Redes de Computadores. Introdução - PDF
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Vinícius Brandt Padilha
2 Rede de Computadores Uma rede de computadores é formada por um conjunto de módulos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação (meios de transmissão e protocolos). 2
3 Motivação para o Uso de Redes Aplicações comerciais Compartilhamento de recursos Alta confiabilidade por meio de replicação de fontes de dados Economia de dinheiro Meio de comunicação eficiente entre os empregados da empresa Comércio eletrônico 3
4 Motivação para o Uso de Redes Sistema Cliente/Servidor Comunicação em um sistema Cliente/Servidor 4
5 Motivação para o Uso de Redes Usuários domésticos (com a internet) Acesso a informações remotas Comunicação entre as pessoas ( ( , chat, VoIP,, etc.) Entretenimento interativo Comércio eletrônico (e-shop shop,, e-bankinge banking,, leilões, etc.) Jogos Não há nenhuma razão para qualquer indivíduo ter um computador em casa. Ken Olsen,, Presidente da Digital Equipment Co.,
6 Motivação para o Uso de Redes Usuários móveis Conectividade independente da localização (escritório portátil) Acompanhamento da produção/serviços Comércio eletrônico 6
7 Classificação de Redes Critérios de classificação Tecnologia de transmissão Escala 7
8 Tecnologia de Transmissão Redes de difusão (broadcast) Todas as máquinas compartilham um único canal Comunicação por meio de pacotes endereçados O endereçamento pode ser Para uma máquina específica (unicast( unicast) Para todas as máquinas da rede (broadcast) Para um subconjunto de máquinas da rede (multicast( multicast) Redes ponto-a-ponto Conexões entre pares de máquinas Ocorre o roteamento dos dados 8
9 Tecnologia de Transmissão Rede ponto-a-ponto 9
10 Escala Redes pessoais Redes locais (LANs( Local Area Networks) Redes metropolitanas (MANs( Metropolitan Area Networks) Redes de longo alcance (WANs( Wide Area Networks) Inter-Rede (internet) 10
11 Redes Locais (LANs( LANs) As redes locais são normalmente redes privativas que permitem a interconexão de equipamentos presentes em uma pequena região (um prédio ou uma universidade ou que tenha poucos quilômetros de extensão) 11
12 Redes Locais (LANs( LANs) Possuem 3 características que as distinguem de outras redes Tamanho Restrito pior tempo de transmissão é conhecido Tecnologia de transmissão Cabo conectando todas as máquinas da rede Topologia Barramento Anel 12
13 Redes Locais (LANs( LANs) Topologias em barramento (a) e em anel (b) 13
14 Redes Locais (LANs( LANs) Em relação a alocação do canal Estáticas tempo dividido igualmente entre as máquinas Dinâmicas tempo de transmissão o determinado por um árbitro ou pelas próprias prias máquinas m Exemplos: Ethernet / Fast Ethernet Token Bus Token Ring FDDI ATM 14
15 Redes Metropolitanas (MANs( MANs) Uma rede metropolitana é basicamente uma grande versão de uma LAN onde a distância entre os equipamentos ligados à rede começa a atingir distâncias metropolitanas (uma cidade) Exemplos: Rede de TV a cabo RDSI-FL (ATM) Distributed Queue Dual Bus (DQDB) 15
16 Redes Metropolitanas (MANs( MANs) Rede MAN de TV a cabo 16
17 Redes Geograficamente Distribuídas (WANs( WANs) É uma rede que cobre uma área geográfica grande, usualmente um país ou continente. Os hosts da rede são conectados por uma sub-rede de comunicação. A sub-rede é composta de dois elementos: linhas de transmissão e elementos de comutação (roteadores( roteadores) Exemplos: X.25 SONET/ATM Frame Relay Satélites 17
18 Redes Geograficamente Distribuídas (WANs( WANs) Uma rede WAN 18
19 Redes Geograficamente Distribuídas (WANs( WANs) Quase todas as WANs utilizam a tecnologia store-and and-forward (armazenamento( e encaminhamento) ou comutação de pacotes As decisões de roteamento são tomadas por cada roteador individualmente de acordo com um algoritmo de roteamento 19
20 Redes Geograficamente Distribuídas (WANs( WANs) Fluxo de pacotes em uma WAN 20
21 Redes sem Fio Podem ser divididas em 3 categorias principais Interconexão de sistemas Interconexão dos componentes de um computador usando sinais de rádio de alcance limitado Ex: Bluetooth LANs sem fio Redes em que os computadores se comunicam por meio de modems de rádio e antenas Ex:
22 Redes sem Fio Podem ser divididas em 3 categorias principais WANs sem fio Alcance bem maior e taxa de transmissão bem menor que as LANs sem fio Ex: Telefonia celular Já existem também as WANs sem fio de alta velocidade utilizada para Internet de banda larga Os computadores móveis sem fio são como banheiros móveis sem tubulação verdadeiros pinicos portáteis. Bob Metacalf,, Inventor da Ethernet,,
23 Redes Domésticas Idéia no futuro todos os lares estarão configurados para redes Todos os eletrodomésticos se comunicarão o e estarão o acessíveis pela Internet Computadores, TV, DVD, telefone, microondas, geladeira, etc. Redes domésticas jáj são o uma realidade, de forma limitada Compartilhamento de Internet, impressoras, arquivos 23
24 Redes Domésticas Características De fácil instalação A rede e os dispositivos devem ser a prova de falhas em sua operação Preço baixo Suporte à multimídia (redes velozes) Padronização dos dispositivos e fácil expansão Segurança e confiabilidade 24
25 Inter-Rede Interconexão entre diferentes redes Usa Gateways Conectam duas redes realizando as conversões necessárias de hardware e software Quatro ou cinco computadores devem ser suficientes para o mundo inteiro até o ano T. J. Watson, Presidente da IBM,
26 Inter-Rede Motivação para a Interconexão Cada tecnologia de rede possui suas vantagens Diferença no hardware e software Redes são escolhidas de forma independente Impossibilidade de se construir uma rede universal com tecnologia única (fatores técnicos e políticos) Necessidade de comunicação e troca de informações entre redes diferentes (as vezes incompatíveis) Necessidade de uma rede única a partir de redes diferentes (internet) 26
27 Arquitetura de Redes Redes organizadas em camadas redução da complexidade do projeto Cada camada oferece alguns serviços para as camadas superiores escondendo os detalhes de implementação dos serviços A camada n de uma máquina se comunica com a camada n de outra As regras e convenções usadas nessa conversação são conhecidas como o protocolo da camada n 27
28 Arquitetura de Redes As entidades que ocupam as mesmas camadas em diferentes máquinas são chamadas pares Na verdade, os dados não são transferidos entre as camadas pares de máquinas diferentes Na máquina transmissora cada camada envia os dados e as informações de controle para a camada imediatamente inferior a ela Isso segue até a camada mais baixa Ocorre então a transmissão pelo meio físico Na máquina receptora ocorre a operação inversa 28
29 Arquitetura de Redes Exemplo de uma hierarquia de protocolos com 5 camadas 29
30 Arquitetura de Redes Entre cada par de camadas adjacentes existe uma interface define quais os serviços e operações a camada inferior oferece para a camada superior Interfaces devem ser claras Reduz o fluxo de dados Simplificam a a substituição da implementação da camada 30
31 Arquitetura de Redes Camadas pares podem ter implementações diferentes, mas os serviços oferecidos devem ser iguais Uma rede é composta de uma hierarquia de protocolos O conjunto de camadas e protocolos é chamado de arquitetura de rede Sua especificação deve permitir a implementação do software e hardware para cada camada 31
32 Arquitetura de Redes Nem os detalhes da implementação nem as especificações das interfaces são partes da arquitetura Pilha de protocolos Conjunto de protocolos utilizado por um determinado sistema, um protocolo por camada 32
33 Arquitetura de Redes Arquitetura filósofo / tradutor / secretária 33
34 Arquitetura de Redes Fluxo de informação na a arquitetura de 5 camadas 34
35 Questões de Projeto Relacionadas às Camadas Mecanismo de identificação de receptores e transmissores endereçamento Transferência de dados Direção Simplex, half-duplex, full-duplex Número de canais lógicos e suas prioridades Controle de erro Ordenação das mensagens no receptor 35
36 Questões de Projeto Relacionadas às Camadas Velocidade de transmissão dos dados Problema quando a comunicação se dá entre máquinas operando a velocidades diferentes Permitir fragmentação e remontagem Permitir o uso da mesma conexão por diversos processos Uso de multiplexação e demultiplexação Escolha de rotas (roteamento( roteamento) 36
37 Serviços Orientados à Conexões e Serviços sem Conexão Serviço orientado à conexões Analogia com o sistema telefônico Deve ser estabelecida uma conexão A conexão é então utilizada E, a conexão é liberada após o uso Na maioria dos casos a ordem de transmissão é conservada Pode haver uma negociação entre as partes sobre os parâmetros da conexão Tamanho máximo das mensagens, qualidade do serviço, etc. 37
38 Serviços Orientados à Conexões e Serviços sem Conexão Serviço sem conexão Analogia aos Correios Mensagem é endereçada e encaminhada (roteada( roteada) ) no sistema As mensagens são independentes umas das outras As mensagens podem chegar fora de ordem 38
39 Serviços Orientados à Conexões e Serviços sem Conexão Serviço orientado à conexões confiável Não perdem dados Usa estratégia de confirmação de recebimento das mensagens pelo receptor Pode gerar atrasos inaceitáveis em alguns casos Pode ser de dois tipos Seqüência de mensagens Fluxo de bits 39
40 Serviços Orientados à Conexões e Serviços sem Conexão Serviços sem conexão Serviço de datagramas serviço não confiável Serviço de datagramas com confirmação serviço confiável Serviço de solicitação/resposta serviço confiável 40
41 Primitivas de Serviço Um serviço é especificado formalmente por um conjunto de primitivas São as operações disponíveis para que um processo do usuário acesse um serviço Primitivas de serviço para implementação de uma conexão simples 41
42 Primitivas de Serviço Interação cliente/servidor simples, em uma rede orientada à conexão 42
43 Serviços Serviços e Protocolos Conjunto de primitivas (operações) que uma camada oferece à sua camada superior Não informa como essas operações são implementadas Protocolo Conjunto de regras que rege a comunicação entre as camadas pares Define o formato e significado dos pacotes (mensagens enviadas) O protocolo pode ser alterado, desde que não se alterem os serviços 43
44 Interfaces e Serviços A função de cada camada é prover serviços a camada de nível superior Serviços disponíveis em SAPs (Service Access Points) Cada SAP tem um endereço único que o identifica Comunicação entre camadas: Entidade da camada n+1 passa uma IDU (Inteface Data Unit) ) para a entidade da camada n através do SAP IDU SDU (Sevice Data Unit) ) e interfaces de controle SDU é a informação passada pela rede para a entidade par e então para a camada n+1 44
45 Interfaces e Serviços Relação entre camadas em uma interface 45
46 Modelos de Referência Modelo OSI Modelo válido Protocolos não mais utilizados Modelo TCP/IP Modelo não mais utilizado Protocolos amplamente utilizados 2
47 Modelo OSI Proposta da ISO (International( Standards Organization) ) para a padronização dos protocolos utilizados nas diversas camadas de uma arquitetura de rede Trata da interconexão de sistemas abertos Possui 7 camadas OSI = Open Systems Interconnection 3
48 Modelo OSI Princípios que levaram a este número de camadas: Criação de camada onde há necessidade de maior grau de abstração Cada camada deve executar uma função bem definida A função da camada deve ser baseada em protocolos utilizados internacionalmente Limites das camadas reduzir o fluxo de informações transportadas entre as interfaces Funcionalidades distintas não devem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e a arquitetura não deve ser difícil de controlar 4
49 Modelo OSI Modelo OSI 5
50 Camada Física Objetivo assegurar o transporte dos dados, representados por um conjunto de bits via um meio de transmissão Fornece as características mecânicas, elétricas, funcionais e de procedimento para ativar, manter e finalizar uma conexão Garante o envio de uma cadeia de bits sem se preocupar com o seu significado Não é função desse nível tratar problemas como erros de transmissão 6
51 Camada Física São definidos: A forma de representar os bits A que taxa deve-se transmitir (9600bps, 10Mbps) Se a comunicação é half ou full-duplex Tipo de codificação Significados dos pinos dos conectores 7
52 Camada de Enlace de Dados Objetivo transmitir quadros entre duas máquinas ligadas diretamente, transformando o canal em um enlace de dados confiável Divide os dados em quadros de dados e os envia seqüencialmente Se o serviço for confiável teremos quadros de confirmação Regula o tráfego Detecta e e opcionalmente pode corrigir erros ocorridos na camada física 8
53 Camada de Rede Objetivo encaminhar (rotear( rotear) ) pacotes entre a máquina origem e a máquina destino O roteamento pode ser estático ou dinâmico Realiza o controle de congestionamento Tem que permitir que redes heterogêneas se comuniquem Endereçamento Tamanho dos pacotes Protocolos 9
54 Camada de Transporte Objetivo efetua a comunicação fim-a-fim entre processos, normalmente adicionando valor ao serviço de rede oferecido permite a transferência ncia de informaçõ ções do sistema emissor ao sistema receptor de forma confiável e econômica, independentemente da natureza da informaçã ção o ou das redes suportando a comunicaçã ção É uma camada fim-a-fim, fim, ligando a origem ao destino Define o tipo de serviço o oferecido quando a conexão é estabelecida 10
55 Camadas de Sessão e Apresentação Camada de Sessão Objetivo controlar quem fala e quando, entre origem e destino Camada de Apresentação Objetivo transformar a sintaxe dos dados (forma de representação) sem afetar a semântica (mapeamento de caracteres, criptografia, compressão, etc.) 11
56 Camada de Aplicação Compõe-se de várias aplicações, cada uma com seu respectivo protocolo, para implementar os serviços de mais alto nível na rede (transferência de arquivos, ,, WEB, IRC) É nessa camada que o usuário interage 12
57 Transmissão de dados no Modelo OSI 13
58 Modelo TCP/IP Arquitetura voltada para a interconexão de redes heterogêneas O nome TCP/IP se deve ao protocolos TCP e IP, que são os dois protocolos primários dessa arquitetura Composto por 4 camadas 14
59 Modelo TCP/IP Modelo OSI e modelo TCP/IP 15
60 Camada de Rede (ou Inter-Rede) Esta camada integra toda a arquitetura da inter-rede rede Faz a interligação de redes sem conexão Tem o objetivo de rotear as mensagens entre hosts, ocultando os problema inerentes aos protocolos utilizados e aos tamanhos dos pacotes Essa camada tem a mesma função da camada de rede do modelo OSI O protocolo comumente utilizado é o IP (Internet Protocol) 16
61 Camada de Transporte Permite que entidades pares mantenham uma conversação (como na camada de transporte do modelo OSI) Possui dois protocolos TCP e UDP TCP (Tranmission( Control Protocol Protocolo de Controle de Transmissão) Protocolo orientado a conexões confiável Permite a entrega se erros de um fluxo de bits entre hosts 17
62 Camada de Transporte UDP (User( Datagram Protocol Protocolo de Datagrama do Usuário) Protocolo sem conexão e não-confiável Para aplicações que não desejam controle de fluxo e sequenciamento das mensagens Para casos em que a entrega imediata é mais importante que a entrega precisa Transmissão de aúdio e vídeo 18
63 Camadas de Aplicação e Host/Rede Camada de Aplicação Contém os protocolos de alto nível, tais como FTP, Telnet e SMTP Camada de Acesso ao Meio (ou Host/Rede) O modelo TCP/IP não faz nenhuma especificação a respeito desta camada. 19
64 Modelo TCP/IP Protocolos e redes usadas no modelo TCP/IP 20
65 OSI x TCP/IP OSI O modelo foi concebido antes dos protocolos Possui 7 camadas Na camada de rede pode existir serviços orientados a conexão e sem conexão Na camada de transporte só existe serviço orientado a conexão 21
66 OSI x TCP/IP TCP/IP Os protocolos foram concebidos antes do modelo Possui 4 camadas Na camada de rede só existe serviço sem conexão Na camada de transporte pode existir serviços orientados a conexão e sem conexão 22
67 Modelo de Referência Híbrido 23
68 [Atividades] É sugerido a resolução dos seguintes problemas do capítulo 1 do livro do Tanenbaum 11, 12, 13, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 22, 25, 28 Também deve ser estudado todo o assunto visto na aula, pois existem informações que não estão contidas nessas questões É recomendado ler o capítulo inteiro, pois ele possui outras informações relevantes que não foram abordadas na aula 24