Redes de Computadores Introdução - Capítulo 1

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1 Redes de Computadores Introdução - Capítulo 1
Professores: Solange da Silva Wilmar Oliveira de Queiroz

2 Histórico de Redes de Computadores
Século XVIII - era de grandes sistemas mecânicos (Revolução Industrial) Século XIX - era das máquinas a vapor Século XX - principais conquistas foram no campo da aquisição, processamento e da distribuição das informações: Instalação de Redes de telefonia em escala mundial Invenção do rádio e da televisão Nascimento e crescimento da indústria de Informática Lançamento de Satélites de comunicação Internet

3 Conceito de Redes de Computadores
Conceito - conjunto de computadores autônomos interconectados. 2 computadores estão interconectados quando podem trocar informações. Vantagens: Compartilhamento de recursos Segurança e confiabilidade do sistema Grupo de trabalho Compartilhamento de informações Etc. Origem Trans missor Sistema de Transmissão Recep tor Destino Sistema de Origem Sistema de Destino

4 Evolução das Redes de Computadores (1)

5 Evolução das Redes de Computadores (2)

6 Evolução das Redes de Computadores (3)

7 Evolução das Redes de Computadores (4)

8 Evolução das Redes de Computadores (5)

9 Uso de Redes de Computadores
Aplicações comerciais Aplicações residenciais Usuários móveis Questões sociais

10 Aplicações Comerciais de Redes
Uma rede com dois clientes e um servidor.

11 Aplicações Comerciais de Redes (2)
O modelo cliente-servidor envolve solicitações e respostas.

12 Aplicações Residenciais de Redes
Acesso à informações remotas Comunicação entre pessoas Entretenimento interativo Comércio eletrônico

13 Aplicações Residenciais de Redes (2)
Em um sistema não-hierárquico não existem clientes e servidores fixos.

14 Aplicações Residenciais de Redes (3)
Abreviação Nome completo Exemplo B2C Business-to-consumer Pedidos de livros on-line B2B Business-to-business Fabricante de automóveis solicitando pneus a um fornecedor G2C Government-to-consumer Governo distribuindo eletronicamente formulários de impostos C2C Consumer-to consumer Leilões on-line de produtos usados P2P Peer-to-peer Compartilhamento de arquivos Algumas formas de comércio eletrônico (e-commerce).

15 Redes de Usuários Móveis
Sem fio Móvel Aplicações Não Computadores de desktop em escritórios Sim Um notebook usado em um quarto de hotel Redes em edifícios mais antigos que não dispõem de fiação Escritório portátil; PDA para registrar estoque de uma loja Combinações de redes sem fio (wireless) e computação móvel.

16 Hardware de Rede Local Area Networks (LANs) – Redes Locais
Metropolitan Area Networks (MANs) - Redes Metropolitanas Wide Area Networks (WANs) – Redes Geograficamente Distribuídas Redes Sem Fio Redes Domésticas Internetworks – Inter-redes

17 Hardware de Rede (2) Tipos de tecnologias de transmissão
Links de difusão (broadcast) Links ponto-a-ponto

18 Hardware de Rede (3) Difusão Ponto-a-ponto
Pacote é transmitido a todas as máquinas da rede, mas somente a máquina-destino a recebe Várias máquinas compartilham o mesmo meio físico Ponto-a-ponto O pacote é transmitido da origem até o destino através do caminho (rota) mais curto

19 Distância entre processadores Processadores localizados no(a) mesmo(a)
Hardware de Rede (4) Distância entre processadores Processadores localizados no(a) mesmo(a) Exemplo 1 m Metro quadrado Rede Pessoal 10 m Sala Rede Local 100 m Edifício 1 km Campus 10 km Cidade Rede Metropolitana 100 km País Rede Geograficamente Distribuída 1.000 km Continente km Planeta Internet Classificação dos processadores interconectados por escala.

20 Duas redes de difusão (broadcast).
Local Area Networks Duas redes de difusão (broadcast). Barramento; (b) Anel Computadores estão fisicamente próximos Altas taxas de transmissão Menor taxa de erros Redes de difusão ou ponto-a-ponto Ex: Ethernet

21 Redes Metropolitanas (MANs)
Uma Rede Metropolitana baseada na TV a cabo.

22 Redes Geograficamente Distribuídas - WANs
Relação entre hosts em LANs e a subrede. Computadores estão fisicamente distantes Menores taxas de transmissão Maior taxa de erros Ponto-a-ponto

23 Redes Geograficamente Distribuídas WANs (2)
Um fluxo de pacotes indo do transmissor até o receptor.

24 Redes Sem Fio São divididas em 3 Categorias Principais:
Interconexão de Sistemas LANs Sem Fio WANs Sem Fio

25 Redes Sem Fio (2) (a) Configuração Bluetooth (b) LAN sem fio

26 Redes Sem Fio (3) (a) Computadores móveis individuais
(b) Uma LAN móvel

27 Categorias de Redes Domésticas
Computadores (PC de mesa, notebook, PDA, periféricos compartilhados) Entretenimento (TV, DVD, VCR, câmeras de vídeo e fotográfica, equipamento estéreo, MP3) Telecomunicações (telefone, celular, intercomunicador, fax) Eletrodomésticos (microondas, refrigerador, relógio, forno, ar condicionado, lâmpadas) Telemetria (medidores de consumo de serviços de utilidade pública, alarmes de fumaça/arrombamento, termostato, câmeras para monitorar bebês).

28 Software de Rede Hierarquias de Protocolos
Questões de projeto relacionadas às camadas Serviços Orientados à Conexão e Sem Conexões Primitivas de Serviço O relacionamento entre Serviços e Protocolos

29 “Camadas” de Protocolos
As redes são complexas! muitos “pedaços”: hosts roteadores enlaces de diversos meios aplicações protocolos hardware, software

30 Organização de uma viagem aérea
 Uma série de passos/ações

31 Organização de uma Viagem Aérea - Serviços
Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens transporte de bagagens transferência de pessoas: entre portões transporte do avião de pista a pista roteamento do avião da origem ao destino

32 Funcionalidade de uma linha aérea em camadas
Camadas: cada camada implementa um serviço através de ações internas à camada depende dos serviços providos pela camada inferior

33 Organização de uma Viagem Aérea – Implementação distribuída das funcionalidades das camadas
bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) subida roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião aeroporto de saída aeroporto de chegada localidades intermediárias de tráfego aéreo roteam. aviões roteam. aviões roteam. aviões

34 Por que dividir em camadas?
Lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema complexo modelo de referência em camadas para discussão modularização facilita a manutenção e atualização do sistema mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema ex., mudança no procedimento no portão não afeta o resto do sistema divisão em camadas é considerada prejudicial?

35 Pilha de protocolos Internet
aplicação: dá suporte a aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP transporte: transferência de dados host-a-host TCP, UDP rede: roteamento de datagramas da origem até o destino IP, protocolos de roteamento enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos PPP, Ethernet física: bits “no fio” aplicação transporte rede enlace física

36 O Modelo de Referência OSI

37 Camadas: comunicação lógica
Cada camada: distribuída as “entidades” implementam as funções das camadas em cada nó as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras aplicação transporte rede enlace física

38 Camadas: comunicação lógica
dados Ex.: transporte recebe dados da aplicação adiciona endereço e verificação de erro para formar o “datagrama” envia o datagrama para a parceira espera que a parceira acuse o recebimento (ack) analogia: correio aplicação transporte rede enlace física transporte ack dados dados transporte

39 Camadas: comunicação física
dados aplicação transporte rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física dados aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física

40 Encapsulamento origem destino aplicação transporte rede enlace física
mensagem M aplicação transporte rede enlace física segmento Ht M datagrama Ht Hn M quadro Ht Hn Hl M enlace física Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M switch destino rede enlace física Ht Hn M Ht Hn M M aplicação transporte rede enlace física Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M Ht M Ht Hn M roteador Ht Hn Hl M

41 Software de Rede Hierarquias de Protocolos
Camadas, protocolos e interfaces.

42 O que é um protocolo? protocolos humanos: “que horas são?”
“tenho uma dúvida” apresentações … msgs específicas são enviadas … ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos Protocolos de rede: máquinas ao invés de pessoas todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de msgs

43 um protocolo humano e um protocolo de rede:
O que é um protocolo? um protocolo humano e um protocolo de rede: Oi sol. conexão TCP Oi resposta de conexão TCP Que horas são, por favor? Get 2:00 <arquivo> tempo P: Apresente outro protocolo humano!

44 Hierarquias de Protocolos (2)
A arquitetura filósofo-tradutor-secretária.

45 Hierarquia de Protocolos (3)
Exemplo de fluxo de informações que admite a comunicação virtual na camada 5. Cabeçalho H inclui informações de controle, como nº de seqüência, por exemplo, a fim de permitir que a camada 4 do destino possa repassar a mensagem na ordem correta. Cabeçalho pode conter hora, tamanho e outros campos de controle

46 Questões de Projeto relacionadas às Camadas
Endereçamento Controle de Erros Controle de Fluxo Multiplexação e demultiplexação Roteamento

47 Serviços Orientados à Conexão e Serviços Sem Conexão
Serviço Exemplo Orientado à conexão Fluxo de mensagens confiável Sequência de páginas Fluxo de bytes confiável Logon remoto Conexão não-confiável Voz digitalizada Sem conexão Datagrama não-confiável Lixo de correio eletrônico Datagrama confirmado Correspondência registrada Solicitação/resposta Consulta a banco de dados Seis tipos diferentes de serviços.

48 Cinco primitivas de serviço para implementação
Significado LISTEN Espera bloqueada por uma conexão de entrada CONNECT Estabelece uma conexão com um par que está à espera RECEIVE Espera bloqueada por uma mensagem de entrada SEND Envia uma mensagem ao par DISCONNECT Encerra uma conexão Cinco primitivas de serviço para implementação de uma conexão simples.

49 Primitivas de Serviço (2)
Pacotes enviados em uma interação cliente/servidor simples em uma rede orientada à conexão.

50 Relacionamento entre um Serviço e um Protocolo
SERVIÇO é um conjunto de primitivas que uma camada oferece à camada situada acima dela. Define as operações que uma camada oferece. PROTOCOLOS são utilizados pelas entidades pares contidas nas camadas para implementar suas definições de serviço. Protocolos podem ser trocados, desde que não altere o serviço oferecido pela camada. Portanto, Serviços e Protocolos são independentes um do outro;

51 Modelos de Referência O Modelo de Referência OSI
O Modelo de Referência TCP/IP Comparando os Modelos OSI e TCP/IP Uma crítica aos Protocolos e ao Modelo OSI Uma crítica ao Modelo de Referência TCP/IP

52 O modelo de referência OSI.
Modelos de Referência O modelo de referência OSI.

53 Modelos de Referência (2)

54 Modelos de Referência (3) – Camada Física
Interface física entre o computador e a rede Responsabilidade: transmissão de bits em um canal de comunicação Questões a definir: interfaces elétricas e mecânicas taxa de transmissão distâncias

55 Modelos de Referência (4) – Camada de Enlace de Dados
Ativação, manutenção e desativação de um enlace confiável Responsabilidade: transmissão dos dados livre de erros para as camadas superiores Tarefas: enquadramento (divisão dos dados em pedaços) bits de cabeçalho e trailer endereçamento controle de fluxo e detecção erros

56 Modelos de Referência (5) – Camadas de Rede e de Transporte
CAMADA DE REDE Seleção do melhor caminho entre duas entidades fins (roteamento) Fragmentação e remontagem de pacotes Compatibilização entre redes de tecnologias diferentes Não é necessária em enlaces diretos CAMADA DE TRANSPORTE Provê de ligação virtual fim-a-fim entre entidades fins Controle de erro e fluxo fim-a-fim Tem uma qualidade de serviço associada

57 Modelos de Referência (6) – Camadas de Sessão, de Apresentação e de Aplicação
CAMADA DE SESSÃO estabelece, gerencia e finaliza sessões entre aplicações recupera a sessão em caso de interrupção muitos modelos não incluem uma camada de sessão CAMADA DE APRESENTAÇÃO uniformiza o formato de dados compressão e criptografia de dados muitos modelos não incluem uma camada de apresentação CAMADA DE APLICAÇÃO interface com o usuário fornece serviços básicos necessários para uma variedade de aplicações Ex: transferência de arquivos (FTP), acesso remoto (HTTP), correio eletrônico

58 Modelos de Referência (7)
O modelo de referência TCP/IP.

59 Modelos de Referência (8)
Redes e Protocolos no Modelo TCP/IP.

60 Comparando os Modelos OSI e TCP/IP
Conceitos fundamentais do modelo OSI Serviços Conjunto de operações que uma camada oferece para a camada acima dela; A definição do serviço informa o que a camada faz; Interfaces A interface de uma camada informa como os processos acima dela podem acessá-la Protocolos Conjunto de regras que controla o formato e o significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocadas pelas entidades partes contidas em uma camada

61 Uma Crítica ao Modelo e Protocolos OSI
Por quê o mundo não assumiu o modelo OSI? Momento ruim Demorou a sair do papel Tecnologia ruim Complexidade, funções repetidas Implementações ruins Lentas, pesadas e gigantescas Políticas ruins Imagem associada a burocracia

62 O apocalipse dos dois elefantes. O Modelo OSI demorou a sair do papel
Momento ruim O apocalipse dos dois elefantes. O Modelo OSI demorou a sair do papel

63 Uma Crítica ao Modelo de Referência TCP/IP
Problemas: Serviço, interface e protocolo não diferenciados com clareza Não é um modelo geral “Camada” host-rede não é realmente uma camada e sim uma interface (entre as camadas de redes e de enlace) Nenhuma distinção entre as camadas física e de enlace Protocolos secundários profundamente enraizados, e de difícil substituição

64 O modelo de referência híbrido que será usado neste livro.
Modelo Híbrido O modelo de referência híbrido que será usado neste livro.

65 Exemplos de Redes The Internet
Redes Orientadas à Conexão: X.25, Frame Relay e ATM Ethernet Wireless LANs: 802:11

66 The ARPANET (a) Estrutura do sistema telefônico.
(b) Sistema de comutação distribuído proposto por Baran.

67 The ARPANET (2) O projeto original ARPANET.
IMP – Interface Message Processors

68 The ARPANET (3) Crescimento da ARPANET (a) Dezembro (b) Julho 1970. (c) Março (d) Abril (e) Setembro 1972.

69 NSFNET O backbone NSFNET em 1988.

70 Uso da Internet Aplicações Tradicionais (1970 – 1990)
Correio eletrônico Newsgroups (fóruns especializados) Login remoto (telnet, rlogin ou ssh) Transferência de arquivos (FTP)

71 Arquitetura da Internet
Visão da Internet. POP – Point of presence; NAP – Network access point

72 Circuitos Virtuais ATM
Um circuito virtual.

73 Circuitos Virtuais ATM (2)
Uma célula ATM.

74 O Modelo de Referência ATM

75 O Modelo de Referência ATM (2)
As camadas, subcamadas ATM e suas funções.

76 Arquitetura original da Ethernet.

77 Wireless LANs (a) Redes Wireless com uma estação base (802.11).
(b) Rede Ad hoc.

78 O alcance de um único rádio pode não cobrir todo o sistema.
Wireless LANs (2) O alcance de um único rádio pode não cobrir todo o sistema.

79 Wireless LANs (3) Uma rede multicélula

80 Padronização de Redes Quem é quem no mundo das Telecomunicações
Quem é quem no mundo dos Padrões Internacionais Quem é quem no mundo dos Padrões Internet

81 ITU Principais setores Classes dos Membros Radiocomunicações (ITU-R)
Padronização de Telecomunicações (ITU-T) Desenvolvimento (ITU-D) Classes dos Membros Governos Nacionais Membros Setoriais Membro Associados Agências Reguladoras

82 IEEE 802 Standards Os grupos de trabalho Os mais importantes são marcados com *. Os marcados com  estão hibernando. O grupo marcado com † está desativado.

83 Os principais prefixos métricos.
Unidades Métricas Os principais prefixos métricos.

84 1961-1972: Estréia da comutação de pacotes
História da Internet : Estréia da comutação de pacotes 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes 1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares 1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Research Projects Agency) 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet

85 1961-1972: Estréia da comutação de pacotes
História da Internet : Estréia da comutação de pacotes 1972: demonstração pública da ARPAnet NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo host-host primeiro programa de ARPAnet com 15 nós

86 História da Internet : Interconexão de redes novas e proprietárias 1970: rede de satélite ALOHAnet no Havaí 1973: Metcalfe propõe a Ethernet em sua tese de doutorado 1974: Cerf e Kahn - arquitetura para a interconexão de redes fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM) 1979: ARPAnet com 200 nós Princípios de interconexão de Cerf e Kahn: minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes modelo de serviço best effort roteadores sem estados controle descentralizado definem a arquitetura atual da Internet

87 História da Internet : novos protocolos, proliferação de redes 1983: implantação do TCP/IP 1982: definição do protocolo SMTP para 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP 1985: definição do protocolo FTP 1988: controle de congestionamento do TCP novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel hosts conectados numa confederação de redes

88 Anos 90: comercialização, a Web
História da Internet Anos 90: comercialização, a Web início dos anos 90: ARPAnet desativada 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995) início dos anos 90 : Web hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s] HTML, HTTP: Berners-Lee 1994: Mosaic, posteriormente Netscape fim dos anos 90: comercialização da Web Final dos anos 90: est. 50 milhões de computadores na Internet est. mais de 100 milhões de usuários enlaces de backbone a 1 Gbps 1996: criação do projeto INTERNET2 novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P2P

89 Evolução do Número de Hosts

90 Internet/BR Aberta para uso comercial em 1994
A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989. Posição absoluta (Network Wizards, 01/07): Número de hosts: 8o do Mundo 2o das Américas (Canadá em 2o lugar com ) 1o da América do Sul (Argentina em 2o lugar com ) IBOPE/NetRatings (3/07): 16,3 Milhões de Internautas residenciais ativos 25 milhões de brasileiros têm acesso a computador nos seus domicílios 32,9 milhões têm acesso em qualquer ambiente Fonte: