Telecomunicações Rede de Computadores

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1 Telecomunicações Rede de Computadores
INF1761 -Computação Gráfica: Introdução 4/2/2017 Telecomunicações Rede de Computadores Prof. Claudio Benossi Aula 05 Marcelo Gattass

2 Sumário Introdução Uso de redes de computadores Tipos de redes
Internet Protocolos Redes de acesso Meios físicos Camadas de protocolos

3 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?

4 Introdução Significado da palavra “computador” é mais amplo atualmente

5 Introdução

6 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

7 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

8 Evolução das redes Compartilhamento de recursos de hardware e software
Impressoras Espaço em disco Outros processadores Arquivos Conexão à Internet

9 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 Questões sociais Discussão sobre o que pode ou não pode ser compartilhado

10 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

11 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 Receptor ou destino 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.

12 Tipos de redes Classificação das redes por escala
Máquina de fluxo de dados Multicomputador Rede Local Rede Metropolitana Rede Geograficamente Distribuída Internet

13 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)

14 Redes Locais Topologia Maneira pela qual os elementos são interligados
Estrela

15 Redes Locais Topologia Maneira pela qual os elementos são interligados
Barra

16 Redes Locais Topologia Maneira pela qual os elementos são interligados
Anel

17 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)

18 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

19 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

20 Redes Geograficamente Distribuídas

21 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

22 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, , etc) são programas de aplicação de rede

23 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

24 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)

25 Componentes da 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

26 Internet x Intranet Internet pública: Internet privada:
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...)

27 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

28 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

29 Entidades básicas Utilizado por inúmeras aplicações populares Web
Transferência de arquivos Grupos de discussão Login remoto

30 Entidades básicas Aplicações distribuídas
Cliente e servidor em máquinas e redes diferentes

31 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)‏ ...

32 Redes de acesso Como ligar dois hosts ao primeiro roteador?
Residenciais Institucionais Móveis ISP local Servidor ISP regional Roteador Estações fixas Rede corporativa Estações móveis

33 Acesso residencial: ponto a ponto
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

34 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

35 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

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

37 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, ...

38 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

39 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

40 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

41 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

42 Meios Guiados Cabo de fibra ótica: Ethernet de 100 Mbps
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

43 Meios Guiados Cabos de fibra óptica Capa externa
Extremidade de um cabo com 3 fibras

44 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

45 Meios Não-Guiados Satélites Microondas Infravermelho
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

46 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

47 Protocolos Analogia humana Oi Oi Você é gremista? CLARO que sim! tempo

48 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.

49 Protocolos Em redes de computadores Pedido de conexão
Resposta positiva GET: <arquivo> tempo

50 Protocolos Em sistemas de comunicação existem mensagens de controle desta comunicação além dos dados que se quer enviar análogo ao sistema postal

51 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

52 Camadas de Protocolos Redes são complexas! Pergunta:
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?

53 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

54 Camadas de Protocolos Passagem (compra) Passagem (reclama)
Bagagem (entrega) Portão (embarque) Decolagem Roteamento do avião Passagem (reclama) Bagagem (recupera) Portão (desembarque) Aterrissagem Uma série de passos...

55 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

56 Camadas de Protocolos Pilha de Protocolos da Internet Aplicação
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” Aplicação Transporte Rede Enlace Física

57 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

58 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

59 Camadas de protocolos 3 2 1 mensagem filósofo
I like my aunt Carmen mensagem Eu gosto da minha tia Carmen 3 filósofo L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen Informação para o tradutor remoto L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen 2 tradutor Informação para a secretária remota Fax # --- L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen Fax # --- L: holandês Ik hou van mijn tante Carmen 1 secretária

60 Camadas de Protocolos B C A Aplicação Transporte Rede Enlace Física