Telecomunicações Rede de Computadores
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TelecomunicaçõesRede de Computadores
Prof. Claudio BenossiAula 05
Introdução Uso de redes de computadores Tipos de redes Internet Protocolos Redes de acesso Meios físicos Camadas de protocolos
Sumário
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?
Introdução
Significado da palavra “computador” é mais amplo atualmente
Introdução
Introdução
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
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
Evolução das redes
Compartilhamento de recursos de hardware e software ◦ Impressoras◦ Espaço em disco◦ Outros processadores◦ Arquivos◦ Conexão à Internet
Evolução das redes
Redes corporativas◦ Empresas com muitas fábricas monitorando
estoque em todas as unidades Redes para pessoas
◦ Acesso a informações remotas◦ Comunicação◦ Diversão
Questões sociais
Uso de redes de computadores
Discussão sobre o que pode ou não pode ser
compartilhado
Alguns papéis importantes em uma rede◦ Transmissor (origem)◦ Receptor (destino)◦ Dado a ser enviado/recebido◦ Canal de comunicação (link)◦ Interface de rede
Visão geral de uma rede
Visão geral de uma rede
dado
Canal de comunicação
interface interface
Transmissor ou origem
Receptor ou destino
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
Interface de rede: conecta os dispositivos fisicamente ao canal
de comunicação. Coloca o dado na origem e retira no 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.
Classificação das redes por escala
Tipos de redes
Máquina de fluxo de dados
Multicomputador
Rede Local
Rede Metropolitana
Rede Geograficamente Distribuída
Internet
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 Locais
Topologia◦ Maneira pela qual os elementos são interligados
Estrela
Redes Locais
Topologia◦ Maneira pela qual os elementos são interligados
Barra
Redes Locais
Topologia◦ Maneira pela qual os elementos são interligados
Anel
Redes Locais
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 Metropolitanas
Utilizam o padrão DQBD (Distributed Queue Dual Bus)◦ Dois cabos interligam os computadores, um para
cada direção
Redes Metropolitanas
Direção do fluxo do barramento
Direção do fluxo do barramento
Head-end
Head-end
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 Geograficamente Distribuídas
Redes Geograficamente Distribuídas
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 sem fio
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
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
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)
Componentes da Internet
Internet:◦ Levemente
hierárquica◦ Provedores de
serviços de Internet (ISPs)
Componentes da InternetISP local
Redecorporativa
ISP regional
Roteador
Estações fixas
Servidor
Estações móveis
ISP local ISP regional ISP nacional e internacional
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...)
Internet x Intranet
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
Tipos de serviço
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
Entidades básicas
Utilizado por inúmeras aplicações populares◦ Web◦ E-mail◦ Transferência de arquivos◦ Grupos de discussão◦ Login remoto
Entidades básicas
Aplicações distribuídas◦ Cliente e servidor em máquinas e redes diferentes
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)◦ ...
Entidades básicas
Como ligar dois hosts ao primeiro roteador?◦ Redes de acesso
Residenciais Institucionais Móveis
Redes de acesso
ISP local
Redecorporativa
ISP regional
Roteador
Estações fixas
Servidor
Estações móveis
Discado via modem (dial-up) ◦ 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
Acesso residencial: ponto a ponto
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
Acesso residencial: cable modems
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
Acesso institucional: redes locais
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◦ IEEE 802.16 (WiMAX)◦ Protocolo MAC
Controla o acesso ao meio
Acesso sem fio
EstaçãoBase
Sistemas móveis
Roteador
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, ...
Meios de transmissão
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
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
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
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
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
Meios Guiados
Cabos de fibra óptica
Meios Guiados
Capa externa
Extremidade de um cabo com 3 fibras
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
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
Meios Não-Guiados
Conjunto de regras que determinam como deve ocorrer a comunicação entre duas estações em uma rede◦ Mensagens específicas são enviadas◦ Ações específicas são tomadas
Protocolos
Analogia humana
Protocolos
tempo
Oi
Oi
Você é gremista?
CLARO que sim!
Em redes de computadores◦ Máquinas em vez de pessoas◦ Toda comunicação na Internet é governada por
protocolos
Protocolos
Protocolos definem formato, ordem de
mensagens enviadas e recebidas entre
entidades de rede e ações tomadas ao
enviar ou receber uma mensagem.
Em redes de computadores
Protocolos
Pedido de conexão
Resposta positiva
GET: http://www.inf.unisinos.br
<arquivo>tempo
Em sistemas de comunicação existem mensagens de controle desta comunicação além dos dados que se quer enviar◦ análogo ao sistema postal
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
Protocolos
Redes são complexas!◦ Muitos componentes
Hosts Roteadores Enlaces Aplicações Protocolos Hardware, Software…
Camadas de Protocolos
Pergunta:Existe alguma
esperança de organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos, organizar
nossa discussão de redes?
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
Protocolos Hierárquicos
Camadas de Protocolos
Passagem (compra)
Bagagem (entrega)
Portão (embarque)
Decolagem
Roteamento do avião
Passagem (reclama)
Bagagem (recupera)
Portão (desembarque)
Aterrissagem
Roteamento do avião
Roteamento do avião
Uma série de passos...
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
Camadas de Protocolos
Pilha de Protocolos da Internet◦ Aplicação: suporta aplicações de rede
FTP, SMTP, HTTP
◦ Transporte: transferência de dados entre sistemas terminais TCP, UDP
◦ Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP
◦ Enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos PPP, ethernet
◦ Física bits “nos fios”
Camadas de Protocolos
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
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
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
Camadas de Protocolos
Camadas de protocolos
L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
Fax # ---L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
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Eu gosto daminha tia Carmen
Eu gosto daminha tia Carmen
L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
Fax # ---L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
Fax # ---L: holandêsIk hou van mijn tante Carmen
mensagem
Informação para o tradutor remoto
Informação para a secretária remota
3
2
1
filósofo
tradutor
secretária
I like my aunt Carmen
I like my aunt Carmen
Camadas de Protocolos
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
A B C