Pós-Graduação OBCURSOS FACON TI 2007

Transcrição

1 Pós-Graduação OBCURSOS FACON TI 2007 Prof. Bruno Guilhen Brasília Setembro

2 CONCEITOS DE REDES PARTE 1 Arquitetura e Protocolo de Redes

3 Realidade atual Motivação Ampla adoção das diversas tecnologias de redes de computadores Evolução das tecnologias de comunicação Redução dos custos dos computadores Dificuldades Restrições ao número de dispositivos conectados Tecnologias incompatíveis que inviabilizam a interoperabilidade

4 Motivação Alternativas Adotar mecanismos que permitam a interoperabilidade Interconectar as diferentes redes Compatibilizar a heterogeneidade das múltiplas tecnologias de redes Solução Tecnologia de inter-redes

5 O que é? Tecnologia de inter-redes Conjunto de protocolos que permitem a interconexão de redes heterogêneas Benefícios Acomoda múltiplas plataformas de hardware e software Esconde detalhes do hardware de rede Permite a comunicação dos dispositivos de forma independente do tipo de rede física adotada

6 Histórico Agência Arpa desenvolve estudos para interconexão de redes baseada em comutação de pacotes Construção da rede Arpanet Surgem as primeiras especificações da família de protocolos TCP/IP Define os detalhes de comunicação e convenções para interconectar as redes e realizar o roteamento de tráfego

7 Histórico Família de protocolos TCP/IP é padronizada na Arpanet Início da emergente Internet Arpanet é dividida em duas redes Pesquisa experimental (Arpanet) Comunicação militar (Milnet) Arpa disponibiliza implementação de baixo custo do TCP/IP e financia a integração em sistemas Unix

8 Histórico NSF incentiva a expansão de redes TCP/IP para a comunidade científica Criação do backbone da rede NSFNET Interligação de centros de supercomputação Conexão com a Arpanet Adoção dos protocolos TCP/IP por organizações comerciais Crescimento do tamanho e uso da Internet no mundo

9 E1 E9 E2 N1 N1 R3 N5 N5 R1 R2 R4 N2 N2 N4 N4 E3 N3 N3 E8 E4 E5 E6 E7

10 Conceito de Protocolo Como esses computadores todos conseguem conversar? A estrutura possui um código (linguagem) próprio similar a comunicação dos humanos.

11 Protocolo é o conjunto de normas e regras para a comunicação entre os computadores.

12 Então, a comunicação em rede copia o comportamento humano. Se os seres humanos são tão complexos, como fazer para copiá-los?

13 Usando o método de Jack. Vamos dividir o problema. Por partes! ou melhor Em camadas!!!

14 Características da estrutura em Camadas Independência de camadas: a camada N apenas usa/repassa os serviços para camadas vizinhas. Diminui a complexidade: a camada não se importa com a informação que chega, ela apenas trabalha com os dados.

15 O Modelo de Referência OSI / ISO

16 ISO (International Standards Organization) desenvolve um modelo de referencia chamado OSI (Open Systems Interconnection), para que os fabricantes pudessem criar protocolos a partir desse modelo. OSI é o padrão ideal e serve para comparação com outros protocolos.

17 O MODELO OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede 2 Link de Dados (ENLACE) 1 Física

18 Aplicação trabalha com a interface entre o protocolo e o aplicativo. Cria mecanismos para cada protocolo de aplicação.

19 Apresentação Faz a tradução das informações colocandoas em um formato que possa ser entendido pelas outras camadas. A camada de apresentação também é usada para compressão de dados (trabalha no sentido de diminuir o tamanho do pacote). Criptografia (criptografa os pacotes que só poderão ser descriptografados na camada 6 do receptor.

20 Sessão marca os dados para estabelecer que computadores diferentes tenham uma sessão de comunicação. Se ocorrer uma falha na comunicação o processo poderá ser reiniciado do mesmo ponto.

21 Transporte Faz a ligação entre as camadas do nível de aplicação (5, 6 e 7) com as camadas do nível físico (1, 2 e 3). Divisão em pacotes dos dados da camada de sessão. Multiplexação: várias conexões de transporte compartilhando a mesma conexão de rede; Splitting: uma conexão de transporte ligada a várias conexões de rede;

22 Rede recebe os pacotes da camada de transporte ou quadros da camada link de dados e faz o endereçamento dos dados (pacotes) convertendo o endereço lógico em endereço físico para que os pacotes possam chegar corretamente ao destino. Serve também para indicar a rota que o pacote vai seguir da origem ao destino.

23 Link de Dados (Enlace) recebe os dados da camada de rede e converte em quadros que serão enviados colocando o endereço físico (placa de rede destino), dados de controle e CRC. CRC (Cyclical Redundancy Check) ou Checksum ocorre quando a informação chega à camada Link de Dados do receptor então essa camada emite uma confirmação de chegada ACK (Acknowledge), ou seja, realiza o CRC. Se a confirmação não chegar o transmissor reenvia o quadro.

24 Física Recebe os dados e converte em sinais que deverão ser enviados pela rede; A camada física especifica a maneira com que os 0s e 1s dos quadros serão enviados/recebidos (qtos volts vale os bits (0 e 1) e qual a duração de um bit (microssegundos); Tipo de conexão (simplex, duplex);

25 Transmissão de Dados

26 Tipo de Transmissão de Dados SIMPLEX Unidirecional (ex: Rádio AM/FM padrão) HALF DUPLEX Bidirecional Não Simultânea ( ex: Nextel rádio, rádio amador) FULL DUPLEX Bidirecional Simultânea (ex: telefonia fixa, telefonia móvel)

27 Técnicas de Comutação

28 Comutação por Circuitos Caminho dedicado na transmissão (conexão fim-a-fim); Circuito ocioso nos períodos de silêncio; Usado na comunicação por voz (telefonia); Taxa de transmissão fixa; Usa as técnicas FDM e TDM;

29 Comutação por Pacotes Canais compartilhados por várias msg; Rotas definidas nó a nó; Buffer de saída (fila de saída); Atrasos fim-a-fim variáveis e imprevisíveis; Usado em redes de computadores (Internet); Mais tolerante a defeitos; Sem reserva de largura de banda; Os pacotes podem chegar fora de ordem;

30 Comutação por Pacotes Redes de Circuitos Virtuais Transmite as informações segundo o seu número de CV; Não usa endereços de origem e fim; Mantém informações de estado para conexões em curso; ATM; X.25; Frame Relay; Redes de Datagramas Transmite as informações segundo o seu endereço de destino; Faz a leitura do cabeçalho para checar endereços; Não mantém informações de estado para conexões em curso; Internet padrão (routers);

31 Item Comutação de circuitos Comutação de pacotes Configuração em chamadas Obrigatória Não necessária Caminho físico dedicado Sim Não A rota do pacote é a mesma Sim Não Os pacotes chegam em ordem Sim Não A falha do switch é fatal Sim Não Largura de banda disponível Fixa Dinâmica Pode existir congestionamento Na configuração Todos os pacotes Desperdiça largura de banda Sim Não Tx store-and-forward Não Sim Transparência Sim Não Tarifação Por minuto Por pacote

32 Esquema da Comutação Redes de Telecomunicações Redes de Comutação De Circuitos Redes de Comutação De Pacotes FDM TDM Redes de CV Redes de Datagramas

33 Serviços Orientados à Conexão Transferência de dados confiável; Controle de fluxo; Controle de Congestionamento; Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) Mais Lento;

34 Serviços não Orientados à Conexão Transferência de dados não confiável; Sem Controle de fluxo; Protocolo de Datagrama do Usuário (UDP) Mais Rápido;

35 A Camada de ENLACE

36 Definição O princípio básico da camada de enlace é mover um datagrama de um nó até um nó adjacente por um único enlace de comunicação.

37 Objetivos da Camada de Enlace: Enquadramento, acesso ao enlace: Encapsular datagramas em quadros, acrescentando cabeçalhos e trailer; Implementar acesso ao canal se o meio é compartilhado; Gerir endereços físicos usados nos cabeçalhos dos quadros para identificar a fonte e o destino dos quadros.

38 Objetivos da Camada de Enlace: Entrega confiável entre dois equipamentos fisicamente conectados: Raramente usado em enlaces com baixa taxa de erros(fibra, alguns tipos de par trançado); Enlaces sem-fio(wireless): altas taxas de erro.

39 Objetivos da Camada de Enlace: Controle de Fluxo: limitação da transmissão entre transmissor e receptor Detecção de Erros: erros causados pela atenuação do sinal e por ruídos; o receptor detecta a presença de erros: avisa o transmissor para reenviar o quadro perdido. Correção de Erros: o receptor identifica e corrige o bit com erro(s) sem recorrer à retransmissão.

40 LAN LAN LAN (Local Area Network) Definição: Conjunto de computadores conectados em uma pequena região (região de raio 2 Km). Rede Local ou Rede Interna Ethernet Intranet (Rede interna que utiliza a tecnologia da Internet) MAN (Metropolitan Area Network) Rede Metropolitana WAN (Wide Area Network) Rede Geograficamente Distribuída.

41 Processo de encapsulamento Dados da aplicação Dados Mensagem da aplicação Cabeçalho Dados Segmento TCP / Datagrama UDP Cabeçalho Dados Datagrama IP Cabeçalho Dados Quadro Cabeçalho Dados

42 Processo de demultiplexação Aplicação FTP SMTP DNS SNMP Transporte TCP Porta UDP Porta Rede ICMP IP Protocol Interface de rede Driver de rede

43 Interação dos protocolos Estação E1 Estação E2 SNMP Protocolo SNMP SNMP UDP Protocolo UDP UDP Roteador R1 Roteador R2 IP Protocolo IP IP Protocolo IP IP Protocolo IP IP Driver Driver Driver Driver Driver Driver N1 N1 N2 N2 N3 N3

44 A Arquitetura ETHERNET

45 Ethernet O nome dado a uma tecnologia de rede local de comutação de pacotes, criada pela Xerox PARC no início da década de 70. As empresas Xerox, Intel e Digital Equipament padronizaram a Ethernet em O IEEE criou uma versão compatível do padrão utilizando o número A Ethernet tornou-se e uma tecnologia de rede local popular. Hoje em dia o padrão DIX é o Ethernet II enquanto que do IEEE é apenas Ethernet.

46 ETHERNET É a mais usada em redes locais. Serve para definir como os dados serão transmitidos fisicamente através do cabo da rede. Opera nas camadas 1 e 2 do modelo OSI. Quadro com área de dados de 1500 bytes.

47 OSI ETHERNET Link de Controle do link lógico (LLC) IEEE802.2 Dados Controle de Acesso ao Meio (MAC) IEEE Física Física

48 As camadas da Arquitetura Ethernet: Controle do Link Lógico (LLC, IEEE 802.2) Inclui informações do protocolo de alto nível que entregou o pacote de dados a ser transmitido. Com isso, a máquina receptora tem como saber para qual protocolo de alto nível ela deve entregar os dados de um quadro que ela acabou de receber.

49 Controle de Acesso ao Meio (MAC, IEEE802.3). Monta o quadro de dados a ser transmitido pela camada física, incluindo cabeçalhos próximos dessa camada aos dados recebidos da camada de Controle do Link Lógico. O endereço MAC é um número Hexadecimal de 12 algarismos onde cada algarismo possui 4 bits, ou seja, o MAC possui 6 Bytes.

50 Física Transmite os quadros entregues pela camada de Controle de Acesso ao Meio Define como os dados são transmitidos através do cabeamento da rede e também o formato dos conectores usados na placa de usando o método CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). rede.

51 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Processo de transmissão por detecção de portadora (Carrier Sense), ou seja, verificação de cabo de rede livre. Ausência de prioridades na transmissão, ou seja, transmissão por Acesso Múltiplo ( Multiple Access) o que gera colisões. A Tx de transmissão é inversamente proporcional ao número de máquinas.

52 A Arquitetura TOKEN RING

53 Conceito: Token Ring é uma arquitetura de redes locais criada pela IBM e padronizada pelo IEEE em seu padrão Significa que o padrão Token só se difere do Ethernet nas camadas Física e Controle de Acesso ao Meio. Trabalha nas camadas 1 e 2 do OSI.

54 OSI TOKEN RING Link de Controle do link lógico (LLC) IEEE802.2 Dados Controle de Acesso ao Meio (MAC) IEEE Física Física

55 MAU

56 Caracterísitcas das redes Token Ring: MAU (Multistation Access Unit) faz o papel do HUB Ethernet, ou seja, é o hub Token Ring (MAU). A diferença é que o Hub Ethernet transmite a informação para todas as portas enquanto que o MAU transmite sempre para a próxima porta. Limitação de 260 máquinas por rede. Codificação MANCHESTER na camada Física. Quadro com área de Dados de 1500 bytes (4Mbps) e bytes (16Mbps)

57 Equipamentos de Redes

58 HUB e Repetidor é um dispositivo que amplia o tamanho máximo do cabeamento da rede replicando o sinal na rede. trabalha na camada Física do modelo OSI entende a informação como sinais elétricos e por isso não consegue analisar os quadros, não pode ser usado para ligar segmentos de rede que operem em arquiteturas diferentes tais como Ethernet e Token Ring, Todo Hub é um Repetidor mas nem todo repetidor é um Hub.

59 Switches e Pontes é um dispositivo que amplia o tamanho máximo do cabeamento da rede sem replicar o sinal na rede. trabalha na camada Link de Dados do modelo OSI entende a informação como quadros de dados, ou seja, consegue ler o endereço MAC. pode ser usado para ligar segmentos de rede que operem em arquiteturas diferentes. Todo Switch é uma Ponte mas nem toda ponte é um Switch.

60 Roteador (Router) é um dispositivo que serve para interligar diferentes redes. trabalha na camada de Rede do modelo OSI. entende a informação como datagramas, ou seja, consegue ler o endereço IP do pacote. trabalha com a troca de tabelas de roteamento. trabalha com protocolos de roteamento ( menor caminho ou melhor caminho).

61 Protocolos de Roteamento Protocolo baseado no caminho mais curto: RIP (Routing Information Protocol usado pelo IP e pelo IPX) RTMP (usado pelo Apple Talk), Protocolo baseado no melhor caminho: OSPF (usado pelo IP), NLSP (usado pelo IPX) PNNI (usado pelo ATM)

62 Cabeamento Estruturado

63 Cabo Coaxial Thinnet (cabo Coaxial Fino) 10base2 (alcance 185m e Transf. 10Mbps) Half Duplex Impedância 50 ohms Transmissão de 1Mbps a 50Mbps Thicknet (cabo Coaxial Grosso) 10base5 (alcance 500m e Transf. 10Mbps) Full Duplex Impedância 75 ohms Transmissão de 100Mbps a 150Mbps

64 Cabo Par Trançado UTP Cabo Não Blindado Divisão em Categorias (EIA/TIA 568) Categoria 5 (100Mbps e 100MHz) Impedância de 100 ohms 10baseT, 100baseT-TX, 1000baseT STP Cabo Blindado Divisão em Categorias (EIA/TIA 568) 1, 1A, 2A, 6, 6A, 9, 9A 100 e 150 ohms

65 Cabeamento Ethernet NOME CABO MÁX DE SEG 10Base5 Grosso 500m 10Base2 Fino 185m 10Base-T Par Trançado 100m 10Base-F Fibra Óptica 2000m

66 Cabeamento Fast Ethernet NOME CABO MÁX DE SEG 100Base-T4 Par Trançado 100m Vantagens UTP CAT3 100Base-TX Par Trançado 100m UTP CAT5 100Base-FX Fibra Óptica 2000m Grandes Dist

67 Cabeamento Gigabit Ethernet NOME CABO MÁX DE SEG 1000Base-SX Fibra Óptica 550m 1000Base-LX 100Base-CX Fibra Óptica 2 pares STP 5000m 25m 1000Base-T 4 Pares de UTP 100m

68 Características do Cabo Par Trançado

69 Cabo Fibra Óptica 10baseFL (Fiber Link) taxa de transmissão de 10 Mbps Limites de transmissão de 2 km (Multímodo) 100baseFX Taxa de transmissão de 100Mbps Limites de trans. de 2km (Mult) ou 20 km (mono) 1000BaseSX (Short) Taxa de transmissão de 1 Gbps Limite de transmissão de 220m (Multímodo) 1000BaseLX (Long) Taxa de Transmissão de 1Gbps Limite de transm de 550m (mult) e 5 Km (mono).