Redes de Computadores: Introdução e Histórico

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE 
CATÓLICA DE MG
Redes de computadores
Fevereiro de 2014
Felipe Atourassap (faspmg@gmail.com)
Ementa
 Introdução às redes de computadores. Transmissão de 
dados. Comunicação digital. Tecnologia de redes de 
computadores. Modelos de referência de Redes de 
Computadores. Pilha de protocolos TCP/IP (camada de 
enlace, rede e transporte), com enfoque em protocolos 
reais. Protocolos de roteamento: RIP, OSPF, BGP. 
Protocolos de transporte TCP, UDP. Camada de 
Aplicação (DNS, Correio Eletrônico, WWW, Multimídia, 
FTP e P2P).
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Datas importantes
 21/03 – Primeira avaliação 35 pontos (módulo 1)
 05 pontos distribuídos em sala como exercícios
 11/04 – Primeiro trabalho 10 pontos. 
 16/05 – Segundo trabalho 10 pontos. Montar uma arquitetura 
cliente servidor, Servidor de e-mail, Servidor Web ou Servidor 
proxy/gateway.
 23/05 – Segunda avaliação 35 pontos (módulo 2)
 05 pontos distribuídos em sala como exercícios
 06/06 – Reavaliação - Substituirá a menor nota obtida em 
um dos módulos. 
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Histórico
 O século XVIII foi o tempo dos grandes sistemas 
mecânicos 
 Revolução Industrial Revolução Industrial
 O século XIX foi a idade da máquina a vapor
 O século XX foi pródigo em tecnologias, mas considera-
se a mais importante os recursos de se a mais 
importante os recursos de coleta, processamento e 
distribuição da informação
 Rede mundial de telefonia, rádio e TV, indústria dos 
computadores, satélites de comunicação, Internet são 
tecnologias que convergem para uma única área 
Teleinformática
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Histórico
 A comunicação é uma das maiores necessidades humanas
 Marco: telégrafo de Samuel Morse em 1838
 A partir daí a evolução dos sinais elétricos transmitidos a 
distância atravessou uma evolução muito grande
 Por outro lado o armazenamento de dados e o tratamento de 
informações da década de 50 até os dias de hoje mudou a 
civilização ao ponto de caracterizá-la como a Era da 
Informação
 A conjunção destas 2 tecnologias revolucionou o mundo 
atual
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Telecomunicações
Processamento de 
dados
Histórico
 Década de 50 – Processamento batch
 Processamentos realizados em lotes (batch)
 Nenhuma forma de interação direta usuário computador
 Uma única entrada de dados (cartões perfurados ou fitas) 
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Histórico
 Década de 60 – Processamento centralizado
 Um computador fornecia a informação para a organização
 Um único banco de dados
 Usuários conectados ao computador central através de 
terminais remotos interativos
 Time sharing para compartilhar os recursos do 
computador central entre os vários terminais através de 
revezamento no tempo de ocupação do processador
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Histórico
 Década de 70 – Processamento descentralizado
 Cada departamento ou componente geográfico da 
organização possuía um computador de porte mini ou 
médio
 Sistemas pequenos e dispersos mais acessíveis ao usuário
 Sistemas que exigiam grande capacidade continuaram 
centralizados devido ao ainda alto custo de cada máquina
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Por que redes?
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Por que redes?
 Impossível não se pensar em redes quando o assunto é 
informática
 Necessidade da troca de informação
 Bancos, supermercados, farmácias, padarias, controle de 
frotas, telefones celulares, etc...
 Compartilhamento de recursos
 Mas a final o 
que é uma rede?
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Mas a final o que é uma rede?
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Mas a final o que é uma rede?
 Originariamente exibe o significado de conjunto 
entrelaçado de fios, cordas, cordéis, arames, etc., com 
aberturas regulares, fixadas por malhas e nós, 
formando espécie de tecido aberto
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Mas a final o que é uma rede?
 Originariamente exibe o significado de conjunto 
entrelaçado de fios, cordas, cordéis, arames, etc., com 
aberturas regulares, fixadas por malhas e nós, 
formando espécie de tecido aberto
 Analogia as redes de computadores
 Entrelaçado de fios, cordas = as conexões 
 Abertura regulares = distância entre os dispositivos
 Fixadas por malhas e nós = dispositivos 
 Então o que é uma rede de computadores?
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O que é uma rede de computadores?
 “É uma coleção de computadores e outros 
dispositivos que usam um protocolo comum para a
rede compartilhar recursos uns com os outros através 
do meio da rede” (Gallo e Hancock)
 “ É um conjunto de computadores autônomos
interconectados por uma única tecnologia”, (Tanenbaum, 
2011)
 “É um conjunto de dispositivos conectados por um 
link de comunicação.” (Forouzan, 2009)
 Um agrupamento de entidades que se comunicam, 
trocam e compartilham informações entre si
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O que é uma rede de computadores ?
 Em qualquer rede de computador há:
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O que é uma rede de computadores ?
 Em qualquer rede de computador há:
 Membros (dispositivos, nós e servidores)
 Os membros devem se conectar uns aos outros
 Todo membro deve entender que claramente o que um 
comunica ao outro
 Entidades conectadas de uma rede são chamadas de nós
 Ligação através da qual a comunicação ocorre é chamada 
de meio de rede
 Regras que governam a maneira pela qual os dados são 
transmitidos são chamados de protocolos comuns para a 
rede
 Serviços
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O que é uma rede de computadores ?
 Dispositivos = nós = host = estação = são usados para 
representar qualquer entidade conectada a rede 
 Terminais, impressoras, computadores, unidades especiais 
de hardware, servidores, repetidoras, pontes, chaves, 
roteadores, etc...
 Os dispositivos podem ser:
 Locais ou transmissor 
 Remotos ou receptor
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Comunicação de dados
 “É a troca de informações entre 2 dispositivos através 
de alguma forma de meio de comunicação.” (Forouzan, 
2009)
 Características
 Entrega
 Confiabilidade 
 Tempo de atraso
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Elemento da comunicação de dados
 Mensagem
 Transmissor
 Receptor
 Meio de transmissão
 Protocolo
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Representaçãode dados
 Um caractere 
 Padrão ou sequência de bits 0s e 1s
 Codificações
 ASCII
 7 bits para representar um símbolo
 Alt + 64 = @
 ASCII estendido
 8 bits (1 byte) para representar um símbolo
 Unicode
 16 bits para diversas línguas do mundo
 ISO
 32 bits – representa qualquer símbolo no mundo
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Representação de dados (números)
 São representados por um padrão de bits 
 Geralmente é convertido para binário sem nenhuma 
representação adicional
 Conversão de Binário para Decimal
 Conversão de Decimal para Binário
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Posição – 1 1 1 1 1 1 1 1
Peso – 27 26 25 24 23 22 21 20
128 64 32 16 8 4 2 1
Direção do fluxo de dados
 A comunicação pode ocorrer de três maneiras:
 Simplex:
 Half-duplex:
 Full-duplex:

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ou
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Direção do fluxo de dados
 A comunicação pode ocorrer de três maneiras:
 Simplex: transmissão acontece em uma única direção
 Tv e rádio
 Half-duplex: cada dispositivo pode transmitir e receber, 
mas nunca ao mesmo tempo
 Walkie-talkie
 Full-duplex: o enlace é utilizado nos dois sentidos 
possíveis de transmissão simultaneamente
 Telefonia
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ou
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Redes
 Critérios de comparação
 Performance
 Tempo de transito e o tempo de resposta
 Inúmeros fatores: quantidade de usuários, meio de 
transmissão, capacidade do hardware, eficiência do software, 
etc...
 Confiabilidade
 Garantia de entrega
 Frequência de falhas
 Robusteza da rede numa catástrofe
 Tempo de reconfiguração de link
 Segurança
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Redes – parte física
 Tipos de conexão
 Ponto a ponto
 Link dedicados a dois dispositivos
 A capacidade do link é 
reservada para a comunicação
 Multiponto
 Dois ou mais dispositivos compartilham o mesmo link
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Redes – parte física
 Topologia física
 Malha ou mesh
 Cada dispositivo possui um link dedicado com os demais 
dispositivos da rede
 Existem N(N-1)/2 canais físicos interligando os dispositivos
 Facilidade na identificação e isolamento de falhas
 Altamente tolerante a falhas (robustez)
 Privacidade e segurança
 Cabeamento excessivo
 Elevado número de interface de rede
 Complexa (dificuldade na instalação
e configuração)
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Redes – parte física
 Topologia física
 Estrela: cada dispositivo se comunica diretamente com 
um concentrador
 Não há comunicação direta entre dispositivos
 Custo  malha > estrela > barramento
 O número de portas de um concentrador é limitado 
 Somente um link e uma interface de rede
 Simplicidade no protocolo de comunicações
 Fácil detecção e isolamento de falhas
 Facilidade de modificação 
 Maior comprimento de cabo
 Dependência do nó central
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Switch/hub
Redes – parte física
 Topologia física
 Barramento
 Os nós são concentrados no backboner
 Alto poder de expansão
 Nós estão conectados ao mesmo meio de transmissão
 Cada equipamento possui um único endereço
 Comunicação é feita por broadcast
 O meio de transmissão cabo coaxial
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Terminador
Segmento
Terminador
Redes – parte física
 Barramento
 Vantagens
 A facilidade de instalação
 É relativamente económica
 Usa menos cabo que as outras topologias
 Desvantagens
 A dificuldade de mudar ou mover nós
 Praticamente não tem tolerância a falhas, caso falhe um dos 
nós toda a rede vai a baixo
 Dificuldade de diagnosticar falhas ou erros
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Redes – parte física
 Topologia física
 Anel ou ring: conexão ponto a ponto dedicada somente 
com outros dois dispositivos
 Sinais em sentido único
 Os nós servem como repetidor
 Utiliza ligação ponto a ponto
 Simplificar as ligações
 A falha de um nó provoca a falha da rede
 Dificuldade de localização de falhas
 Grande número de pontos intermediários acarretando delay
 Token: é uma licença
 Requisição do token
 Obtenção do token
 Transmissão de dados para o computador de destino
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Redes – parte física
 Topologia física
 Hibrida
 Combinação de 2 ou mais topologia
 Pouco utilizada em LAN
 Pode haver múltiplas ligações entre várias localizações
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Barramento
Redes – parte física
 Topologia física
 Árvore
 Baseada numa estrutura hierárquica
 Existe 1 ou mais concentrador
 Facilidade de manutenção
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Redes – parte física
 Topologia física
 Ad hoc
 Dispositivos com emissores e receptores wireless estão ao 
alcance um do outro
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Classificação das redes
 Local Area Network – LAN
 Metropolitan Area Network – MAN
 Wide Area Network - WAN
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Internet
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Vamos ver 
um vídeo...
Atividades
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Arquitetura de rede de computadores
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 Estruturada em um conjunto de camadas hierárquicas
 Chamada de camadas ou níveis
 Pensado como um programa
 Implementado por hardware ou software
 Comunica com o processo correspondente na outra máquina
 É formada por níveis, interfaces e protocolos
 Protocolos
 Conjuntos de regras e formatos (semântica e sintaxe) através dos 
quais informações são trocadas entre as entidades de nível N
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Arquitetura de rede de computadores
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 Nome, conjunto de funções e serviços, e o protocolo variam de 
acordo com a arquitetura
 Inicialmente cada empresa criava sua própria arquitetura
 Arquiteturas proprietárias (IBM, Novel, etc)
 Parques compostos por diferentes fornecedores
 Arquitetura única – aberta e pública
 Com isso a ISO desenvolve um padrão chamado de Modelo de 
referência OSI (Open Systems Interconnection)
 Voltado para redes de longa distância mas funciona para redes 
locais
 Arquitetura Internet – baseia-se nos protocolos TCP/IP 
 Conhecido como Modelo de Referência TCP/IP
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Arquitetura de redes de computadores
39 Curso: Sistemas de informação
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Emissor escreve a carta, 
coloca em um envelope e 
coloca na caixa de correio
A carta é recolhida por 
um carteiro que a entrega 
no posto mais próximoA carta é classificada pelo 
correio e adicionado 
algum tipo de transporte
O receptor pega o 
envelope na caixa de 
correio, abre e lê
A carta é classificada e 
enviada ao receptor
A carta é entregue ao 
posto local dos correios 
pelo agente de transporte
Camada superior
Camada 
intermediária
Camada inferior
Arquitetura de redes de computadores
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Modelos de referência
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 Modelo OSI
 Protocolos desse modelo raramente são utilizados nos dias de 
hoje
 Modelo TCP/IP
 Modelo propriamente dito não é muito utilizado, mas os 
protocolos tem amplo uso
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Modelos de referência Open Systems 
Interconnect (OSI)
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 Expansão das redes locais
 Falta de compatibilidades
 Objetivos de sistema aberto
 Interoperabilidade
 Capacidade que os sistemas abertos possuem de troca de 
informações entre seus componentes, mesmo que sejam 
fornecidos por fabricantes diversos (exemplo: Disquete, CD, 
DVD).
 Interconectividade
 É a maneira através da qual se pode conectar 
computadores de fabricantes distintos (por uma rede)
 Portabilidade da aplicação
 Escalabilidade
 Desde computadores pessoais até supercomputadores
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Modelos de referência Open Systems 
Interconnect (OSI)
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 Somente pares se comunicam
 Apenas a camada física tem uma comunicação direta
 Cada camada usa os serviços da camada inferior
 As camadas inferiores = nível de hardware
 As camadas superiores = nível de usuário
 Todas as camadas utilizam protocolos de algum tipo
 As camadas são independentes entre si
 Alterações em camada não se refletem nas demais
 Módulos diferentes podem ser desenvolvidos por 
equipes e por fabricantes diferentes
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Camada Física
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 Única camada que possui acesso físico ao meio de 
transmissão
 Especifica: 
 O conector, níveis de tensão, dimensões físicas, 
características mecânicas e elétricas
 Se a transmissão será half-duplex ou full-duplex
 Como a conexão será estabelecida e desfeita
 Representação de dados é em sequência de bits (0s ou 1s)
 Tempo de duração do bit no meio
 Sincronização dos bits
 Protocolo usa é o Ethernet
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Camada de Enlace
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 Responsável:
 Pela transmissão e recepção de frames
 Criar e reconhecer o limite dos frames
 Realizar a conexão entre os protocolos de software e os de 
hardware
 Por detectar e corrigir erros
 Controle de fluxo, controle de erros e controle de acesso
 Subdividida em 
 Logic Link control - LLC 
 Media Access Control – MAC mais próxima da camada 
Física
 Define o endereço MAC (endereço físico)
 Protocolo: HDLC, X.25, PPP, ISDN e Frame Relay
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Camada de Rede
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 A sua função é encaminhar pacotes entre a máquina de 
origem e a máquina de destino 
 Endereçamento lógico
 Roteamento dos dados
 Realiza o controle de congestionamento
 Responsável pela qualidade de serviço
 Tem que permitir que redes heterogêneas se 
comuniquem
 Protocolos: IP, IPX, RIP e OSPF
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Camada de Transporte
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 Aceitar dados da camada superior, dividi-los e repassar 
a camada de rede
 Assegurar que todos os fragmentos chegaram 
corretamente a outra extremidade
 Tipo de serviço devem ser fornecidos a camada de 
sessão
 Troca de dados fim-a-fim
 Nível de transporte do nó origem se comunica com o nível de 
transporte do nó destino
 Funções:
 Multiplexação, controle de fluxo, de link e de erros, controle 
de sequencia fim-a-fim, endereçamento de portas e 
segmentação 
 Protocolos: TCP e UDP
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Camada de Sessão
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 Estabelece e encerra os enlaces de comunicação
 Principais serviços são:
 Gerenciamento de token
 Controle de diálogo 
 Gerenciamento das atividades
 Quem deve transmitir a cada momento
 Gerenciamento de símbolos
 Impedindo que duas partes tentem executar a mesma operação 
crítica ao mesmo tempo
 Ponto de sincronização 
 Realizando a verificação periódica de transmissões “long” para 
permitir que elas continuem a partir do ponto em que estavam ao 
ocorrer uma falha
 Protocolos: RPC, NFS
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Camada de Apresentação
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 Transformação adequada dos dados
 Convertidos e garantidos em um formato universal
 Antes do envio ao nível de sessão
 Criptografia
 Compressão de dados
 Deve conhecer a sintaxe de seu sistema local
 Não se preocupa com os dados a nível de bits
 Serviços:
 Transformação de dados
 Formatação de dados
 Seleção de sintaxe e estabelecimento e manutenção de 
conexões de apresentação
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Camada de Aplicação
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 Interfaces entre processos de comunicação de rede e as 
aplicações utilizadas pelo usuário
 Determinar qualidade de serviço aceitável na conexão
 Identificação dos futuros parceiros na comunicação
 Especificação de aspectos relativos à segurança
 Protocolo HTTP
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Transmissão de dados no ambiente OSI
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 a
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Quadro ou frame 
Modelo TCP/IP
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 Patrocinado pela DARPA (Defense Advanced Research
Projects Agency)
 Baseia-se nos serviços fornecidos pelo TCP e IP
 Diversas semelhanças com o modelo OSI
 Possui 4 camadas
 Aplicação 
 Transporte
 Inter-Rede
 Host-rede
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Modelo TCP/IP
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OSI TCP/IP Protocolos
Aplicação Aplicação FPT, TELNET, SMTP
Apresentação
Sessão
Transporte Transporte TCP/UDP
Rede Inter-rede IP
Enlace Host/rede Ethernet, PPP
Física
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Modelo TCP/IP
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 Camada Host/rede
 Camada de abstração de hardware
 Responsável por enviar os dados para o meio de transmissão
 Principal função a interface do modelo TCP/IP com os 
diversos tipos de redes 
 Ex.: X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, PPP e SLIP
 Camada de Inter-rede
 Responsável pelo endereçamento, roteamento e controle de 
envio e recepção
 Ela não é orientada à conexão
 Comunicação por datagramas
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Modelo TCP/IP
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 Camada de Transporte
 Fim-a-fim
 Permitir que as entidades pares dos hosts de origem e de 
destino mantenham uma conversação
 Camada de Aplicação
 Podem usar serviços orientados a conexão TCP ou serviços 
não orientados a conexão UDP
 O padrão é estabelecido por cada aplicação
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Comparaçãoentre os modelos
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 Ambos baseiam-se no conceito de uma pilha de 
protocolos independentes
 Camadas com funções bem semelhantes
 Ambos possuem serviço de transporte fim a fim 
independente do tipo de rede
Piscitello e Chapim 1993 – diferença entre os modelos
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Comparação entre os modelos
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 OSI
 Distinção explícita entre conceito de interface, serviços e 
protocolos, adaptando-se perfeitamente aos conceitos da 
programação orientada a objetos
 Serviço: informa o que a camada faz
 Interface: informa como os processo acima dela podem acessá-la
 Protocolo: forneça o serviço oferecido
 Flexível e genérico
 TCP/IP
 Desenvolvido com base nos protocolos
 Não se adapta a outras pilhas de protocolos
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Crítica ao modelo OSI
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 1) Momento ruim
 TCP/IP amplamente utilizado
 TCP/IP “queridinho” dos acadêmicos
 Não dispostos a investir
 Modelo OSI não saí do papel
 2) Tecnologia ruim
 Duas camadas praticamente vazias
 Camada de sessão e apresentação
 Duas camadas sobrecarregadas
 Camadas de enlace e rede
 Padrões grandes e complexos para implementar
 Duplicidade de funções
 Endereçamento, controle de fluxo e controle de erros
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Crítica ao modelo OSI
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 3) Implementações ruim
 Lentas, pesadas e gigantescas
 OSI baixa qualidade
 2) Política ruim
 Burocratas tentando empurrar um padrão 
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Crítica ao modelo TCP/IP
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 1) Não diferencia serviço, interface e protocolo
 2) Não é abrangente
 Não consegue descrever outras pilhas de protocolo
 3) Host/rede
 Não é camada é interface entre camada de rede e de enlace
 Não faz distinção entre camada física e enlace
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Comparação entre os modelos
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 Modelo OSI excepcionalmente útil para redes de 
computadores
 Protocolos OSI jamais conseguiram tornar-se populares
 Modelo TCP/IP é praticamente inexistente
 Protocolos TCP/IP usados em larga escala
 Modelo hibrido
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5 Camada de aplicação
4 Camada de transporte
3 Camada de rede
2 Camada de enlace
1 Camada física
Atividades
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