aula1-redes

Prévia do material em texto

Fundamentos de Redes de Computadores
Professor: Rodrigo da Rosa Righi
Contato: rrrighi@unisinos.br
Aula: 1
Dia/Horário: Quinta-Feira, 19:30 - 22:23
Agenda
Origem e Uso das Redes de Computadores
Princípios da comunicação
Nomenclaturas e Conceitos
Redes Locais - LAN
Redes Metropolitanas - MAN
Redes de Larga Cobertura - WAN
Internetwork
Estudo de caso: A Internet
Protocolos de Redes
A Origem das Redes de Computadores
1830 - Invenção do 
Telégrafo por Morse
1876 - Ligação ponto-
a-ponto de usuários 
por sistemas de linhas 
telefônicas por 
Grahan Bell
1970 - Estações de 
comutação 
computadorizadas
A Origem das Redes de Computadores
Estudo de Redes de Computadores
Arquitetura de 
Computadores Telefonia
História dos computadores
Em 1940 tem-se 
o ENIAC
Século XIX tem-
se os trabalhos 
de Charles 
Babbage
Cálculos 
balísticos
Realizava até 
5000 
operações por 
segundo
A Origem das Redes de Computadores
Teleprocessamento
Termo da 
IBM
Interligar computadores e 
recursos geograficamente 
dispersos
Década de 40 e 50
Computadores centralizados
Redes de 
compu-
tadores Compartilhamento de impressoras 
e sistemas de processamento 
(mainframes)
Chaveamento por circuitos, com 
linhas de telefônia dedicadas
Muitas vezes é impraticável manter 
dois dispositivos numa mesma 
ligação ponto-a-ponto dedicada. 
Qual foi a ideia?
Computadores Telefones
A Origem das Redes de Computadores
Grande Impulso ARPANET(1969)
Cunho 
militar, 
guerra 
fria
Primeira rede 
operacional com 
comutação de 
pacotes
Transferência 
de arquivos e 
email
Videos 
conferências nunca 
funcionaram bem
ARPA (Advances 
Research Project 
Agency) e DoD 
(Department of Defense)
Universidades 
agregaram a 
rede, 
totalizando 
mais de 100 
sites
Final da 
década de 70, 
começou a 
usar o 
protocolo 
TCP/IP
Divisão
MILNET
Internet, atualmente com mais 
de 400 milhões de dispositivos
Na déçáda de 1980, os chamados 
microcomputadores se disseminaram 
rapidamente pelo seu baxio custo e 
desempenho cada vez maior. 
Simultaneamente, surgiram as primeiras 
redes locais (LAN) que causaram uma 
revolução na automação dos escritórios 
e fábricas. A simplicidade da tecnologia 
Ethernet e seu baixo custo foram 
responsáveis pelas primeiras 
tecnologias de sucesso em redes.
Trecho extraído de: Redes de Computadores, 
Alexandre Carissimi, Juergen Rochol e Lisandro 
Granville. Editora Bookman
Uso de Redes de Computadores
Redes como infraestrutura para Sistemas Distribuídos
Cliente-servidor Peer-to-Peer
Cliente
Servidor
Rede
Cliente
Princípios de Redes de Computadores
Modelo genérico de comunicação
Fonte Transmissor Receptor Destinatário
Princípios de Redes de Computadores
Modelo genérico de comunicação
Fonte Transmissor Receptor Destinatário
Conversão da 
informação para uma 
forma de sinal 
Aparelhos telefônicos
Modems
Codecs
Transmissores 
digitais
Transmissor e Receptor
Representantes Papel
(De) Modulação - 
sinal analógico
(De) Codificação - 
sinal digital
Princípios de Redes de Computadores
Modelo genérico de comunicação
Fonte Transmissor Receptor Destinatário
Rede pública ou 
privada de telefonia
Rede pública ou 
privada de pacotes/
quadros/células
Rede de Comunicação (Transmission System)
Rede Metropolitana Rede Local
Exemplo 
de Rede 
Dial Up
Trans-
missão e 
transfor-
mações 
no sinal 
Princípios de Redes de Computadores
Sinais Analógicos e Digitais
Princípios de Redes de Computadores
Dados propagados como um sinal elétrico, podendo estar na forma analógica ou digital
Sinal Analógico
Variação contínua de onda 
eletromagnética
Pode ser transmitida por 
meios guiados (par trançado, 
cabo coaxial e fibra óptica) e 
meios não guiados 
(atmosfera terrestre)
Princípios de Redes de Computadores
Sinal Digital
Sequência de pulsos de 
voltagem
Pode ser transmitida por 
meios guiados (par trançado, 
cabo coaxial)
Sinais Analógicos e Digitais
Dados propagados como um sinal elétrico, podendo estar na forma analógica ou digital
Sinais Analógicos e Digitais
Princípios de Redes de Computadores
Tr
an
sm
iss
ore
s
Transmissor Digital
Codec
Modem
Telefone Transforma frequências de onda em sinal analógico
Aceita dados binários (pulsos de voltagem) e efetua a modu-
lação para uma portadora da rede de comunicação analógica
Empregado quando uma informação analógica deve entrar 
numa rede digital. Entra dado analógico e sai sinal digital
Recebe informação digital que deve ser repassada para uma 
rede de comunicação digital.
Transamissão em banda base e banda larga
O que é largura de 
banda? Quantidade máxima de transmissão de diferentes sinais num meio físico
Banda Base Banda Larga
Toda largura de banda é usada por um único 
canal
Frequentemente usada na transmissão digital
Contempla a maioria das redes locais. 
Necessidade de codificação.
Curtas distâncias
Divisão da largura de banda em múltiplos 
canais, podendo cada canal transmitir 
diferentes sinais analógicos. 
Redes com largura de banda larga podem 
transmitir diferentes sinais simultâneos
Nomenclaturas e Conceitos
Nomenclaturas e Conceitos
Sentidos de Transmissão
Simplex
Rádio AM, FM 
e canal deTV
Half-Duplex
Half-Duplex
Walk-Talk, usados para segurança e controle
Telefone
Dados em uma úni-
ca direção
Dois sentidos, mas um de cada vez
Um equipamento envia uma solicitação e 
outro a recebe, processa e envia a resposta
Informação fluindo em paralelo em ambos 
os sentidos ao mesmo tempo
Nomenclaturas e Conceitos
Mecanismos de Comunicação
Ponto-a-ponto Broadcast
SatéliteTipo especial: multicast
Conexões entre pares 
de máquinas Unicast
Nomenclaturas e Conceitos
Organização de Redes
Ponto-a-ponto Multi-ponto
Direta
Uso de 
chaveadores 
ou conexões 
físicas
Barramentos ou Hubs
Comutada
Indireta
Comutadores, pontes e chaveadores
Pensando em projetar uma 
rede? 
Pense antes na sua cobertura 
de atuação e topologia
Nomenclaturas e Conceitos
Cobertura
Nomenclaturas e Conceitos
Cobertura
LAN - Locais MAN - Metropolitanas WAN - Larga cobertura
Sala, edifício ou universidade Cidade País, continente
Ligação de duas ou mais redes Internetwork
Internet
Normalmente, possui 
maiores taxas de 
transmissão
Baixa latência e baixa taxa 
de erros
Cobertura das Redes
Redes Locais - LAN
Características
Compartilhamento de recursos
Surgiram na década de 80
Geralmente usam cabos. Taxas 
de transmissão típicas de 10 
Mbps, 100 Mbps e 1 Gbps
Tamanho restrito
Implementações tradicionais
IEEE 802.3 (Ethernet) IEEE 802.4 (Token Bus) IEEE 802.5 (Token Ring)
Fácil administração
Implementação da Digital, 
Intel e Xerox
90% do mercado
Topologias
Barramento Estrela Anel
Redes Locais - LAN
Topologias
Barramento
Computador
Cabo
Vantagens Desvantagens
Sinal recebido por todos os nós Somente o nó destinatário lê a mensagem, os demais a ignoram
Redes Locais - LAN
Instalação simples
Uso de Hubs
Baixo custo
Maior o número de nós, 
maior número de 
colisões
Maior o número de nós, 
maior a chance de erros
Topologias
Estrela
Vantagens Desvantagens
Existência de um nós concentrador Comunicação por difusão (broadcast) ou de forma comutada (Switched)
Nó Central
Redes Locais - LAN
Instalação simples
Fácil de adicionar e 
remover computadores
Ponto único de falha
Custo mais elevado
Topologias
Anel
Vantagens Desvantagens
Ligação entre vizinhos O último computador se interliga com o primeiro, fechando o anel
Redes Locais - LANComputador
Normalmente, tem-se 
acesso discreto a rede, onde 
computadores não possuem 
acesso ilimitado a rede
Aumento dos nós não 
ocorre degradação
Falha num computador 
compromete a rede
Necessidade de parada 
da rede para expansão
Redes Metropolitanas - MAN
Redes Metropolitanas - MAN
Características
LANs e MANs 
são tecnologias 
para acesso a 
Internet
Facilidade de 
video 
conferência
Quando temos dezenas 
de quilômetros de 
distância, LANs não 
oferecem resposta
Interligação 
de centrais 
telefônicas
Transmissão de 
sinal de 
televisão, 
dados e voz
Implementações tradicionais
IEEE 802.6 (DQDB) - 
Distributed Queue Dual Bus 
IEEE 802.16 (WiMAX) - 
Distributed Queue Dual Bus FDDI
Uso
Redes de Larga Cobertura - WAN
Características
ETDs conectados por uma 
subrede de comunicação
Subnet transporta mensagens 
entre um ETD e outro
Possui computadores que são 
conhecidos como ETD = 
Equipamentos terminais de 
dados
Redes de Larga Cobertura - WAN
Linhas de transmissão Elementos de chaveamento
Subnet
Move os bits entre os ETDs Equipamentos que conectam três ou mais linhas de transmissão
Os nomes Roteador (Router) e Comutador 
são os mais comuns para a função de 
chaveamento
Ele determina o melhor caminho para que o 
fluxo de informação chegue ao seu destino.
Quando um dado chega numa linha de 
entrada, o elemento chaveador deve escolher 
uma linha de saída e passá-lo adiante.
Redes de Larga Cobertura - WAN
Hosts ou ETDs Subnet
Criando uma rede WAN
Roteador
LAN
Host
Subnet
Redes de Larga Cobertura - WAN
Criando uma Subnet Packet-switched
Pacotes são injetados na rede um de cada vez em seqüência. 
Transportados individualmente e depositados no host destino, onde são 
remontados e entregues para o processo receptor. 
Necessidade de algoritmos de roteamento
A E
C
B D
RoteadorSubnet
Host Transmissor Host Receptor
Processo Transmissor Processo Receptor
Pacote
Pacotes
Redes de Larga Cobertura - WAN
Recursos de uma Subnet Packet-switched
Um nó roteador de comutação de pacotes de uma rede possui um 
conjunto de portas de entrada e de saída. Pacotes numa porta de entrada 
devem ser roteados (ou comutados) para uma das de saída
Roteador
Algoritmo de 
Roteamento
Roteador
Buffers de Entrada Buffers de Saída
Capacidade 
Máxima
dos Enlaces 
de Entrada
Capacidade 
Máxima
dos Enlaces 
de Saída
Recursos disponíveis 
em termos banda dos 
enlaces de entrada
Recursos disponíveis 
em termos de espaço 
de buffer de E/S
Recursos disponíveis 
em termos banda dos 
enlaces de saída
Bits/s Bits/s
Nem todas a redes WAN 
são packet Switched
Satélites Broadcast ou difusão
Redes de Larga Cobertura - WAN
Internetwork
Muitas redes possuem diferentes hardware e software
Gateways
Realizam a tradução necessária, tanto 
em termo de sofware quanto de 
hardware
Coleção de 
redes interco-
nectadas
Internetwork, ou Internet
Tecnicamente, uma 
Internetwork é formada 
quando diferentes redes 
são interconectadas. 
Quando diferentes organizações pagam para construir 
diferentes partes da rede e cada uma a administra, temos 
uma internetwork ao invés de uma rede (network).
Redes de Larga Cobertura - WAN
Internet
1969 (4 hosts); 
1982 (200 hosts); 
1985 (~1000); 
1990 (~100.000); 
2000 
(~100.000.000). 
A Internet duplica 
de tamanho a cada 
9-12 meses 
(dados de 2001)
Escala Anos 70 Anos 80Criação
Criação da ARPA e 
da ARPANET no 
final dos anos 60
Resposta ao 
Sputnik
Desenvolvimento 
nas universidades 
americanas
TCP/IP no Berkeley 
Unix
Separação da rede 
militar, surge a 
Internet de fato.
Redes de Larga Cobertura - WAN
Internet no Brasil
Ambas se conectam a instituições de ensino nos EUA; 
1990 (criação da RNP - Rede Nacional de Pesquisa - 
para fornecer conectividade entre as universidades);
1987 FAPESP e LNCC
1994 UFSC Primeiro servidor WWW no Brasil
1996 UNISINOS Criação do Portal Unisinos
2005 20 milhões de usuários no BrasilCrescimento Brasil
Certamente, você já ouviu falar 
em protocolos de redes. 
Para que eles servem? 
Como organizá-los?
Protocolos de Redes
Ideia
Reduzir complexidade no 
projeto de redes
Organização em pilhas de 
camadas ou níveis
Cada camada desempenha 
um trabalho específico
Camada 1
Camada 2
Camada 3
Camada 4
Camada 1
Camada 2
Camada 3
Camada 4
Meio Físico
Protocolo da Camada 4
Protocolo da Camada 3
Protocolo da Camada 2
Protocolo da Camada 1
Host 1 Host 2
Interface
Protocolos de Redes
Ideia
Objetivo de cada 
camada é oferecer um 
serviço para as 
camadas superiores 
Abstrai detalhes de 
como os serviços são 
realmente 
implementados
Camada K Camada K
Protocolo
Camada K +1 Camada K+1
Camada K -1 Camada K-1
Serviço fornecido pela Camada K
Protocolos de Redes
Ideia
Camada pode ser 
implementada em 
hardware ou software
Uma camada k em um 
host transfere uma 
conversação com a 
camada k de uma 
outro host.
Camada K Camada K
Protocolo
Camada K +1 Camada K+1
Camada K -1 Camada K-1
Serviço fornecido pela Camada K
Protocolos de Redes
Modelos de Referência
Modularização
Interoperabilidade 
entre os protocolos de 
diferentes vendedores
Detalhamento da função de 
cada nível ou camada, das 
relações entre as interfaces 
das camadas e dos 
protocolos
Abstrações na qual existem 
as especificações de como o 
ambiente deve funcionar.
Não existe menção de uma 
implementação de um 
protocolo específico
Conjunto de camadas e 
protocolos é conhecido 
como arquitetura de rede
Protocolos de Redes
Protocolo é um acordo entre duas partes comunicantes 
a respeito de como a comunicação irá proceder.
Protocolos são regras de sintaxe e semântica que 
regulamentam a troca de informações entre os hosts e os 
nós da subrede de comunicação. 
Protocolos de Redes
Conversa entre as camadas
Define diretivas e 
serviços que a 
camada mais 
abaixo expõe para 
a camada mais 
acima
De fato, nenhum dado sai de uma camada k direto para a camada k de outra 
máquina. Os dados são passados diretamente para a camada abaixo. Abaixo 
da camada 1 existe o meio físico através do qual será dada a comunicação.
Entre as camadas 
existe uma:
Interface
Protocolos de Redes
Conversa entre as camadas
Cabeçalho Tamanhos dos dados Temporizadores
Campos de 
controle
Campos de 
verificação de 
erros
M
MH3
M1H2 H3 M2H2 H3
H3H1 H2 M1 H3H1 H2 M2
M
MH3
M1H2 H3 M2H2 H3
H3H1 H2 M1 H3H1 H2 M2
Protocolo Camada 4
Protocolo Camada 3
Protocolo Camada 2
Protocolo 
Camada 1
Host Origem Host Destino
Protocolos de Redes
O que os protocolos podem tratar
Endereçamento
Controle de erros
Controle de fluxo
(De)Multiplexação
Fragmentação e 
Remontagem