Redes de Computadores

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1 Redes de Computadores Capítulo 1 Gustavo Reis

2 - O que é a Internet? - Milhões de elementos de computação interligados: hospedeiros = sistemas finais - Executando aplicações distribuídas - Enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite taxa de transmissão = largura de banda - Roteadores: enviam pacotes (blocos de dados)

3 - O que é a Internet? - Protocolos: controlam o envio e a recepção de mensagens ex.: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP - Internet: rede de redes fracamente hierárquica Internet pública e Internets privadas (intranets) - Internet standards RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force

4 - Serviços de Internet - Infra-estrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: Web, , jogos, e-commerce, compartilhamento de arquivos - Serviços de comunicação oferecidos: sem conexão orientado à conexão

5 - O que é um Protocolo? Protocolos humanos: - Que horas são? - Eu tenho uma pergunta. - Apresentações - mensagens específicas enviadas - ações específicas tomadas mquando msgs são recebidas ou outros eventos Protocolos de rede: - Máquinas em vez de humanos - Toda atividade de comunicação na Internet é governada por protocolos PROTOCOLOS DEFINEM OS FORMATOS, A ORDEM DAS MENSAGENS ENVIADAS E RECEBIDAS PELAS ENTIDADES DE REDE E AS AÇÕES A SEREM TOMADAS NA TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE MENSAGENS

6 - O que é um Protocolo? Um protocolo humano e um protocolo de rede de computadores:

7 - Bordas da rede - Sistemas finais (hospedeiros): - Executam programas de aplicação - Ex.: Web, - Localizam-se nas extremidades da rede - Modelo cliente/servidor - O cliente toma a iniciativa enviando pedidos que são respondidos por servidores - Ex.: Web client (browser)/ server; client/server - Modelo peer-to-peer: - Mínimo (ou nenhum) uso de servidores dedicados - Ex.: Gnutella, KaZaA

8 - Borda da rede: serviço orientado a conexão Meta: transferência de dados entre sistemas finais. - Handshaking: estabelece as condições para o envio de dados antes de enviá-los - Alô: protocolo humano - Estados de conexão controlam a troca de mensagens entre dois hospedeiros - TCP - Transmission Control Protocol - Realiza o serviço orientado à conexão da Internet Serviço TCP [RFC 793] - Transferência de dados confiável e seqüêncial, orientada à cadeia de bytes - Perdas: reconhecimentos e retransmissões - Controle de fluxo: - Evita que o transmissor afogue o receptor - Controle de congestão: - Transmissor reduz sua taxa quando a rede fica congestionada

9 - Borda da rede: serviço sem conexão Meta: transferência de dados entre sistemas finais - O mesmo de antes! - UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: oferece o serviço sem conexão da Internet - Transferência de dados não confiável - Sem controle de fluxo - Sem controle de congestão Aplicações usando TCP: - HTTP (Web), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP ( ) Aplicações usando UDP: - Streaming media, teleconferência, DNS, Telefonia IP

10 - Camadas de protocolos Redes são complexas - Muitos componentes: - Hospedeiros - Roteadores - Enlaces de vários tipos - Aplicações - Protocolos - Hardware, software QUESTÃO: Há alguma esperança de organizar a arquitetura de uma rede? Ou pelo menos nossa discussão sobre redes?

11 - Organização de uma viagem aérea Uma série de passos

12 - Organização de uma viagem aérea Camadas: cada camada implementa um serviço - Via suas próprias ações internas - Confiando em serviços fornecidos pela camada inferior

13 - Por que as camadas? Convivendo com sistemas complexos: - A estrutura explícita permite identificação, o relacionamento das partes de um sistema complexo - Um modelo de referência em camadas permite a discussão da arquitetura - Modularização facilita a manutenção, atualização do sistema - As mudanças na implementação de uma camada são transparentes para o resto do sistema - Ex.: novas regras para embarque de passageiros não afetam os procedimentos de decolagem

14 - Modelo de Referência Camada 7 Aplicação: A camada de aplicação faz a interface entre o programa que está enviando ou recebendo dados e a pilha de protocolos. Quando você está baixando ou enviando s, seu programa de entra em contato com esta camada. Camada 6 Apresentação: Também chamada camada de Tradução, esta camada converte o formato do dado recebido pela camada de Aplicação em um formato comum a ser usado pela pilha de protocolos. Por exemplo, se o programa está usando um código de página diferente do ASCII, esta camada será a responsável por traduzir o dado recebido para o padrão ASCII. Esta camada também pode ser usada para comprimir e/ou criptografar os dados. A compressão dos dados aumenta o desempenho da rede, já que menos dados serão enviados para a camada inferior (camada 5). Se for utilizado algum esquema de criptografia, os seus dados circularão criptografados entre as camadas 5 e 1 e serão descriptografadas apenas na camada 6 no computador de destino. Camada 5 Sessão: Esta camada permite que dois programas em computadores diferentes estabeleçam uma sessão de comunicação. Nesta sessão, esses dois programas definem como será feita a transmissão dos dados e coloca marcações nos dados que estão sendo transmitidos. Se porventura a rede falhar, os dois computadores reiniciam a transmissão dos dados a partir da última marcação recebida em vez de retransmitir todos os dados novamente. Por exemplo, você está baixando s de um servidor de s e a rede falha. Quando a rede voltar a estar operacional, a sua tarefa continuará do ponto em que parou, não sendo necessário reiniciá-la. Note que nem todos os protocolos implementam esta função. Camada 4 Transporte: Nas redes de computadores os dados são divididos em vários pacotes. Quando você está transferindo um arquivo grande, este arquivo é dividido em vários pequenos pacotes. No computador receptor, esses pacotes são organizados para formar o arquivo originalmente transmitido. A camada de Transporte é responsável por pegar os dados enviados pela camada de Sessão e dividi-los em pacotes que serão transmitidos pela rede. No computador receptor, a camada de Transporte é responsável por pegar os pacotes recebidos da camada de Rede e remontar o dado original para enviá-lo à camada de Sessão. Isso inclui controle de fluxo (colocar os pacotes recebidos em ordem, caso eles tenham chegado fora de ordem) e correção de erros, tipicamente enviando para o transmissor uma informação de reconhecimento (acknowledge), informando que o pacote foi recebido com sucesso. A camada de Transporte separa as camadas de nível de Aplicação (camadas 5 a 7) das camadas de nível Rede (camadas de 1 a 3). As camadas de Rede estão preocupadas com a maneira com que os dados serão transmitidos e recebidos pela rede, mais especificamente com os pacotes são transmitidos pela rede, enquanto que as camadas de Aplicação estão preocupadas com os dados contidos nos pacotes, ou seja, estão preocupadas com os dados propriamente ditos. A camada 4, Transporte, faz a ligação entre esses dois grupos. Camada 3 Rede: Esta camada é responsável pelo endereçamento dos pacotes, convertendo endereços lógicos em endereços físicos, de forma que os pacotes consigam chegar corretamente ao destino. Essa camada também determina a rota que os pacotes irão seguir para atingir o destino, levando em consideração fatores como condições de tráfego da rede e prioridades. Camada 2 Link de Dados: Essa camada (também chamada camada de Enlace) pega os pacotes de dados recebidos da camada de rede e os transforma em quadros que serão trafegados pela rede, adicionando informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle, os dados em si e uma soma de verificação, também conhecida como CRC. O quadro criado por esta camada é enviado para a camada Física, que converte esse quadro em sinais elétricos (ou sinais eletromagnéticos, se você estiver usando uma rede sem fio) para serem enviados através do cabo de rede. Quando o receptor recebe um quadro, a sua camada de Link de Dados confere se o dado chegou íntegro, refazendo a soma de verificação (CRC). Se os dados estiverem o.k., ele envia uma confirmação de recebimento (chamada acknowledge ou simplesmente ack). Caso essa confirmação não seja recebida, a camada Link de Dados do transmissor reenvia o quadro, já que ele não chegou até o receptor ou então chegou com os dados corrompidos. Camada 1 Física: Esta camada pega os quadros enviados pela camada de Link de Dados e os transforma em sinais compatíveis com o meio onde os dados deverão ser transmitidos. Se o meio for elétrico, essa camada converte os 0s e 1s dos quadros em sinais elétricos a serem transmitidos pelo cabo; se o meio for óptico (uma fibra óptica), essa camada converte os 0s e 1s dos quadros em sinais luminosos; se uma rede sem fio for usada, então os 0s e 1s são convertidos em sinais eletromagnéticos; e assim por diante. No caso da recepção de um quadro, a camada física converte os sinais do cabo em 0s e 1s e envia essas informações para a camada de Link de Dados, que montará o quadro e verificará se ele foi recebido corretamente.

15 - TCP/IP Aplicação: Como mencionamos, os programas se comunicam com esta camada. Vários protocolos diferentes podem ser usados nesta camada, dependendo do programa que você estiver usando. Os mais conhecidos são HTTP (navegação web), SMTP (para envio de s), POP3 (para o recebimento de s) e o FTP (para transferência de arquivos). Transporte: Tudo o que dissemos sobre a camada de Transporte do modelo de referência OSI é válido para a camada de Transporte TCP/IP. Dois protocolos diferentes podem ser usados nesta camada, TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol). O primeiro usa o esquema de confirmação de recebimento, enquanto que o UDP não usa. O TCP é usado para transmitir dados do usuário (como páginas da web e s) enquanto que o UDP é mais usado para transmitir dados de controle. Rede: Tudo o que dissemos sobre a camada de Rede do modelo de referência OSI é válido para a camada de Rede do TCP/IP. Vários protocolos podem ser usados nesta camada e o mais comum deles é o protocolo IP. Interface com a Rede: Esta camada é responsável por enviar os dados para o meio de transmissão. O que há dentro desta camada dependerá do seu tipo de rede. Se você está usando uma rede Ethernet (o tipo mais comum) você encontrará as três camadas do Ethernet (LLC, MAC e Física LLC significa Controle do Link Lógico e MAC significa Controle de Acesso ao Meio) dentro desta camada do TCP/IP. A camada Física da rede Ethernet corresponde à camada Física do modelo de referência OSI, enquanto que as outras duas camadas (LLC e MAC) correspondem à camada de Link de Dados do modelo OSI.

16 - Pilha de Protocolos da Internet - Aplicação: suporta as aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP - Transporte: transferência de dados hospedeiro-hospedeiro - TCP, UDP - Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino - IP, protocolos de roteamento - Enlace: transferência de dados entre elementos vizinhos da rede - PPP, Ethernet - Física: bits nos fios dos canais

17 - Encapsulamento

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