Redes de Computadores e a Internet - Histórico e conceitos básicos

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Redes de Computadores 
 
Luciana A. F. Martimiano 
 
 
Alguns slides foram adaptados do material desenvolvido pelos Profs. José Augusto Suruagy Monteiro e 
Paulo Sérgio Lopes de Souza 
Universidade Estadual de Maringá 
Departamento de Informática 
Roteiro 
• Definição de Redes de Computadores 
• Histórico 
• Conceitos básicos 
• Atrasos em um Sistema de Comunicação 
O que é uma rede? 
Segundo Tanenbaum: 
 
 “ uma rede é uma coleção de computadores 
autônomos interconectados, aptos a trocar 
informações e compartilhar recursos” 
 
Histórico 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
1960 1990 
Redes de telefonia (comutação por circuitos); 
Computadores de alto custo  necessidade de compartilhar; 
Multiprogramação (time-sharing); 
Tráfego intermitente – comutação por pacotes 
(Primeiros comutadores de pacotes – Interface Message Processors –IMPs); 
Comutar: interligar dois ou mais pontos; trocar; permutar 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
1960 1990 1967 
ARPA (Advanced Research Projects Agency): 
 ARPANet; 
Rede NPL (National Physical Laboratory)  Inglaterra 
Redes de Computadores – Projeto Original 
da ARPANET 
IMP: Interface Message Processors 
Link de 56 kbps 
Confiabilidade: cada IMP conectado a outros dois 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
1960 1990 1967 
ARPANet com 15 nós; 
NCP – protocolo de controle de rede; 
1971 
Redes de Computadores – Evolução da 
ARPANET 
Dez. 1969 Jul. 1970 
Mar. 1971 
Abr. 1972 
Set. 1972 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
1960 1990 1967 
• ALOHANet – Procotolo de acesso múltiplo com 
 broadcast por rádio; 
• TeleNet; Rede SNA (IBM); 
• TCP, UDP, IP; 
• 1976  Ethernet com fio (Xerox) 
1971 1980 
Redes proprietárias 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
1960 1990 1967 
• BitNet  emails, chats, transferência 
 de arquivos; 
• NSFnet  5 Kbps; 
 1,5 Mbps; 
• 1983  TCP/IP torna-se padrão para 
 ARPANet; 
• DNS; 
• Rede Minitel (França); 
• Modelo OSI; 
• 1989: RNP é criada; 
1972 1980 
Proliferação das Redes 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
1960 1990 1967 
• ARPANet é extinta; 
• Web (WWW); 
• HTTP; HTML; 
• Servidores Web; 
• Navegadores; 
• 1994/5  “boom” 
 no Brasil 
• Infraestrutura: 
• roteadores; 
• LANs; 
1972 1980 INTERNET 
Redes de Computadores 
Linha do tempo 
INTERNET 
Atualmente 
• Voice over IP; 
• Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet; 
• Acesso à Mídia Contínua; 
• Redes sem fio (Wi-Fi, Bluetooth, WiMax); 
• Celulares 3G e 4G; 
• Internet Banking 
• Redes Sociais 
• Novos padrões de cabeamento 
• Altas velocidades (100 Gbps) 
• Computação distribuída e paralela 
• Objetos conectados à rede (IoT) 
•... 
Conceitos Básicos 
Redes de Computadores: Estrutura básica 
Componentes: 
 
Software: protocolos e 
aplicações (na borda da rede) 
 
Hardware: roteadores 
(núcleo da rede), 
switches, modens, hubs, APs, 
placas de rede (NIC),... 
 
Enlaces de Comunicação: 
cabeamento, sinais de rádio, 
de satélite,... 
• Software de Rede: 
— Pilha de camadas ou níveis 
– Encapsulamento e redução da complexidade 
— Protocolo 
– Acordo entre duas camadas (pares) 
— Interface 
– Acesso aos serviços em camadas adjacentes 
— Serviço é formado por um conjunto de primitivas 
— Arquitetura da rede é formada por: 
– um conjunto de camadas e protocolos (pilha de 
protocolo) 
 
Redes de Computadores 
Redes de Computadores: Protocolo 
• Define o formato e a ordem das mensagens trocadas 
entre duas ou mais entidades que se comunicam, 
bem como as ações realizadas na transmissão e/ou 
recepção de mensagens 
• Implementa um serviço 
 
• Software de Rede 
 
— Modelos de Referência OSI 
— Padrão TCP/IP 
— Modelo Híbrido 
 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas – Modelo ISO/OSI 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas – Modelo ISO/OSI 
• Modelo OSI 
– Serviços (semântica; o que faz) 
– Interfaces (como é acessada) 
– Protocolos (como trabalha, mas sem 
definir quais são) 
• Críticas aos Protocolos e ao Modelo OSI 
– Modelo surgiu antes dos protocolos 
– Momento ruim 
– Tecnologia ruim 
– Implementações ruins 
– Política ruim 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas – Padrão TCP/IP 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas - Padrão TCP/IP 
• Críticas: 
— Não diferencia serviço, interface e protocolo 
— Não é abrangente 
— Camada “host-to-network” não é realmente 
uma camada 
— Modelo não distingue camadas física e de 
enlace de dados 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas – Modelo Híbrido 
Modelo de Referência Híbrido (Pilha de protocolos 
Internet) 
 
• Aplicação: dá suporte a aplicações que usam a 
infraestrutura da rede 
• Transporte: transferência de dados da origem ao 
destino (fim a fim) 
• Rede: endereçamento e roteamento de pacotes da 
origem até o destino (nó a nó; fim a fim) 
• Enlace: transferência de dados entre elementos de rede 
vizinhos (nó a nó) 
• Física: bits “no fio” (nó a nó) 
 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
Camadas – Modelo Híbrido 
Redes de Computadores: Arquitetura em 
camadas - PDU e SDU 
DADOS CAB. N+1 
DADOS CAB. N 
CAB. N-1 DADOS 
CAMADA N+1 
CAMADA N 
PDU (Protocol Data Unit) 
(camada gera) 
SDU (Service Data Unit) 
(camada recebe) 
T. N+1 
T. N 
T. N-1 
Encapsulamento 
• Uma SDU pode gerar várias PDUs (uma mensagem 
da camada de aplicação pode ser encapsulada em 
diversos segmentos de transporte) 
Redes de Computadores: Hardware de 
rede 
• Hardware de rede 
• Estrutura da Rede: 
— borda da rede: aplicações 
(software) e hospedeiros 
(hosts) 
— núcleo da rede: 
– roteadores 
– rede-de-redes 
— redes de acesso, meio 
físico: enlaces de 
comunicação 
Redes de Computadores: Hardware de 
rede 
 Comutadores: 
• Roteador (camada de rede) 
 Equipamento usado para fazer a comutação de pacotes, a 
comunicação entre diferentes redes de computadores 
provendo a comunicação entre computadores, que podem 
estar distantes entre si 
 
 
 
 
• Switches (camada de enlace) 
 Segmenta a rede internamente, sendo que cada porta 
corresponde a um host diferente 
 
Redes de Computadores: Hardware de 
rede 
 Modem (camada física) 
• Dispositivo que modula um sinal digital em um 
sinal analógico para ser transmitido pela linha 
telefônica, e demodula o sinal analógico para o sinal 
digital original 
• Modelos atuais não precisam mais modular e 
demodular o sinal 
 
 Hub (ou concentrador) (camada física) 
• Transmite sinal, tendo como principal característica 
que este sinal é enviado para muitos receptores ao 
mesmo tempo 
Redes de Computadores: Hardware de 
rede 
 Repetidor (camada física) 
• Equipamento utilizado para amplificar e regenerar os 
sinais transmitidos no meio físico 
 
 
 
 Bridges (camada de enlace) 
• Dispositivo utilizado para interligar redes distintas 
(com protocolos distintos) ou redes iguais 
30 
• Modelos de Transmissão 
• Tipos de Serviço 
• Tipos de comutação (chaveamento) 
• Tipos de Conexão 
• Topologias de Rede 
• Categorias de Redes 
Redes de Computadores 
Modelos de Transmissão 
SIMPLEX 
(ex: rua de mão única) HALF-DUPLEX 
(ex: estrada de mão-
dupla em obras) 
ou 
FULL-DUPLEX 
(ex: estrada de mão-dupla) 
Serviço orientado a conexões 
• transferênciade dados através de um fluxo de bytes 
ordenados e confiável 
— perda: 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  evitar perdas 
 
Aplicações que usam serviço orientado a conexão: 
• HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login 
remoto), SMTP (email) 
 
Serviço não orientado à conexão 
—transferência de dados não confiável 
—não controla o fluxo 
—nem congestionamento 
 
Aplicações que usam serviço sem conexão: 
• streaming, teleconferência, telefonia Internet 
Tipos de Comutação no Núcleo da Rede 
Redes de 
Telecomunicações 
Redes comutadas 
por circuitos 
FDM TDM 
Redes comutadas 
por pacotes 
Redes 
com CVs 
Redes 
datagrama 
Tipos de Comutação: Comutação de 
Circuitos (1) 
Recursos são reservados para a 
chamada fim a fim 
— banda do enlace, capacidade dos 
comutadores 
— recursos dedicados: sem 
compartilhamento 
— desempenho tipo circuito 
(garantido) 
— necessita estabelecimento de 
conexão 
— Ex.: Telefonia fixa tradicional; 
 
Tipos de Comutação: Comutação de 
Circuitos (2) 
• recursos da rede (ex., 
banda) são divididos em 
“pedaços” (quadros) 
• pedaços alocados às 
chamadas 
• Períodos de silêncio: 
recurso fica ocioso se 
não for usado pelo seu 
dono 
• não há 
compartilhamento, 
gerando desperdício 
• como faz a divisão da 
banda de um canal em 
pedaços (multiplexação)? 
 
• divisão de frequência 
• divisão de tempo 
 
frequência 
tempo 
4 usuários 
FDM 
TDM 
tempo 
frequência 
Tipos de Comutação: Comutação de 
Pacotes (1) 
Cada fluxo de dados fim a fim é 
dividido em pacotes 
• pacotes dos usuários A, 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, esperam 
para usar o enlace 
• armazena e retransmite: 
pacotes se deslocam uma 
etapa por vez 
— transmite num enlace 
— espera a vez no próximo 
Divisão da banda em “pedaços” 
Alocação dedicada 
Reserva de recursos 
Tipos de Comutação: Comutação de 
Pacotes (2) 
A sequência de pacotes A & B não possuem um 
padrão constante  multiplexação estatística 
(alocação dos recursos por demanda) 
Filosofia: armazenar e retransmitir; 
Tipos de Conexão 
Ponto a Ponto 
Link dedicado entre dois 
pontos 
 
 
Multiponto 
Link entre diversos 
pontos 
Conexão é 
compartilhada de forma 
espacial ou temporal 
Topologia Física 
• Principais tipos: 
• Malha 
• Estrela 
• Barramento 
• Anel 
• Híbrida 
Topologia Física 
• Principais tipos: 
• Malha 
• Estrela 
• Barramento 
• Anel 
• Híbrida 
Categorias de Redes 
Quanto a dispersão geográfica, as redes podem 
ser classificadas como: 
Redes Pessoais (PAN) 
Cobrem distâncias muito pequenas 
Destinadas a uma única pessoa ou a poucas pessoas 
próximas 
1 metro 
Redes de maior abrangência 
LANs (Local Area Networks) (10m a 1km) 
MANs (Metropolitan Area Networks) (10km) 
WANs (Wide Area Networks) (100km a 1000km) 
Atrasos (delays) no Núcleo da Rede 
Sistema de Comunicação 
• Um sistema de comunicação possui cinco 
componentes básicos: 
• Mensagem (ou dados) 
• Emissor 
• Receptor 
• Meio de transmissão (físico) 
• Protocolo (regras para controle da comunicação) 
Sistema de Comunicação 
• A eficácia de um sistema de comunicação 
depende: 
• Entrega 
• Precisão/Integridade (dados corretos) 
• Sincronização (dados no momento certo) 
• Atraso 
• Jitter (variação de atraso) 
Atrasos (delay) na rede 
• Núcleo da rede (nó) 
• Processamento nodal 
• Fila 
• Transmissão 
• Propagação 
 
• Atraso nodal total 
Atraso em redes comutadas por pacotes 
•os pacotes experimentam 
atraso no caminho fim a fim 
•quatro fontes de atraso em 
cada etapa 
•Processamento no nó 
verificação de bits com erro 
identif. do enlace de saída 
•Enfileiramento 
tempo de espera no enlace de 
saída até a transmissão 
depende do nível de 
congestionamento do roteador 
Atraso em redes comutadas por pacotes 
Transmissão 
R=largura de banda do 
enlace (bps) 
L=compr. do pacote (bits) 
tempo para enviar os bits 
para o enlace = L/R 
Propagação 
d = compr. do enlace 
s = velocidade de propagação no 
meio 
(2x108 a 3x108 m/seg) 
atraso de propagação = d/s 
Atraso no nó 
dproc = atraso de processamento 
tipicamente de poucos microsegs ou menos 
dfila = atraso de enfileiramento 
depende do congestionamento 
dtrans = atraso de transmissão 
L/R 
dprop = atraso de propagação 
d/s 
poucos microsegs a centenas de msegs 
proptransfilaprocnó ddddd 
Atraso de enfileiramento 
R=largura de banda do enlace 
(bps) 
L=compr. do pacote (bits) 
a=taxa média de chegada de 
pacotes 
intensidade de tráfego = La/R 
 La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento 
 La/R  1: grande atraso (próximo de 1) 
 La/R > 1: chega mais “trabalho” do que a 
capacidade de atendimento, atraso médio 
infinito! 
Perda de pacotes 
• Fila (buffer) anterior a um canal possui 
capacidade finita 
• Quando um pacote chega numa fila cheia, o 
pacote é descartado (perdido) 
• O pacote perdido pode ou não ser retransmitido 
 
 
 
• Mostrar traceroute/tracert 
Exercícios Sugeridos e Seções para 
leitura 
• Kurose & Ross, Redes de Computadores e a 
Internet, 5ª ed., 2010. Cap. 01. 
• Questões de Revisão: 1, 2, 3, 4, 9, 10, 11, 13, 15 a 
20, 22 a 25; 
• Problemas: 1, 5, 9, 18, 19, 23 a 27, 31; 
 Seções: 1.1, 1.2 e 1.2.1, 1.3, 1.4, 1.5 e 1.7 
 
 
Bibliografia 
• Tanenbaum e Wetherall, Redes de Computadores, 5ª 
ed., 2011. Cap. 01. 
• Kurose & Ross, Redes de Computadores e a Internet, 
5ª ed., 2010. Cap. 01. 
• Forouzan, Comunicação de Dados e Redes de 
Computadores, 4ª ed., 2008. Caps. 01 e 02. 
• Guerreiros da Internet -
http://www.youtube.com/watch?v=POJ9djesSyk 
• CGI.br - 
http://www.youtube.com/watch?v=F38J9R5wuqo&feat
ure=plcp 
• Discovery Channel – A verdadeira história da “Internet” 
(Web) - 
http://www.youtube.com/watch?v=8pWDXLT3zBw (4 
episódios)