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Fundamentos de Rede
Aula 01 - Introdução e Redes
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Contextualização
• Séculos XVIII e XIX - Revolução Industrial– máquinas mecânicas, taylorismo, fábricas– hierarquia, centralização da decisão, mainframes
• Séculos XX e XXI - Era do conhecimento (obtenção, processamento e distribuição)
– sistema telefônico– redes de rádio e televisão– satélites– nascimento e maturação da indústria da computação– redes de computadores e sistemas distribuídos– CONVERGÊNCIA e DESCENTRALIZAÇÃO
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Contextualização
Ano Evento 1838 Introdução do telégrafo (Samuel Morse) 1876 Invenção do telefone (Alexander Graham Bell) 1897 Invenção do telégrafo sem-fio (Guglielmo Marconi) 1906 Invenção da válvula (Lee De Forest) 1938 Broadcasting da televisão 1940-45 Invenção do RADAR 1948 Invenção do transistor 1959 Invenção do circuito integrado 1962 Telstar, satélite de comunicação comercial, lançado 1968 Introdução da fibra ótica
The Essence of Communications
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Terminologia
• Teleprocessamento: processamento à distância (telecomunicações + processamento)
• Necessidade de se utilizar recursos e capacidades de um computador central em localidades distantes
• Termo oriundo da centralização do poder de processamento (mainframe)
• Hoje em dia, temos vários sistemas autônomos (com poder de processamento) interligados, formando uma Rede de Computadores
• Teleprocessamento = Comunicação de Dados para esta disciplina
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Terminologia
CPU
terminal
terminal
terminal
CPU
terminal
terminal
FILIAL
meio de transmissão
MATRIZ
MATRIZ
CPUcentralizada
CPUcentralizada eterminaisdescentralizados(teleprocessamento)
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Evolução
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?– teoria da informação, amostragem, processamento de sinais,
multiplexação, correção de erros, controle de fluxo...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de uma rede de comunicação– comutação de pacotes, teoria das filas...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de redes interconectadas de comunicação?– internetworking, sistemas distribuídos...
50-60
60-70
80-00
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Evolução
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?– teoria da informação, amostragem, processamento de sinais,
multiplexação, correção de erros, controle de fluxo...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de uma rede de comunicação– comutação de pacotes, teoria das filas...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de redes interconectadas de comunicação?– internetworking, sistemas distribuídos...
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Nosso problema...
A Bmeio de transmissão
dispositivo dispositivo
Engenharia de ComunicaçãoComunicação de Dados
Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?
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Revisão Unidades
Telecomunicações (vazão)
1Kbps = 1000 bps = 103 bps1Mbps = 1000000bps = 106 bps1Gbps = 1000000000bps = 109 bps
Informática (tamanho)
1KB = 1024 bytes = 8192 bits1MB = 1048576 bytes1GB = 1073741824 bytes
Tempo
1ms = 10-3s1s = 10-6s1ns = 10-9s
Exercício:
Calcule o tempo necessário para enviar um arquivo de 1,5MB em em enlace ótico de 50Gbps.
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Modelo de Comunicação
• Fonte
– gera os dados a serem transmitidos
• Transmissor
– converte os dados em sinais transmissíveis
• Sistema de Transmissão
– transmite os dados
• Receptor
– converte os sinais recebidos em dados
• Destino
– recebe os dados
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Teleprocessamento
Modelo simplificado de comunicação
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Tarefas de um sistema de comunicação
Flow control – controle de fluxo
Network managementError detection and correctionDetecção e correção de erros
SecurityExchange management – ger. da troca de dados
Message formatting – formato da mensagem
Synchronization - sincronismo
Recovery – recuperação da conexão
Signal generationGeração do sinal
Routing – escolha de rotasInterfacing - conexão
Addressing - endereçamentoTransmission system utilization
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Modelo simplificado de comunicação
1) envio de mensagem de correio eletrônico2) sistema telefônico
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Redes de Comunicação de Dados
• A comunicação ponto-a-ponto às vezes não é prática– Dispositivos estão distantes– Grande número de dispositivos pode necessitar de várias
conexões
• A solução é uma rede de comunicação de dados– Wide Area Network (WAN)– Local Area Network (LAN)
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Taxonomia para as redes
• Quanto à tecnologia de transmissão– Redes broadcast– Redes ponto-a-ponto
• Quanto a escala– LANs– MANs– WANs– Redes de redes (=Internetworking)
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Redes broadcast
• Redes compostas por um meio físico compartilhado por todas as máquinas da rede
• Mensagens enviadas por uma máquinas são “escutadas” por todas as máquinas da rede– campo de endereço para determinar o destinatário da mensagem
• Valores especiais para indicar que:– mensagem é destinada a todas as máquinas da rede (broadcast)
– mensagem é destinada a um sub-conjunto de máquinas (multicast)
• Tendência– ser utilizada em redes de pequena escala
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Redes ponto-a-ponto
• Redes compostas por um conjunto de conexões entre vários pares de máquinas
• Para ir da fonte ao destino, um pacote deve passar por uma série de máquinas intermediárias
• Múltiplas rotas, de diferentes tamanhos, são possíveis– algoritmo de roteamentos desempenham papel importante
• Tendência– ser utilizada em redes de grande escala
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Possíveis topologias (redes ponto-a-ponto)
a) estrelab) anelc) árvored) completa (full-meshed)e) anéis c/ intersecçãof) irregular
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Quanto à escala
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LANs - Local Area Networks
• Redes geograficamente limitadas (prédios ou campus) pertencendo normalmente a uma mesma organização (poucos km)
• Utilizadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho para o compartilhamento de informações e recursos
• Apresentam altas taxas de transmissão de dados, baixa taxa de erros e tendem a utilizar broadcast
• Exemplos– Redes Ethernet (IEEE 802.3)– Redes Token Ring (IEEE 802.5)
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MANs - Metropolitan Area Networks
• Resultado de uma expansão de uma ou mais LANs em um local geograficamente próximo (cidade)
• Rede privada ou pública
• Pode suportar voz e dados– rede de televisão a cabo pode ser considerada MAN
• Não contém elementos de comutação
• Exemplos:– IEEE 802.6 (DQDB - Distributed Queue Dual Bus)
– Redes ATM Metropolitanas
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MANs - Metropolitan Area Networks
Arquitetura de uma MAN baseada em DQDB
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WANs - Wide Area Networks
• Redes que cobrem grandes áreas geográficas (estado, país, continente)
• Geralmente utiliza meios compartilhados (comuns)– backbones, satélites, cabos óticos transoceânicos
• hosts (end-systems) comunicam-se através de uma sub-rede destinada somente ao tratamento dos aspectos da comunicação (ex: sistema telefônico)
• sub-rede = linhas de transmissão + equipamentos de comutação (ou roteadores)
• Exemplos: X.25, Frame Relay, MPLS, Renpac
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WANs - Wide Area Networks
Relação entre hosts e a sub-rede em uma WAN
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WANs - Wide Area Networks
• Comutação de circuitos (circuit switching)– Há o estabelecimento de uma sessão (=reserva de recursos) antes da
transmissão dos dados
– A informação é comutada sempre pelo mesmo caminho dentro da rede
– Sem informação de endereçamento (a sessão já foi aberta entre os dois pontos)
– Multiplexação determinística - menor eficiência na alocação de recursos
– Ex: Sistema telefônico
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WANs - Wide Area Networks
• Comutação de pacotes (packet switching)– Sem estabelecimento de conexão a priori
– A informação é dividida em pacotes independentes e comutada em cada elemento interno
– Cada pacote pode trafegar por caminhos diferentes até chegar ao seu destino
– Cada pacote carrega informações de endereçamento
– Multiplexação estatística - maior eficiência na alocação de recursos
– Ex: Internet
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Rede de redes (internetwork)
• Conjunto de redes interconectadas entre si– redes diferem entre si em hardware e software– necessitam de máquinas especiais para a interconexão de
redes distintas (gateways)
• A Internet é um tipo de internetwork– conjunto de redes privadas e públicas (LANs, MANs,
WANs) interligadas umas às outras– a interligação é realizada por um conjunto de programas
padronizados de comunicação (protocolos)– abrangência mundial (WAN das WANs)
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Padronização (standards)
• Os padrões são acordos documentados que contém especificações técnicas ou outros critérios precisos que são usados como regras, guias ou definições de características de modo a garantir que materiais, produtos, processos e serviços sirvam a seus propósitos.
• Vantagens– melhoria da qualidade e confiabilidade– possibilita a interoperabilidade e compatibilidade entre produtos e
serviços– simplificação melhora a usabilidade
– redução do número de modelos -> redução de custos– aumento da eficiência de distribuição
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Alguns organismos de padronização
• ISO (International Standards Organization)– Modelo OSI, Modelo de Gerenciamento de redes
– http://www.iso.org
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) – Ethernet, Token Ring, Token Bus,...
– http://www.ieee.org
• ATM Forum (Redes ATM)– associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a
promoção de redes ATM
– http://www.atmforum.org
• Frame Relay Forum (Redes Frame Relay)– associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a
promoção de redes Frame Relay
– http://www.frforum.com
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• ITU (International Telecommunication Union) (ex-CCITT)– ITU-T é responsável pela padronização do sistema telefônico e de
alguns aspectos da comunicação de dados em redes WAN
– http://www.itu.ch
• TIA (Telecommunications Industry Association)
– produtos de comunicação para TI e Telecom
– http://www.tiaonline.org
• EIA (Electronics Industries Alliance)– desenvolvimento da indústria eletrônica
– http://www.eia.org
Alguns organismos de padronização
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• Os padrões Internet estão definidos em documentos públicos chamados de RFC (Request for Comments). Um RFC não define necessariamente um padrão.– http://www.ietf.org/rfc
• Internet Society – http://www.isoc.org
• IETF (Internet Engineering Task Force)– http://www.ietf.org
• IAB (Internet Activities Board)– http://www.iab.org
• IESG (Internet Steering Group)– http://www.ietf.org/iesg.html
Alguns organismos de padronização