Introducao redes

Redes de
Computadores
Introdução

Rede de Computadores
Uma rede de computadores é formada por um conjunto
de módulos processadores capazes de trocar informações
e compartilhar recursos, interligados por um sistema de
comunicação (meios de transmissão e protocolos).

2

Motivação para o Uso de Redes
Aplicações comerciais
Compartilhamento de recursos
Alta confiabilidade por meio de replicação de fontes de
dados
Economia de dinheiro
Meio de comunicação eficiente entre os empregados da
empresa
Comércio eletrônico

3


Sistema Cliente/Servidor

Comunicação em um sistema Cliente/Servidor 4

Usuários domésticos (com a internet)
Acesso a informações remotas
Comunicação entre as pessoas (email, chat, VoIP, etc.)
Entretenimento interativo
Comércio eletrônico (e-shop, e-banking, leilões, etc.)
Jogos

“Não há nenhuma razão para qualquer
indivíduo ter um computador em casa”.
Ken Olsen, Presidente da Digital Equipment Co., 1977 5

Usuários móveis
Conectividade independente da localização (escritório
portátil)
Acompanhamento da produção/serviços
Comércio eletrônico

6

Classificação de Redes
Critérios de classificação
Tecnologia de transmissão
Escala

7

Tecnologia de Transmissão
Redes de difusão (broadcast)
Todas as máquinas compartilham um único canal
Comunicação por meio de pacotes endereçados
O endereçamento pode ser
Para uma máquina específica (unicast)
Para todas as máquinas da rede (broadcast)
Para um subconjunto de máquinas da rede (multicast)
Redes ponto-a-ponto
Conexões entre pares de máquinas
Ocorre o roteamento dos dados 8

Tecnologia de Transmissão

Rede ponto-a-ponto
9

Escala
Redes pessoais
Redes locais (LANs – Local Area Networks)
Redes metropolitanas (MANs – Metropolitan
Area Networks)
Redes de longo alcance (WANs – Wide Area
Networks)
Inter-Rede (internet)

10

Redes Locais (LANs)
As redes locais são normalmente redes privativas
que permitem a interconexão de equipamentos
presentes em uma pequena região (um prédio ou
uma universidade ou que tenha poucos
quilômetros de extensão)

11

Redes Locais (LANs)
Possuem 3 características que as distinguem de
outras redes
Tamanho
Restrito → pior tempo de transmissão é conhecido
Tecnologia de transmissão
Cabo conectando todas as máquinas da rede
Topologia
Barramento
Anel

12

Redes Locais (LANs)

Topologias em barramento (a) e em anel (b)

13

Redes Locais (LANs)
Em relação a alocação do canal
Estáticas → tempo dividido igualmente entre as
máquinas
Dinâmicas → tempo de transmissão determinado
por um árbitro ou pelas próprias máquinas
Exemplos:
Ethernet / Fast Ethernet
Token Bus
Token Ring
FDDI
ATM 14

Redes Metropolitanas (MANs)
Uma rede metropolitana é basicamente uma
grande versão de uma LAN onde a distância
entre os equipamentos ligados à rede começa a
atingir distâncias metropolitanas (uma cidade)
Exemplos:
Rede de TV a cabo
RDSI-FL (ATM)
Distributed Queue Dual Bus (DQDB)

15

Redes Metropolitanas (MANs)

Rede MAN de TV a cabo 16

Redes Geograficamente
Distribuídas (WANs)
É uma rede que cobre uma área geográfica
grande, usualmente um país ou continente. Os
hosts da rede são conectados por uma sub-rede de
comunicação.
A sub-rede é composta de dois elementos: linhas de
transmissão e elementos de comutação (roteadores)
Exemplos:
X.25
SONET/ATM
Frame Relay
Satélites 17


Uma rede WAN

18

Quase todas as WANs utilizam a tecnologia
store-and-forward (armazenamento e
encaminhamento) ou comutação de pacotes
As decisões de roteamento são tomadas por cada
roteador individualmente de acordo com um
algoritmo de roteamento

19


Fluxo de pacotes em uma WAN

20

Redes sem Fio
Podem ser divididas em 3 categorias principais
Interconexão de sistemas
Interconexão dos componentes de um computador usando
sinais de rádio de alcance limitado
Ex: Bluetooth
LANs sem fio
Redes em que os computadores se comunicam por meio de
modems de rádio e antenas
Ex: 802.11

21

Redes sem Fio
Podem ser divididas em 3 categorias principais
WANs sem fio
Alcance bem maior e taxa de transmissão bem menor que as
LANs sem fio
Ex: Telefonia celular
Já existem também as WANs sem fio de alta velocidade
utilizada para Internet de banda larga

“Os computadores móveis sem fio são
como banheiros móveis sem tubulação
– verdadeiros pinicos portáteis”.
Bob Metacalf, Inventor da Ethernet, 1995 22

Redes Domésticas
Idéia → no futuro todos os lares estarão
configurados para redes
Todos os eletrodomésticos se comunicarão e
estarão acessíveis pela Internet
Computadores, TV, DVD, telefone, microondas,
geladeira, etc.
Redes domésticas já são uma realidade, de forma
limitada
Compartilhamento de Internet, impressoras, arquivos
23

Redes Domésticas
Características
De fácil instalação
A rede e os dispositivos devem ser a prova de falhas
em sua operação
Preço baixo
Suporte à multimídia (redes velozes)
Padronização dos dispositivos e fácil expansão
Segurança e confiabilidade

24

Inter-Rede
Interconexão entre diferentes redes
Usa Gateways
Conectam duas redes realizando as conversões
necessárias de hardware e software

“Quatro ou cinco computadores
devem ser suficientes para o
mundo inteiro até o ano 2000”.
T. J. Watson, Presidente da IBM, 1945 25

Inter-Rede
Motivação para a Interconexão
Cada tecnologia de rede possui suas vantagens
Diferença no hardware e software
Redes são escolhidas de forma independente
Impossibilidade de se construir uma rede universal com
tecnologia única (fatores técnicos e políticos)
Necessidade de comunicação e troca de informações
entre redes diferentes (as vezes incompatíveis)
Necessidade de uma rede única a partir de redes
diferentes (internet)
26

Arquitetura de Redes
Redes organizadas em camadas → redução da
complexidade do projeto
Cada camada oferece alguns serviços para as
camadas superiores escondendo os detalhes de
implementação dos serviços
A camada n de uma máquina se comunica com a
camada n de outra
As regras e convenções usadas nessa conversação
são conhecidas como o protocolo da camada n
27

As entidades que ocupam as mesmas camadas em
diferentes máquinas são chamadas pares
Na verdade, os dados não são transferidos entre as
camadas pares de máquinas diferentes
Na máquina transmissora cada camada envia os dados e
as informações de controle para a camada imediatamente
inferior a ela
Isso segue até a camada mais baixa
Ocorre então a transmissão pelo meio físico
Na máquina receptora ocorre a operação inversa 28


Exemplo de uma hierarquia de protocolos com 5 camadas 29

Entre cada par de camadas adjacentes existe uma
interface → define quais os serviços e operações a
camada inferior oferece para a camada superior
Interfaces devem ser claras
Reduz o fluxo de dados
Simplificam a a substituição da implementação da
camada

30

Camadas pares podem ter implementações
diferentes, mas os serviços oferecidos devem ser
iguais
Uma rede é composta de uma hierarquia de
protocolos
O conjunto de camadas e protocolos é chamado
de arquitetura de rede
Sua especificação deve permitir a implementação do
software e hardware para cada camada
31

Nem os detalhes da implementação nem as
especificações das interfaces são partes da
arquitetura
Pilha de protocolos
Conjunto de protocolos utilizado por um determinado
sistema, um protocolo por camada

32


Arquitetura filósofo / tradutor / secretária 33


Fluxo de informação na a arquitetura de 5 camadas 34

Questões de Projeto
Relacionadas às Camadas
Mecanismo de identificação de receptores e
transmissores → endereçamento
Transferência de dados
Direção → Simplex, half-duplex, full-duplex
Número de canais lógicos e suas prioridades
Controle de erro
Ordenação das mensagens no receptor

35

Questões de Projeto
Relacionadas às Camadas
Velocidade de transmissão dos dados
Problema quando a comunicação se dá entre
máquinas operando a velocidades diferentes
Permitir fragmentação e remontagem
Permitir o uso da mesma conexão por diversos
processos
Uso de multiplexação e demultiplexação
Escolha de rotas (roteamento)
36

Serviços Orientados à Conexões e
Serviços sem Conexão
Serviço orientado à conexões
Analogia com o sistema telefônico
Deve ser estabelecida uma conexão
A conexão é então utilizada
E, a conexão é liberada após o uso
Na maioria dos casos a ordem de transmissão é
conservada
Pode haver uma negociação entre as partes sobre os
parâmetros da conexão
Tamanho máximo das mensagens, qualidade do serviço, etc.
37

Serviço sem conexão
Analogia aos Correios
Mensagem é endereçada e encaminhada (roteada) no sistema
As mensagens são independentes umas das outras
As mensagens podem chegar fora de ordem

38

Serviço orientado à conexões confiável
Não perdem dados
Usa estratégia de confirmação de recebimento das
mensagens pelo receptor
Pode gerar atrasos inaceitáveis em alguns casos
Pode ser de dois tipos
Seqüência de mensagens
Fluxo de bits

39

Serviços sem conexão
Serviço de datagramas → serviço não confiável
Serviço de datagramas com confirmação → serviço
confiável
Serviço de solicitação/resposta → serviço confiável

40

Primitivas de Serviço
Um serviço é especificado formalmente por um
conjunto de primitivas
São as operações disponíveis para que um processo do
usuário acesse um serviço

Primitivas de serviço para implementação de uma conexão simples 41

Primitivas de Serviço

Interação cliente/servidor simples, em uma rede orientada à conexão

42

Serviços e Protocolos
Serviços
Conjunto de primitivas (operações) que uma camada
oferece à sua camada superior
Não informa como essas operações são implementadas
Protocolo
Conjunto de regras que rege a comunicação entre as
camadas pares
Define o formato e significado dos pacotes (mensagens
enviadas)
O protocolo pode ser alterado, desde que não se
alterem os serviços 43

Interfaces e Serviços
A função de cada camada é prover serviços a
camada de nível superior
Serviços disponíveis em SAPs (Service Access Points)
Cada SAP tem um endereço único que o identifica
Comunicação entre camadas:
Entidade da camada n+1 passa uma IDU (Inteface Data
Unit) para a entidade da camada n através do SAP
IDU → SDU (Sevice Data Unit) e interfaces de controle
SDU é a informação passada pela rede para a entidade
par e então para a camada n+1 44

Interfaces e Serviços

Relação entre camadas em uma interface 45

Modelos de Referência
Modelo OSI
Modelo válido
Protocolos não mais utilizados
Modelo TCP/IP
Modelo não mais utilizado
Protocolos amplamente utilizados

2

Modelo OSI
Proposta da ISO (International Standards
Organization) para a padronização dos protocolos
utilizados nas diversas camadas de uma arquitetura
de rede
Trata da interconexão de sistemas abertos
Possui 7 camadas
OSI = Open Systems Interconnection

3

Modelo OSI
Princípios que levaram a este número de camadas:
Criação de camada onde há necessidade de maior grau de
abstração
Cada camada deve executar uma função bem definida
A função da camada deve ser baseada em protocolos
utilizados internacionalmente
Limites das camadas → reduzir o fluxo de informações
transportadas entre as interfaces
Funcionalidades distintas não devem ser
desnecessariamente colocadas na mesma camada e a
arquitetura não deve ser difícil de controlar 4

Modelo OSI

Modelo OSI 5

Camada Física
Objetivo → assegurar o transporte dos dados,
representados por um conjunto de bits via um
meio de transmissão
Fornece as características mecânicas, elétricas,
funcionais e de procedimento para ativar, manter e
finalizar uma conexão
Garante o envio de uma cadeia de bits sem se
preocupar com o seu significado
Não é função desse nível tratar problemas como erros de
transmissão
6

Camada Física
São definidos:
A forma de representar os bits
A que taxa deve-se transmitir (9600bps, 10Mbps)
Se a comunicação é half ou full-duplex
Tipo de codificação
Significados dos pinos dos conectores

7

Camada de Enlace de Dados
Objetivo → transmitir quadros entre duas
máquinas ligadas diretamente, transformando o
canal em um enlace de dados confiável
Divide os dados em quadros de dados e os envia
seqüencialmente
Se o serviço for confiável teremos quadros de confirmação
Regula o tráfego
Detecta e e opcionalmente pode corrigir erros
ocorridos na camada física

8

Camada de Rede
Objetivo → encaminhar (rotear) pacotes entre a
máquina origem e a máquina destino
O roteamento pode ser estático ou dinâmico
Realiza o controle de congestionamento
Tem que permitir que redes heterogêneas se
comuniquem
Endereçamento
Tamanho dos pacotes
Protocolos

9

Camada de Transporte
Objetivo → efetua a comunicação fim-a-fim entre
processos, normalmente adicionando valor ao
serviço de rede oferecido
permite a transferência de informações do sistema
emissor ao sistema receptor de forma confiável e
econômica, independentemente da natureza da
informação ou das redes suportando a comunicação
É uma camada fim-a-fim, ligando a origem ao destino
Define o tipo de serviço oferecido quando a conexão é
estabelecida
10

Camadas de Sessão e Apresentação
Camada de Sessão
Objetivo → controlar quem fala e quando, entre
origem e destino
Camada de Apresentação
Objetivo → transformar a sintaxe dos dados (forma de
representação) sem afetar a semântica (mapeamento de
caracteres, criptografia, compressão, etc.)

11

Camada de Aplicação
Compõe-se de várias aplicações, cada uma com seu
respectivo protocolo, para implementar os serviços
de mais alto nível na rede (transferência de
arquivos, email, WEB, IRC)
É nessa camada que o usuário interage

12

Transmissão de dados no Modelo OSI

13

Modelo TCP/IP
Arquitetura voltada para a interconexão de redes
heterogêneas
O nome TCP/IP se deve ao protocolos TCP e
IP, que são os dois protocolos primários dessa
arquitetura
Composto por 4 camadas

14

Modelo TCP/IP

Modelo OSI e modelo TCP/IP 15

Camada de Rede (ou Inter-Rede)
Esta camada integra toda a arquitetura da inter-rede
Faz a interligação de redes sem conexão
Tem o objetivo de rotear as mensagens entre hosts,
ocultando os problema inerentes aos protocolos
utilizados e aos tamanhos dos pacotes
Essa camada tem a mesma função da camada de
rede do modelo OSI
O protocolo comumente utilizado é o IP (Internet
Protocol)
16

Permite que entidades pares mantenham uma
conversação (como na camada de transporte do
modelo OSI)
Possui dois protocolos → TCP e UDP
TCP (Tranmission Control Protocol – Protocolo
de Controle de Transmissão)
Protocolo orientado a conexões confiável
Permite a entrega se erros de um fluxo de bits entre
hosts
17

UDP (User Datagram Protocol – Protocolo de
Datagrama do Usuário)
Protocolo sem conexão e não-confiável
Para aplicações que não desejam controle de fluxo e
sequenciamento das mensagens
Para casos em que a entrega imediata é mais importante
que a entrega precisa
Transmissão de aúdio e vídeo

18

Camadas de Aplicação e Host/Rede
Camada de Aplicação
Contém os protocolos de alto nível, tais como FTP,
Telnet e SMTP
Camada de Acesso ao Meio (ou Host/Rede)
O modelo TCP/IP não faz nenhuma especificação a
respeito desta camada.

19

Modelo TCP/IP

Protocolos e redes usadas no modelo TCP/IP

20

OSI x TCP/IP
OSI
O modelo foi concebido antes dos protocolos
Possui 7 camadas
Na camada de rede pode existir serviços orientados a
conexão e sem conexão
Na camada de transporte só existe serviço orientado a
conexão

21

OSI x TCP/IP
TCP/IP
Os protocolos foram concebidos antes do modelo
Possui 4 camadas
Na camada de rede só existe serviço sem conexão
Na camada de transporte pode existir serviços
orientados a conexão e sem conexão

22

Modelo de Referência Híbrido

23

[Atividades]
É sugerido a resolução dos seguintes problemas
do capítulo 1 do livro do Tanenbaum
11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 25, 28
Também deve ser estudado todo o assunto visto
na aula, pois existem informações que não estão
contidas nessas questões
É recomendado ler o capítulo inteiro, pois ele
possui outras informações relevantes que não
foram abordadas na aula
24

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