward: comutador espera a chegada do pacote completo e o encaminha/roteia para o próximo comutador
Comutação de pacotes x comutação de circuitos
Enlace de 1 Mbit
cada usuário: 
100Kbps quando “ativo”
ativo 10% do tempo
comutação por circuitos: 
10 usuários
comutação por pacotes: 
com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0,004
A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!
N usuários
Enlace de
1 Mbps
Comutação de pacotes x comutação de circuitos
Ótima para dados em surtos
compartilhamento dos recursos
não necessita estabelecimento de conexão
Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes
necessita de protocolos para transferência confiável de dados, controle de congestionamento
P: Como fornecer um comportamento do tipo circuito?
São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo 
ainda é um problema não resolvido
A comutação de pacotes é sempre mais vantajosa?
Segmentação de Mensagens
Transmissão de
mensagens longas
como uma única unidade de transmissão
store-and-forward da mensagem completa
segmentadas em uma série de pacotes transmitidos independentemente
pipeline no uso dos componentes da rede!