Redes de Computadores I Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale

Redes de Computadores I Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -

Sumário Introdução Uso de redes de computadores Tipos de redes Internet Protocolos Redes de acesso Meios físicos Camadas de protocolos Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Introdução O que é uma rede de computadores? – Conjunto de dispositivos interconectados para trocar informações e compartilhar recursos – No começo as redes eram formadas por dispositivos convencionais (computadores pessoais) – Mas e hoje? Podemos ainda utilizar a expressão: “redes de computadores?” Somente computadores tradicionais participam de uma rede? Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Introdução Significado da palavra “computador” é mais amplo atualmente Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Introdução Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Evolução das redes Redes de computadores têm evoluído rapidamente nas últimas décadas Qual a razão para este crescimento? Dois motivos principais: – Necessidade de troca de informações com baixo custo e alta velocidade – Necessidade de compartilhar recursos de hardware e de software Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Evolução das redes Troca de informações barata e rápida – Instituições disponibilizando notas e informações acadêmicas para os alunos – Cursos à distância – Informações de cunho geral para a sociedade – Transações bancárias – Marketing – Comércio eletrônico – E-mail Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Evolução das redes Compartilhamento de recursos de hardware e software – – – – – Impressoras Espaço em disco Outros processadores Arquivos Conexão à Internet Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Uso de redes de computadores Redes corporativas – Empresas com muitas fábricas monitorando estoque em todas as unidades Redes para pessoas – Acesso a informações remotas – Comunicação – Diversão Discussão sobre o que Questões sociais pode ou não pode ser compartilhado Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Visão geral de uma rede Alguns papéis importantes em uma rede – – – – – Transmissor (origem) Receptor (destino) Dado a ser enviado/recebido Canal de comunicação (link) Interface de rede Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Visão geral de uma rede Transmissor: geralmente dinâmico (em um momento pode tanto estar transmitindo quanto recebendo dados) Canal de comunicação: transporta os dados entre o transmissor e o receptor Transmissor ou origem Canal de comunicação interface interface dado Interface de rede: conecta os dispositivos fisicamente ao canal de comunicação. Coloca o dado na origem e retira no destino. Receptor ou destino Cada dispositivo em uma rede possui uma identificação única. No caso da Internet, cada host possui um IP que é único em toda a rede. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Tipos de redes Classificação das redes por escala Máquina de fluxo de dados Multicomputador Rede Local Rede Metropolitana Rede Geograficamente Distribuída Internet Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Locais Também chamada de LAN (Local Area Network) – Redes privadas – Prédios, campus universitário – Características principais: Possuem poucos quilômetros de extensão Alta taxa de transferência Baixa ocorrência de erros Sem roteamento da informação (caracterizado por um broadcast) Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Locais Topologia – Maneira pela qual os elementos são interligados Estrela Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Locais Topologia – Maneira pela qual os elementos são interligados Barra Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Locais Topologia – Maneira pela qual os elementos são interligados Anel Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Metropolitanas Também chamada de MAN (Metropolitan Area Network) – Abrangem a região metropolitana de de uma cidade – Versão ampliada de uma LAN – Existe roteamento de informação, mas é transparente para o usuário final (telecomunicações) Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Metropolitanas Utilizam o padrão DQBD (Distributed Queue Dual Bus) – Dois cabos interligam os computadores, um para cada direção Direção do fluxo do barramento Head-end Head-end Direção do fluxo do barramento Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Geograficamente Distribuídas Também chamadas de WAN (Wide Area Network) – Engloba uma vasta região (estado, país, continente) – Transmissão baixa (comparado às LANs) – Alta taxa de erros – Possui roteamento da informação Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes Geograficamente Distribuídas Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes sem fio Segmento que mais cresce na indústria de computadores – – – – Conexão em carros, aviões, qualquer lugar Escritório portátil Custo reduzido de infra-estrutura Suporte a aplicações móveis Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Internet Rede de computadores mundial – Conecta milhões de equipamentos de computação em todo o mundo Equipamentos são chamados de hosts ou sistemas terminais Aplicações da Internet (a Web, e-mail, etc) são programas de aplicação de rede Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Componentes da Internet Os hosts operam protocolos que controlam o envio e o recebimento de informações na Internet – TCP e IP: protocolos mais importantes da Internet – Conhecidos coletivamente como TCP/IP Os hosts são conectados entre si por enlaces (links) de comunicação – Cabos coaxiais, fibra óptica, etc Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Componentes da Internet Sistemas finais são geralmente conectados por equipamentos de comutação (troca) – Roteadores (routers) – Encaminha a informação (pacotes de dados) do enlace de entrada para o enlace de saída Internet: rede de redes – Conjunto interconectado de redes públicas e privadas (Internet e Intranet) Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Componentes da Internet Internet: – Levemente hierárquica – Provedores de serviços de Internet (ISPs) ISP local Servidor ISP regional Roteador Estações fixas Rede corporativa Estações móveis ISP local ISP regional ISP nacional e internacional Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Internet x Intranet Internet pública: – A rede global discutida anteriormente Internet privada: – Redes privadas, onde os computadores não são acessíveis às máquinas externas – Coorporações, orgãos governamentais, etc – Chamada de Intranet Usam a mesma tecnologia da Internet (computadores, roteadores, protocolos, padrões.) Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Tipos de serviço Dois tipos de serviço às aplicações distribuídas: – Orientado à conexão Garante envio correto das informações – Não-orientado à conexão Não garante a corretude da entrega das informações Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Entidades básicas Os hosts podem ser divididos em duas categorias: – Clientes Comumente estações de trabalho comuns Pedem determinado serviço – Servidores Comumente máquinas mais poderosas Provêem determinado serviço Modelo que predomina na Internet Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Entidades básicas Utilizado por inúmeras aplicações populares – – – – – Web E-mail Transferência de arquivos Grupos de discussão Login remoto Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Entidades básicas Aplicações distribuídas – Cliente e servidor em máquinas e redes diferentes Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Entidades básicas Tipos de servidores: – Arquivos (serviços de armazenamento e acesso às informações) – Banco de dados (BDs e processos de consulta) – Impressão (serviços de impressão) – Comunicação (procedimentos de acesso à rede e interface com os dispositivos dos usuários) – Gerenciamento (tráfego da rede, desempenho, identificação de falhas) – . Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Redes de acesso Como ligar dois hosts ao primeiro roteador? – Redes de acesso ISP local Residenciais Institucionais Móveis Servidor ISP regional Roteador Estações fixas Rede corporativa Estações móveis Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Acesso residencial: ponto a ponto Discado via modem (dialup) – Até 56 Kbps, acesso direto ao roteador (conceitualmente) RDSI: rede digital de serviços integrados (ISDN) – 128 Kbps, conexão digital ao roteador ADSL: asymmetric digital subscriber line – Até 1 Mbps de casa ao roteador – Até 8 Mbps do roteador a casa Telefônica, Telemar, GVT – Usuário é mais consumidor do que produtor de informações Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Acesso residencial: cable modems HFC: hybrid fiber coax – Assimétrico: até 10Mbps p/ a casa, 1 Mbps p/ a rede; – Rede de cabo e fibra liga casa ao roteador do provedor Acesso compartilhado ao roteador pelas casas; Problemas: dimensionamento, congestionamento; Disponibilidade: via companhias de TV a cabo; – Ex.: NET, TVA Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Acesso institucional: redes locais Rede local (LAN) da empresa/universidade liga sistema terminal ao 1º roteador Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso ao roteador, 10 Mbps, 100 Mbps, Gigabit Ethernet Disponibilidade: corporações, instituições, redes locais e domésticas Roteador de borda roteia pacotes com destino externo à LAN Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Acesso sem fio Rede de acesso sem fio liga ao roteador Redes locais sem fio: – Espectro de rádio substitui o cabo – Exemplo: IEEE 802.11 a/b/g/n (WiFi) Acesso sem fio não local: – CDPD: acesso sem fio ao roteador do provedor via rede de telefonia celular Roteador – IEEE 802.16 (WiMAX) – Protocolo MAC Controla o acesso ao meio Estação Base Sistemas móveis Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios de transmissão São os caminhos físicos através dos quais ocorre a comunicação entre remetente/destinatário Podem ser classificados em: – Guiados Meios físicos como cabos coaxiais, fibra óptica, . – Não-guiados: Usa atmosfera terrestre ou o espaço Satélites, microondas, infravermelho, . Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Guiados Capacidade limitada pelos parâmetros de distância e tipo da rede – Restrição de largura de banda – Restrição na taxa de transmissão (em bits/segundo) – Mais comuns são: Cabos coaxiais Pares trançados Fibra óptica Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Guiados Cabo Coaxial – Fio de cobre esticado na parte central envolvido por um material dielétrico isolante (não conduz corrente elétrica) – O isolante é protegido por um condutor cilíndrico – O condutor externo é coberto por uma camada plástica protetora Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Guiados Cabo coaxial – Largura de banda depende do tamanho do cabo – Em cabos de 1km, pode se chegar a uma taxa de 1 a 2 Gbps – Bidirecionais – Foram muito usados no sistema telefônico, mas têm sido substituídos por fibra óptica Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Guiados Cabo de Par Trançado – UTP (Unshielded Twisted Pair) Sem blindagem (mais usado) – STP (Shielded Twisted Pair) Com blindagem – Consistem em dois fios de cobre encapados, enrolados de forma helicoidal para diminuir a interferência elétrica entre os fios Categoria 3: fio telefônico, Ethernet de 10Mbps Categoria 5: Ethernet de 100 Mbps Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Guiados Cabo de fibra ótica: – Meio de transmissão: fibra de vidro ultrafina, iluminada por pulsos de luz Luz indica um bit 1, ausência de luz indica um bit 0 – Operação de alta velocidade: Ethernet de 100 Mbps Transmissão de alta velocidade ponto a ponto (ex.: 10 Gbps) – Baixa taxa de erros Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Guiados Cabos de fibra óptica Capa externa Extremidade de um cabo com 3 fibras Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Não-Guiados Necessidade de transmissão em locais onde não podem ser passados cabos ou a passagem dos mesmos é impossível – Desertos, pântanos, etc Meios mais conhecidos: – Satélites – Microondas – Infravermelho Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Meios Não-Guiados Satélites – Meio mais conhecido no Brasil – Distâncias grandes Causam retardos na comunicação – Canais de até 50Mbps Microondas – Transmissão de ondas de rádio com maiores frequências Canais de até 155Mbps Envio direcionado (evitando que qualquer um receba o sinal) Infravermelho – Distâncias pequenas e muita interferência do meio Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Conjunto de regras que determinam como deve ocorrer a comunicação entre duas estações em uma rede – Mensagens específicas são enviadas – Ações específicas são tomadas Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Analogia humana Oi Oi Você é gremista? CLARO que sim! tempo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Em redes de computadores – Máquinas em vez de pessoas – Toda comunicação na Internet é governada por protocolos Protocolos definem formato, ordem de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de rede e ações tomadas ao enviar ou receber uma mensagem. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Em redes de computadores Pedido de conexão Resposta positiva GET: http://www.inf.unisinos.br arquivo tempo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Em sistemas de comunicação existem mensagens de controle desta comunicação além dos dados que se quer enviar – análogo ao sistema postal Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Para um protocolo funcionar – atender a todas as funções necessárias – que as duas máquinas ou entidades entendam as mensagens recebidas – que respondam da mesma forma às mensagens Capacidade de transmissão é dividida entre sinalização e informação – diferentes protocolos terão diferentes overheads – velocidade efetiva não considera overhead Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Protocolos Hierárquicos Redes de computadores modernas – organizadas de uma forma estruturada – componentes hierarquizados em camadas Por quê? – isolar as camadas superiores dos detalhes de implementação dos níveis inferiores – possibilitar a substituição da implementação de uma camada por outra Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos Redes são complexas! – Muitos componentes Hosts Roteadores Enlaces Aplicações Protocolos Hardware, Software Pergunta: Existe alguma esperança de organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos, organizar nossa discussão de redes? Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos Passagem (compra) Passagem (reclama) Bagagem (entrega) Bagagem (recupera) Portão (embarque) Portão (desembarque) Decolagem Aterrissagem Roteamento do avião Roteamento do avião Roteamento do avião Uma série de passos. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos Por que usar camadas? Ao lidar com sistemas complexos: – Estrutura explícita permite identificação de relações entre componentes do sistema complexo. Modelo de referência para discussão. – Modularização facilita implementação, atualização do sistema Mudanças de implementação do serviço da camada é transparente ao resto do sistema Exemplo: mudança no procedimento do portão não afeta o resto do sistema Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos Pilha de Protocolos da Internet – Aplicação: suporta aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP – Transporte: transferência de dados entre sistemas terminais Aplicação Transporte TCP, UDP – Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP – Enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos PPP, ethernet Rede Enlace Física – Física bits “nos fios” Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos Camadas são implementadas como processos em hardware ou software – realizam funções próprias de cada nível – são denominados entidades de nível n Entidades de um mesmo nível n em cada máquina trocam informações entre si de acordo com um protocolo n As entidades n utilizam serviços n-1 providos pelos níveis inferiores e fornecem serviços ao nível n 1 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos Dados não são transmitidos diretamente da entidade n de uma máquina para a entidade n de outra – cada camada passa dados e informações à camada imediatamente inferior Entre duas camadas adjascentes existe uma interface que define as primitivas e serviços que a camada inferior oferece à superior A definição clara destas interfaces é fundamental no isolamento entre camadas Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de protocolos I like rabbits mensagem J'aime les lapins 3 filósofo 2 1 L: holandês Ik hou van konijnen Informação para o tradutor remoto tradutor L: holandês Ik hou van konijnen Fax # --L: holandês Ik hou van konijnen Informação para a secretária remota Fax # --L: holandês Ik hou van konijnen secretária Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

Camadas de Protocolos B C Aplicação Aplicação Aplicação Transporte Transporte Transporte Rede Rede Rede Enlace Enlace Enlace Física Física Física A Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder