Aula 04 Redes de Computadores UFRPE

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Redes de Computadores
Aula 4
Obionor Nóbrega
1
Conceitos Básicos
� Nós (Nodos – Nodes): PCs, equipamentos especiais
� Hosts
� Elementos de Interconexão
� Canais (links): Meio de conexão
� Ponto-a-Ponto (Pear-to-Pear)
� Par Trançado
� Fibra Óptica
� Alguns problemas:
� como codificar os bits?
� como distinguir um bit de outro?
� como identificar o início e o fim de um stream?
� como detectar erros de transmissão e corrigi-los?
2
Conceitos Básicos
� Canais (links): Meio de conexão
� Multi-ponto
� Cabo Coaxial
� Ondas de Rádio
� Alguns problemas com comunicação multiponto:
� como é que um nó sabe se um pacote lhe é destinado?
� como evitar que um nó que tem uma mensagem muito longa a 
transmitir não empeça outros nós de comunicarem-se?
� Como evitar que dois nós transmitam pacotes simultaneamente 
sem corrompe-los?
...
3
Definição
� Uma rede pode ser definida recursivamente como...
� Dois ou mais nós conectados por um canal
� Duas ou mais redes conectadas por pelo menos um nó em 
comum
Problema: nós origem e destino de uma 
comunicação nem sempre estão 
diretamente ligados.
4
Topologias Típicas de Redes
Estrela Anel
Barramento
Árvore
Genérica
ou Irregular
5
Tamanhos das redes
� WAN
� Rede geograficamente distribuída
� MAN
� Algumas dezenas de km,Fibra óptica, 
� CAN
6
2
Tamanhos das redes
� LAN
� local
� PAN
� Pessoal
� GAN
� Global
� SAN*
� Armazenamento
7
Resumo da classificação geográfica
Distância entre 
processadores 
Localização dos 
processadores 
Exemplo 
10 cm Placa de circuito Máquina dataflow 
1 m Pessoa PAN 
10 m Sala LAN 
100 m Prédio LAN 
1 Km Campus CAN 
10 Km Cidade MAN 
100 Km País WAN 
1.000 Km Continente WAN 
 
10.000 Km Planeta GAN 
 
 
8
Comutação, endereços e rotas
� Comutação:Transporte da informação
� Técnicas:
� Circuitos (rede telefônica):
� circuitos dedicados
� Fluxo de bits
� Pacotes (redes de dados):
� Cada nó intermediário armazena temporariamente os 
pacotes em trânsito, e tenta passa-los para o nó 
seguinte na rota até o nó destino
� store-and-forward
� envio de mensagens
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Comutação, endereços e rotas
� Endereços e rotas:
� Endereço:
� Cadeia de bytes que identifica um nó
� Usualmente único
� Rota:
� Caminho usado para transmissão da 
informação entre origem e destino
� Roteamento:
� Processo de identificação da rota a ser usada
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Tipos de Comutação
� Circuito
� Caminho dedicado entre ambas as extremidades 
até o final da chamada.
� Mensagem
� Cada bloco de dados é integralmente transmitido 
(store-and-forward).
� Não há limites máximo de tamanho (problema em 
“roteadores”)
� Pacote
� Há limites de tamanho máximo do bloco de dados.
11 12
3
Comutação de pacotes: problemas
� Como é que os nós são identificados?
� Como é que a rede determina a rota 
que um pacote deve seguir para ser 
entregue ao seu destinatário?
� Como é que se evita o 
congestionamentos dos nós?
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Problemas das redes comutadas
� Problemas específicos:
� determinação da rota.
� Problemas não-específicos:
� identificação dos nós;
� fragmentação e reconstrução de mensagens;
� ordem das mensagens;
� erros de comunicação (ruído, falhas no HW);
� perda de pacotes (falta de memória nos 
comutadores – congestionamento, rotas 
inconsistentes, bugs do SW);
� avarias em nós e linhas.
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Identificação de padrões 
comuns de comunicação
� Sistema de acesso remoto
� (cliente/servidor)
� Sistema de tempo real
� On-Off/CBR
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Desempenho (Performance)
Largura de Banda (bandwith), Vazão (throughput)
� Volume de dados por unidade de tempo
� Capacidade do canal x fim-a-fim
� Latência, atraso de propagação (delay)
� Tempo para a mensagem ir de A para B
� Componentes:
� Latência – Transmissão + Propagação+ Filas
� Propagação = Distância / c
� Transmissão = Tamanho / Banda
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Desempenho (Performance)
� Banda é relacionada ao “tempo de bit”
� Latência pode ser unidirecional ou round-trip (RTT)
� Latência entre processos envolve software e sistema 
operacional
� Tempos de Software podem dominar em pequenas 
distâncias
� Velocidade da luz (c)
� 3,0 x 108m/s no vácuo
� 2,3 x 108m/s em um cabo coaxial
� 2,0 x 108m/s em uma fibra ótica
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Funcionalidade da Rede
Transformar conectividade entre máquinas em 
comunicação entre processos
� Diversos tipos de comunicações possíveis:
� Pedido/resposta (request/reply)
� Fluxos (streams)
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O que pode dar errado?
� Erros no nível de Bits (interferência EM)
� Erros no nível de pacotes (congestionamento)
� Falhas de nós e/ou canais
� Mensagens podem ser...
� Atrasadas
� Adulteradas
� Perdidas
� Entregues fora de ordem
“O grande desafio da rede é cobrir a distância ente o 
que as aplicações necessitam e o que a tecnologia 
oferece".
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Órgãos Padronizadores
� ISO : International Standard Organization
� Trabalha em conjunto com ITU-T
� Padrão 8802 – Redes locais
� IEEE: Institute of Electrical and Electronics 
Engineers
� Padrão 802 – Redes locais
� IETF : Internet Engineering Task Force
� RFC : Request for comments (relatório técnicos)
� Draft Standard (teste o padrão proposto)
� http://www.ietf.org
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Organização em camadas
� Usa-se abstração para ocultar a complexidade de 
sistemas
� Abstrações levam naturalmente a organizações em 
camadas
� Podem haver abstrações alternativas em qualquer 
nível
Hardware
Host-to-host connectivity
Request/reply 
channel
Application Programs
Message stream 
channel
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Por que um modelo de rede em camadas?
� Decompõe as comunicações de rede em 
partes menores e mais simples;
� Padroniza os componentes de rede, 
permitindo o desenvolvimento e o 
suporte por parte de vários fabricantes;
22
Por que um modelo de rede em camadas?
� Evita que as modificações em uma 
camada afetem as outras, possibilitando 
maior rapidez no seu desenvolvimento;
� Decompõe as comunicações de rede em 
partes menores, facilitando sua 
aprendizagem e compreensão; 
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Vantagens do modelo em camadas
� Decomposição: um problema “intratável” é 
decomposto em problemas solúveis –
estratégia de Júlio César: dividir para 
conquistar;
� Modularidade: é relativamente fácil 
acrescentar funcionalidade,ou alterar a 
implementação, desde que se preservem as 
interfaces.
24
5
Processo de encapsulamento
� Se um computador desejar enviar 
dados para outro computador, os dados 
devem primeiro ser empacotados 
através de um processo chamado 
encapsulamento;
25 26
Protocolo
� Cada camada de uma rede consiste em um conjunto de 
protocolos;
� Cada protocolo define duas interfaces:
� Serviços de comunicação: operações disponibilizadas para a 
camada superior
� Define a interface par-a-par (mensagens) 
� Par-a-par: comunicação no mesmo nível
� Identifica o módulo que implementa a interface e os serviços da 
camada (define sintaxe e semântica das mensagens e regras para 
trocas)
High-level 
object
Protocolo
High-level 
object
Protocolo
Service
Inteface
Peer-to-
peer
Host 2Host 1
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O que é um protocolo?
� Protocolos Humanos:
� Que horas são?
� Eu tenho uma 
pergunta...
� Apresentações
� ...especifica msg 
enviadas
� ...especifica ações 
tomadas quando msg 
são recebidas
� Protocolos de rede:
� Máquinas ao invés 
de humanos;
� Toda atividade de 
comunicação na 
Internet é através de 
protocolos
Protocolos definem os formatos, ordem das mensagens enviadas e
recebidas pelas entidades de rede e ações a serem tomadas na
transmissão e recepção de mensagens. 28
O que é um protocolo?
Um protocolo Humano e um protocolo de redes de computadores
29
Grafo de Protocolos
� Interligação de Módulos (protocolos)
� Maior parteda comunicação ponto-a-ponto é 
indireta, feita através dos serviços
� Apenas o nível do hardware se comunica 
diretamente
30
6
Comunicação ponto-a-ponto -
virtual
31
Comunicação ponto a ponto - real
32
Introdução
� Estruturação de Redes em Camadas
� Modelem em blocos (camadas) funcionais 
interligados.
� O modelo descreve funcionalidades e 
não detalhes de implementação.
� Uma camada n só se comunica com as 
camadas adjacentes a ela.
N+1
N
N-1
A camada n oferece serviços para a
camada n-1
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Introdução
� Logicamente, a camada n de um host 
troca informação somente com a camada n
dos outros host.
Camada 5 Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Camada 4
Camada 3
Camada 1
Camada 2
Meio Físico
Protocolo da camada 5
Protocolo da camada 4
Protocolo da camada 3
Protocolo da camada 2
Protocolo da camada 1
H
o
st
 
1
H
o
st
 
2
34
Introdução
� Exemplo: Conversa dos filósofos
Filósofo
Hindu
Filósofo
Alemão
Secretária Secretária
Tradutor Tradutor
filosofia
holandês
português
3 3
2 2
1 1
35
Introdução
� Modelo OSI/ISO de 7 camadas
Meio Físico
Camada Física
Camada de Transporte
Camada de Apresentação
Camada de Aplicação
Camada Enlace
Camada de Rede
Camada de Sessão
Camada Física
Camada Enlace
Camada de Rede
Camada de Transporte
Camada de Sessão
Camada de Apresentação
Camada de Aplicação7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
36
7
1o Passo: Gera Mensagem
MCamada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
37
2o Passo: Passa para camada inferior
MH4
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
38
3o Passo: Passa para camada inferior 
que ‘quebra’ em 2 partes
M1H4
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
H3 M2H3
39
H2 H2
4o Passo: Passa para camada inferior
M1H4
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
H3 M2H3
40
5o Passo: Transmissão
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
41
6o Passo: Recebe os dados e 
remonta os quadros
H2 H2M1H4
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
H3 M2H3
42
8
6o Passo: Passa para camada 
superior e remonta os pacotes
M1H4
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
H3 M2H3
H2 H2
43
7o Passo: Passa para camada 
superior e remonta a Mensagem 
original
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
H3 H3
H2 H2
MH4
44
8o Passo: Passa para camada 
superior e a mensagem chega à 
Aplicação
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
Host A Host B
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Camada 1
H3 H3
H2 H2
M
H4
45
Cabeçalhos
� Multiplexação e demultiplexação
� Mensagens de várias fontes tem que ser identificadas pelo 
protocolo inferior
� Protocolos precisam identificar destino entre entidades superiores
� Encapsulamento
� Adição de informação do protocolo à mensagem enviada por 
camadas superiores
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Arquitetura TCP/IP (Internet)
� Definida pela Internet Engineerng Task Force (IETF)
� Projeto e implantação em paralelo
� Aplicações x protocolos de aplicação
HTTPFTP TFTP NV
TCP UDP
IP
NET1 NET1 NET1...
Aplicação
Transporte
Rede
Interface de 
Rede
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Camadas na Internet
� Camadas de tecnologia de rede
� Não é considerada integrante do modelo
� Todos os detalhes de tecnologia de rede local
� Inclui detalhes físicos e baixo nível lógico
� Camada de rede (IP)
� Endereçamento e roteamento
� Única camada comum a toda rede
� Camada de Transporte (TCP e UDP)
� Conexão entre origem e destino
� Diferentes tipos de serviços
� Camada de Aplicação
� Protocolos de mais alto nível
� Semântica da aplicação 48
9
Arquitetura OSI
� Open System Interconnect
� Desenvolvido pela International Standard Organization (ISO)
� Modelo de Referência
� Problemas de implementação
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O Modelo OSI
� Várias redes, nas duas últimas décadas, 
foram criadas através de implementações 
diferentes de hardware e de software;
� Como resultado, muitas redes eram 
incompatíveis, e a comunicação entre redes 
com diferentes especificações tornou-se 
difícil; 
� A ISO reconheceu a necessidade de se criar 
um modelo de rede para garantir a 
interoperabilidade;
� Assim, a ISO lançou em 1984 o modelo de 
referência OSI; 50
Camadas OSI
� Camada Física
� Bits/sinais eletromagnéticos/sinais luminosos
� Formato de conectores
� Converte os quadros da camada de enlace em sinais 
compatíveis com o meio onde os sinais devem ser 
transmitidos;
� O papel da camada física é efetuado pela placa de rede 
dos dispositivos conectados à rede;
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Camadas OSI
� Camada de Enlace (link)
� Identificação de blocos (pacotes)
� Transforma os pacotes de dados em quadros;
� Adiciona aos quadros o endereço da placa de rede de 
origem, o endereço da placa de rede de destino, dados 
de controle, os dados propriamente ditos e o CRC;
� No destino, a camada de enlace refaz o CRC. Em caso de 
sucesso na comparação, envia o ack;
� Tratamento de erro;
� Controle de tráfego (buffer no receptor);
� Tecnologia de rede local.
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Camadas OSI
� Camada de Rede
� Interconexão de tecnologias de rede local;
� Responsável pelo roteamento dos pacotes;
� Conversão de endereços lógicos em endereços físicos;
� Controle de congestionamentos.
� Camada de Transporte
� Divide os dados em segmentos;
� Controlar o fluxo dos pacotes (reagrupamento);
� Enviar o acknowledge para o transmissor;
� Separar as camadas de nível de aplicação (camadas 5 a 
7) das camadas de nível físico (camadas 1 a 3);
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Camadas OSI
� Camada de Sessão
� Permite que duas aplicações estabeleçam uma sessão de 
comunicação; 
� Gerenciamento de controle de tráfego (direcional);
� Gerenciamento de Token;
� Sincronização.
� Camada de Apresentação
� Conversão de formatos de representação
� É responsável pela compressão de dados e criptografia
� Camada de Aplicação
� Semântica específica de cada problema
� Apresenta serviços que gerenciam o acesso das 
aplicações do usuários à rede;
54
10
Em que camada?
� Controle de erros
� Controle de fluxo
� Congestionamento
� Criptografia
� Algumas funcionalidades se repetem em vários 
níveis;
� Outras podem ser colocadas opcionalmente em 
diferentes camadas;
� Há funcionalidades que não precisam ultrapassar as 
fronteiras de uma camada
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Elementos de implementação
� Modelo de operação
� Quem inicia uma comunicação?
� Quantos elementos participam?
� Interface de serviços
� Como o programador acessa os serviços?
� Como o programa deve ser estruturado?
� Modelo de processos
� Há um processo por protocolo?
� Há um processo por mensagem?
� Estrutura de dados
� Como mensagens são manipuladas?
� Há recursos para tratamento de buffers?
� Que outras estruturas importantes existem?
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Operação
� Para que dois processos se comuniquem, um deles 
deve iniciar o processo
� Abertura passiva de conexão:
� Um processo se diz pronto a receber
� Não há necessariamente uma identificação de outro 
participante� Abertura ativa de conexão:
� Um processo sabe como alcançar seu interlocutor
� Esse interlocutor já está pronto para receber
� Fechamento da conexão:
� Um dos processos deve ser encarregado da tarefa
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Modelo de processo
� Processo por protocolo
� Simples
� Isolamento ente níveis
� Programação simples
� Cada processo conversa apenas com vizinhos
� Processo por mensagem
� Mais complexo
� Níveis combinados
� Programação mais difícil
� Mensagens sobem e descem
� Processos “atravessam” vários níveis da arquitetura
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TCP/IP versus OSI
Modelo OSI TCP/IP
Aplicação Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte Transporte
Rede Internet
Enlace Interface com a Rede
Física
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