Redes de Computadores

Transcrição

1 Conceitos Básicos sobre Comunicação de Dados Curso Superior de Tecnologia em Sistemas para Internet Turma: TEC.SIS.1M

2 Conteúdo Programático :: 1 a Unidade 1. Conceitos básicos sobre comunicação de dados 1.1. Conceito das redes de computadores 1.2. A Internet 1.3. Parâmetros de comparação entre as redes 1.4. Topologias 2. Modelos de comunicação em redes 2.1. Visão da estrutura de camadas do RM-OSI 2.2. Visão da estrutura de camadas do TCP/IP 3. Camadas do modelo/arquitetura TCP/IP 3.1. Camada Física Visão geral das técnicas e meios de transmissão de dados Dispositivos da camada física Cabos, conectores Normas de Cabeamento estruturado, projetos Camada de Enlace Serviços Técnicas de correção de erros Protocolos de acesso múltiplo Endereços de LAN e ARP Padrões Padrões Ethernet CSMA/CD Bridges e Switches

3 Conceito / Definição Uma Rede de Computadores é formada por um conjunto de módulos processadores (MPs) capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação. Computadores Hosts (módulos processadores)

4 Conceitos relacionados Sistema de Comunicação é um arranjo topológico interligando os vários módulos processadores através de enlaces físicos (meios de transmissão) e de um conjunto de regras com o fim de organizar a comunicação (protocolos)

5 Caracterização LAN (Local Area Network) Rede interligando equipamentos dentro de uma organização MAN (Metropolitan Area Network) Rede interligando equipamentos espalhados dentro de uma cidade WAN (Wide Area Network) Rede interligando equipamentos espalhados entre cidades WLAN (Wireless LAN) Rede local baseada em comunicação sem fio (wireless)

6 Parâmetros de Comparação Custo Custo total de aquisição de todos os componentes da rede Retardo de transferência É a soma destes dois retardos: Retardo de acesso: intervalo de tempo decorrido desde que uma mensagem a ser transmitida é gerada pela estação até o momento em que a estação consegue obter o direito de transmitir. Retardo de transmissão: intervalo de tempo decorrido desde o início da transmissão de uma mensagem por uma estação de origem até o momento em que a mensagem chega à estação destino.

7 Parâmetros de Comparação Desempenho Capacidade efetiva de transmissão da rede Confiabilidade Pode ser avaliada em termos de tempo médio entre falhas, de tolerância a falhas, e do tempo de reparo após uma falha Modularidade Grau de alteração de desempenho e funcionalidade que uma rede pode sofrer sem mudar seu projeto original

8 Parâmetros de Comparação Compatibilidade (Interoperabilidade) Capacidade que a rede possui para se ligar a dispositivos de vários fabricantes, quer a nível de hardware quer a nível de software Sensibilidade Tecnológica Uma rede deve ter a capacidade de suportar todas as aplicações para a qual foi dedicada, mais aquelas que o futuro possa requerer. Quando possível, não deve ser vulnerável à tecnologia, prevendo a utilização de futuros desenvolvimentos, quer sejam novas estações, novos padrões de transmissão ou novas tecnologias de circuito integrado, transmissão, etc.

9 Topologias A topologia de uma rede de comunicação refere-se à forma com que os enlaces físicos e os nós de comutação estão organizados, determinando os caminhos físicos existentes e utilizáveis entre quaisquer pares de estações conectadas a essa rede.

10 Topologias Topologias :: Linhas de Comunicação As ligações físicas podem ser: Ponto-a-ponto: Caracterizam-se pela presença de apenas dois pontos de comunicação, um em cada extremidade do enlace ou ligação em questão. Ponto a Ponto Multiponto: Observa-se a presença de três ou mais dispositivos de comunicação com possibilidade de utilização do mesmo enlace. Multiponto

11 Topologias Comunicação no Enlace Simplex Simplex: o enlace é utilizado apenas em um dos dois possíveis sentidos de transmissão. Half-duplex: o enlace é utilizado em dois possíveis sentidos de transmissão, porém apenas um por vez. Full-duplex: o enlace é utilizado nos dois possíveis sentidos de transmissão simultaneamente. Half-duplex ou Full-duplex

12 Topologias Topologia em Anel Estações conectadas através de um caminho fechado (círculo) Por questões de confiabilidade, o anel não interliga as estações diretamente Repetidores são ligados por um meio físico, sendo cada estação ligada a um destes repetidores. Apesar de, teoricamente, serem capazes de transmitir e receber dados em qualquer direção, são, usualmente, unidirecionais para evitar problemas de roteamento (simplificação).

13 Topologias Topologia em Anel Quando uma mensagem é enviada por um nó, ela entra no anel e circula até ser retirada pelo nó destino (ou então até voltar ao nó de origem). Cada nó deve ser capaz de remover ou repassar as mensagens até o próximo nó. Isto requer um repetidor ativo para cada nó.

14 Topologias Topologia em Barra Configuração Multiponto. Cada nó conectado à rede pode ouvir todas as informações transmitidas (independente de sua posição) Facilita aplicações com mensagens do tipo broadcast (difusão) Controle de utilização do meio feito por protocolos nas estações Barra favorece a ocorrência de colisões

15 Redes de Computadores Topologias Topologia em Estrela Cada estação é ligada a um nó central Todo o tráfego passa por esse nó central Independência de falhas em nós Falhas no nó central podem ocasionar a parada total do sistema. Primeira implementação: Hub Fisicamente = Estrela Hub Logicamente = Barra

16 Topologias Topologia em Estrela Evolução: Switches switch O nó central interliga as estações através de circuitos dedicados a cada comunicação entre duas estações. O nó central, tem a função de chaveamento (comutação) entre as estações que desejam se comunicar, por isso é chamado de comutador ou switch. Modularidade: Existem limites de expansão (impostos pelo nó central) em ambos (hubs e/ou switches)

17 Comutação Como os dados são transferidos nas redes? Comutação de Circuitos Circuito dedicado (exclusivo) para cada conexão Comutação de Pacotes Transmissão de blocos de forma democrática

18 Comutação Comutação de Circuitos Recursos reservados para uma conexão Banda garantida total é dividida em partes não usada é perdida Divisão Frequência Tempo Recursos dedicados Performance (em função da garantia)

19 Comutação Comutação de Pacotes Demanda pode exceder a capacidade da rede Congestionamento Enfileiramento para uso do link Store and forward Pacotes movem-se um router/link por vez Espera link Ganha link Transmite

20 A Divisão em Camadas Protocolos podem ser bastante complexos. Uma maneira de facilitar a sua implementação é a divisão em camadas. Cada uma se refere a um conjunto de operações e serviços que são executados em partes distintas do hardware e/ou software. Exemplo de 3 Camadas

21 A Divisão em Camadas Encapsulamento Exemplo de 3 Camadas Na transmissão, partindo da camada mais alta, os cabeçalhos correspondentes são adicionados ao conjunto de forma sucessiva, até a camada mais baixa. Isto se chama de encapsulamento de dados. Na recepção, os cabeçalhos são removidos na ordem inversa até a obtenção do dado original.

22 Modelo de Referência (OSI) :: Camadas A organização ISO (International Standards Organization) definiu o OSI (Open System Interconnect), que divide os protocolos de rede em sete camadas. Modelo básico de referência (uma determinada rede pode não ter todas as camadas indicadas). Na figura, os retângulos azuis no centro representam os dados acrescidos de cabeçalhos. Na seqüência de transmissão o conjunto aumenta de tamanho até o pacote final e, na recepção, diminui até o dado original.

23 Pilha de Protocolos Internet (TCP/IP) Aplicação: suporta as aplicações de rede ftp, smtp, http Transporte: transferência de dados host-host tcp, udp Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino ip, protocolos de roteamento Interface com a rede: transferência de dados entre elementos vizinhos da rede ppp, ethernet Física: bits nos fios dos canais

24 Pilha de Protocolos Internet (TCP/IP) Cada camada recebe dados de cima acrescenta um cabeçalho de informação para criar uma nova unidade de dados passa a nova unidade de dados para a camada abaixo Ce Cr Cr Ct C t C t M M M M Origem aplicação transporte rede enlace física Destino aplicação transporte rede enlace física Ce Cr Cr Ct Ct Ct M M M M mensagem segmento datagrama quadro

25 Interação entre os Protocolos Camadas se comunicam (interagem) do Cliente ao Servidor Maior volume de serviços dependentes dos protocolos TCP (Transporte) e IP (Rede) Por isso, o modelo recebe o nome de TCP/IP

26 Estrutura de Interconexão com a Internet Após a última camada da pilha TCP/IP a responsabilidade passa aos protocolos de comunicação das redes de acesso e interconexão????????

27 Ligação Inter-Redes Principal componente de interligação Intranets (Redes Locais) x Internet (Rede Global) Internet Interligação de Redes Locais Como é feita esta interligação?? Roteadores Roteadores (gateways) interligam redes (internas e/ou externas)

28 Ligação Inter-Redes Os Roteadores (gateways) Interligam duas (ou mais) redes distintas Transfere pacotes de uma rede para a outra (roteamento) Pertencem às redes nas quais estão interligados Endereço do host na rede Endereço do gateway na rede Switch Gateway Endereço do host na rede

29 Ligação Inter-Redes Os Roteadores (gateways) Interligam duas (ou mais) redes distintas Uma interface de rede para cada rede na qual está ligado Rede (interna) A Rede (interna) B Neste exemplo, o GW tanto faz o roteamento das redes internas pra Internet como entre as redes internas (A e B)

30 Ligação Inter-Redes A ideia de uma rede única (virtual) A ilusão de uma única rede (que o núcleo fornece) para usuários e aplicativos A estrutura real (completa) que permite a interligação independente da distância física (desde que haja conectividade entre as redes)

31 Ligação Inter-Redes Os Roteadores da Internet (Internet Gateways) Gerenciados pelos operadores dos backbones Redundância (múltiplos caminhos/gateways entre origem/destino) Protocolos de roteamento inteligentes RIP, BGP, OSPF, MPLS,... Estruturas compartilhadas para troca de tráfego (PTTs) Múltiplas soluções físicas e lógicas de interconexão ISPs (Internet Service Providers) fazem a intermediação com os usuários/clientes

32 Ligação Inter-Redes Como funciona? Quem controla? Origem militar (exército dos EUA) Década de 70 ARPA (Advanced Research Projects Agency) Projeto ARPANet National Science Foundation (e outras agências dos EUA) Década de 80 Desenvolvimento do conjunto de protocolos TCP/IP Implementação de uma rede para testá-los Regulamentação de padrões/protocolos (elaboração/validação) ISO e IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) IEEE Computer Society (comunidade democrática de especialistas) Comitê IAB (Internet Activity Board): Coordena o desenvolvimento de protocolos

33 Ligação Inter-Redes Como funciona? Quem controla? Comitê IAB (Internet Activity Board) Formado por pesquisadores seniores, tendo a maioria deles projetado e implementado os protocolos da Arquitetura Internet; O IAB, na realidade, produz poucos documentos... Qualquer pessoa pode projetar, documentar, implementar e testar um protocolo para ser usado na Internet; Para que um protocolo se torne um padrão Internet é necessário documentá-lo através de uma RFC (Request for Comments) Draft (rascunho) Avaliação e testes de validação Publicação da RFC (origem, de fato, do novo protocolo) 6 meses (sem objeções) IAB declara protocolo como Internet Standard

34 Conteúdo Programático :: 1 a Unidade 1. Conceitos básicos sobre comunicação de dados 1.1. Conceito das redes de computadores 1.2. A Internet 1.3. Parâmetros de comparação entre as redes 1.4. Topologias 2. Modelos de comunicação em redes 2.1. Visão da estrutura de camadas do RM-OSI 2.2. Visão da estrutura de camadas do TCP/IP 3. Camadas do modelo/arquitetura TCP/IP 3.1. Camada Física Visão geral das técnicas e meios de transmissão de dados Dispositivos da camada física Cabos, conectores Normas de Cabeamento estruturado, projetos Camada de Enlace Serviços Técnicas de correção de erros Protocolos de acesso múltiplo Endereços de LAN e ARP Padrões Padrões Ethernet CSMA/CD Bridges e Switches