Redes de Computadores. Antonio Carlos Souza

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1 Redes de Computadores Antonio Carlos Souza

2 Roteiro Definição; Internet; Padrões da Internet; Protocolos; Estrutura da Rede Periferia da internet; Serviços de Conexão da Internet; Núcleo da Rede; Taxonomia da Rede; Camadas de protocolo e seus modelos de serviço; Atualidades; Referências Bibliográficas;

3 Definição Conjunto de computadores autônomos interconectados por uma única tecnologia Tanenbaum, 2003 Em vez de darmos uma definição em uma única frase, tentaremos uma abordagem mais descritiva. Há dois modos de fazer isso: um deles é descrever a Internet em detalhes, isto é, os componentes básicos de hardware e software que a formam; outro é descrever a Internet como uma infra-estrutura de rede que provê serviços para aplicações distribuídas. Kurose, 2006

4 Internet É uma rede de computadores mundial, isto é, uma rede que interconecta milhões de equipamentos de computação em todo o mundo Kurose, 2006

5 Histórico a Internet Em Leonard Kleinrock publica o primeiro trabalho sobre comutação de pacotes; Em Surgimento de novas redes de comutação de pacotes: ALOHANET; Telnet; Redes SNA da IBM; Entre 1980 e Aproximadamente 200 máquinas estavam conectadas à ARPAnet; Década de 1990: Explosão da internet.

6 Internet- Visão dos Componentes Hospedeiros ou sistemas Finais: Equipamentos de computação conectados;

7 Internet: visão dos componentes Enlaces (links) de comunicação: Os sistemas finais são conectados entre si por enlaces (links);

8 Internet- Visão dos Componentes Comutadores de pacotes: Encaminha a informação que está chegando a um de seus enlaces de comunicação de entrada para um de seus enlaces de comunicação de saída; Exemplo: Roteadores

9 Internet- Visão dos Componentes Provedores de Serviçoes de Internet (Internet Service Providers- ISPs): Os sistemas computacionais acessam a internet por meio das ISPs; Protocolos: controlam o envio e o recebimento de mensagens. Ex.: TCP, UDP, HTTP, DNS, FTP

10 Padrões da Internet Todos os padrões da internet são desenvolvidos pela IETF (Internet Engineering Task Force- Força de Trabalho de Engenharia de Internet); Os documentos padronizados IETF são denominados RFC s (Request for Comments- Pedido de Comentários)- Definem protocolos como TCP, IP, HTTP (para WEB) e SMTP.

11 Protocolo São regras que definem o formato, ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da rede; e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de mensagens. Controlam o envio e recebimento de mensagens. ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP.

12 Estrutura da Rede Periferia (Borda) da Rede Aplicações e hosts Núcleos da rede Roteadores Rede de redes Redes de acesso, meio físico: Enlaces de comunicação

13 Periferia (Borda) da Internet Sistemas Finais: rodam programas de aplicação WWW, . Clientes/Servidor: O host faz o pedido ao servidor Servidores WEB, Correio, FTP Peer-peer (p2p): uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados. Ex: Gnutella, KaZaA.

14 Periferia da Internet

15 Serviços de Conexão da Internet As redes TCP/IP e, em particular a internet, oferecem dois tipos de serviços às aplicações de sistemas finais: Serviços Orientados para Conexão; Serviços não Orientados para Conexão;

16 Serviços Orientados para Conexão Quando uma aplicação utiliza o serviço orientado para a conexão, o programa cliente e o programa servidor (que residem em sistemas finais diferentes) enviam pacotes de controle um para o outro antes de remeter pacotes com os dados que deverão ser transmitidos Kurose, 2006

17 Serviços Orientados para Conexão Os serviços orientados para conexão providos pela internet vêm conjugados com diversos outros serviços: Transferência confiável de dados: Quer dizer que uma aplicação pode confiar que a conexão entregará todos os seus dados sem erro e na ordem certa (retransmissão). Há exceções. Controle de Fluxo: Garante que nenhum dos lados de uma conexão sobrecarregue o outro enviando demasiados pacotes muito rapidamente; Controle de Congestionamento: Ajuda a evitar que a internet trave. O transmissor diminui a taxa de transmissão quando a rede está congestionada.

18 Serviços não Orientados para Conexão Não há apresentação mútua no serviço não orientado para a conexão na internet. Quando um lado de uma aplicação quer enviar pacotes ao outro lado, o programa remetente simplesmente os envia. Dados podem ser entregues mais rápidos; Como não há transferência confiável dos dados, uma fonte nunca sabe com certeza quais pacotes chegaram ao destino.

19 Núcleo da Rede Há duas abordagens fundamentais para montagem de um núcleo de rede: Comutação de circuitos e comutação de pacotes.

20 Núcleo da Rede- Comutação de circuitos Os recursos necessários ao longo de um caminho (bufferes, taxa de transmissão de enlaces) para prover comunicação entre os sistemas finais são reservados pelo período da sessão de comunicação. Circuito dedicado por chamada (Redes Telefônicas)

21 Núcleo da Rede- Comutação de circuitos MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQÜÊNCIA (FDM); MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO (TDM); Circuito dedicado por chamada (Redes Telefônicas)

22 Núcleo da Rede- Comutação de circuitos- FDM O espectro de freqüência de um enlace é compartilhado entre as conexões estabelecidas através desse enlace. FDM Exemplo: 4 usuários freqüência tempo

23 Núcleo da Rede- Comutação de circuitos- TDM Em um enlace TDM o tempo é dividido em quadros de duração fixa, e cada quadro é dividido em um número fixo de compartimentos (SLOTS). TDM Exemplo: 4 usuários freqüência tempo

24 Núcleo da Rede- Comutação de Pacotes Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes; Pacotes dos usuários A, B compartilham os recursos da rede; Cada pacote usa toda a banda do canal; Recursos são usados quando necessário; Congestionamento: pacotes são enfileirados, esperam para usar o enlace.

25 Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística Comutação de pacotes aloca utilização de enlace por demanda. A capacidade de transmissão do enlace será compartilhada pacote por pacote somente entre usuários que tenham pacotes que precisam ser transmitidos pelo enlace: A Ethernet 10 Mbps multiplexação estatística C B fila de pacotes esperando a vez no enlace de saída 2 Mbps D 34 Mbps E

26 Núcleo da Rede- Comutação de Pacotes- REDES DE DATAGRAMAS Não mantêm informação de estado de conexão em seus comutadores; Toma decisões de transmissão com base no endereço de destino e não segundo a conexão a qual o pacote pertence. Rotas podem mudar durante a sessão

27 Núcleo da Rede- Comutação de Pacotes- REDES DE CIRCUITOS VIRTUAIS Qualquer rede que transmita pacotes segundo números de circuitos virtuais (X.25, Frame Relay, Redes ATM); Conexão virtual entre um sistema final de origem e um sistema final de destino; Um identificador de circuito virtual será atribuído a um CV quando ele for estabelecido pela primeira vez entre a fonte e o destino; Um comutador de uma rede CV s mantêm informações de estado para suas conexões em curso.

28 Taxonomia da Rede Redes de Telecomunicações Redes de comutação de circuitos Redes de comutação de pacotes FDM TDM Redes de CVs Redes de datagramas

29 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Arquitetura de Camadas

30 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Arquitetura de Camadas

31 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Pilhas de Protocolos Aplicação Transporte Rede Enlace Física

32 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Camada de Aplicação Residem aplicações de rede e seus protocolos. Ela inclui muitos protcolos, tais como HTTP, SMTP, FTP. EX: Se um usuário quiser baixar um com seu aplicativo de , será feito um contato com a camada de aplicação para efetuar o pedido.

33 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Camada de Transporte Transporta mensagens da camada de aplicação entre os lados do cliente e servidor de uma aplicação. Há dois protocolos de transporte na internet: TCP e UDP;

34 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Camada de Rede Responsável pela movimentação, de uma máquina para outra, de pacotes de camada de rede conhecidos como datagramas; Converte os endereços lógicos em endereços físicos, de forma que os pacotes consigam chegar corretamente ao destino.

35 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Camada de Enlace Roteia um datagrama por meio de uma série de comutadores de pacotes (denominados roteadores da internet) entre a origem e o destino. A camada de rede depende dos serviços da camada de transporte. 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 e de destino, dados de controle.

36 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Camada Física Tem como objetivo movimentar os bits individuais que estão dentro do quadro de um nó para o seguinte; Pega os quadros enviados pela camada de enlace e os transforma em sinais compatíveis com o meios onde os dados deverão ser transmitidos.

37 Camadas de protocolo e seus modelos de serviço Pilhas de Protocolos Aplicação HTTP, HTTPS, SMTP, FTP, SSH, IRC, TELNET... Transporte TCP, UDP, DCCP Rede Ipva, Ipv6, ICMP, ARP... Enlace Ethernet, Wi-fi, Token ring, FDDI Física RS-232, EIA-422, RS-449

38 Introdução Uso das Redes Nas Empresas: Compartilhamento de Recursos Alta Confiabilidade/Disponibilidade

39 Introdução Uso das Redes Economia (melhor preço/desempenho) Escalabilidade (mais carga, mais processador) Meio de Comunicação entre Pessoas Para as pessoas Informações Remotas Instituição financeira Jornais eletrônicos Comunicação pessoa-pessoa , news, videoconferência Entretenimento

40 Introdução Aplicação de Redes A revolução da informação poderá mudar a sociedade tanto quanto a revolução industrial Acesso Remoto a Programas Acesso Remoto a Banco de Dados Facilidade de Comunicação Mudanças Bruscas: Escritório Escola Lojas A.S.Tanenbaum

41 Introdução Hardware de Redes Duas dimensões importantes: Tecnologia de transmissão Difusão (pessoa no corredor chamando alguém) Ponto a ponto (conversa no telefone) Escala (tamanho físico) multiprocessador, multicomputador, LANs, MANs, WANs e Internet

42 Introdução Redes Locais e Metropolitanas Privadas Três características: Tamanho Tecnologia de Transmissão (difusão ou ponto a ponto) Topologia Forma como as conexões são feitas Meios de transmissão de alta velocidade baixa taxa de erro baixo custo

43 Introdução Redes Locais e Metropolitanas Difusão = Barramento e Anel Alocação estática Alocação dinâmica centralizado descentralizado Ponto a ponto = Estrela Hubs Switches

44 Introdução Redes Locais e Metropolitanas Topologia em Estrela Cada nó interligado ao nó central (mestre) Este nó é o centro de controle Podem haver comunicação simultânea Confiabilidade é um problema

45 Introdução Redes Locais e Metropolitanas Topologia em Anel Mensagem entra no anel e circula até ser retirada (pelo emissor ou receptor) Ligados através de repetidores Falha no repetidor. Relé

46 Introdução Redes Locais e Metropolitanas Topologia em Barra Semelhante ao barramento de dados Todas as estações se ligam ao mesmo meio Facilita a difusão de mensagens (broadcasting)

47 Introdução Redes de Longa Distância WAN (Wide Area Network) Grande área geográfica Interligação de várias redes locais Host: máquinas destinadas a executar aplicações Sub-rede de comunicação: transporta mensagens de host a host

48 Introdução Redes de Longa Distância

49 Introdução Redes de Longa Distância Sub-rede linhas de transmissão (canais, troncos, etc) elementos comutadores (nó de comutação, sistema intermediário, etc) Comutação de pacotes ou store-and-forward Sub-rede ponto a ponto Estrela, Anel, Completa, Irregular, Completa Sub-rede difusão Satélite

50 Introdução Internetworking Internetwork: coleção de redes interconectadas Redes: diferentes HW e SW Objetivo: conectar redes diferentes e incompatíveis Gateway: conexão e tradução WAN SUB-REDE Host está presente na WAN Rede: hosts + subnet Subnet: linhas + routers

51 Introdução Hierarquia de Protocolos Projeto de Redes: organizada em camadas As camadas diferem entre redes Propósito: oferece serviços às camadas superiores Camada n em uma máquina estabelece uma conversação com a camada n em outra máquina Protocolo: regras dessa conversação Processo Parceiro: as camadas que se comunicam Os parceiros se comunicam usando os protocolos. Interface: operações e serviços a camada de baixo oferece

52 Introdução Hierarquia de Protocolos

53 Introdução Hierarquia de Protocolos Uma Analogia

54 Introdução Hierarquia de Protocolos Questões de projeto para as camadas: Endereçamento Transferência de dados (simplex, half-duplex, duplex) Canais lógico (normal e urgente) Controle de erros (detecção e correção) Ordem Controle de fluxo Mensagens longas (desmontagem, transmissão, remontagem) Roteamento (quando tem-se vários caminhos)

55 Introdução Hierarquia de Protocolos Forma utilização meio: Simplex Half-Duplex Full-Duplex

56 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO OSI (Open System Interconnection) ISO (International Standards Organization)

57 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Física Transmissão pura de bits Algum controle de erros Conectores Forma de utilização do meio Meio de transmissão Interfaces mecânicas e elétricas

58 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Enlace de Dados Parecer ser livre de erros de transmissão Detecção/Correção de erros Fragmenta os dados em quadros Processa os quadros de confirmação Algum controle de fluxo

59 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Rede Controla a operação da sub-rede Roteamento Controle de Congestionamento Alguns problemas que podem surgir: Endereçamento Pacotes podem ser muito grandes Protocolos podem ser diferentes

60 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Transporte Comunicação fim-a-fim Canal ponto-a-ponto e livre de erros Estabelecimento/Encerramento de conexão Controle de Fluxo Mecanismo de nomeação. Saber com quem quer conversar

61 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Sessão Estabelecimento de sessão entre máquinas diferentes Provê serviços aperfeicoados: Login remoto Transferência de arquivos Gerência de tokens: exclusão mútua Sincronização: inserção de checkpoints

62 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Apresentação Se relaciona com a sintaxe/semântica dos dados Codificação dos dados: computadores diferentes podem ter codificações diferentes Compressão de dados Criptografia

63 Arquitetura de Redes O Modelo OSI da ISO Aplicação Variedade de protocolos comumente necessários Terminal virtual Transferência de arquivos Correio eletrônico Submissão de jobs remotos etc

64 Arquitetura de Redes Modelo Internet

65 Arquitetura de Redes Modelo Internet Sistema de comunicação organizado em quatro camadas A camada mais baixa (host-to-network, network interface, etc) ajusta as várias tecnologias de rede Roteador: Duas camadas de interface de rede. Só uma camada Internet Roteador não precisa das camadas superiores.

66 Arquitetura de Redes Modelo Internet

67 Arquitetura de Redes Modelo Internet Interface de Rede Trata com uma variedade de sub-redes Deve conhecer os detalhes da rede específica Comunicação dentro da rede local Encapsula dados vindos da camada Internet em quadros Mapeamento dos endereços IP em endereços reconhecidos pela rede física (endereços MAC) Torna transparente para as camadas superiores as características específicas do acesso às redes locais.

68 Arquitetura de Redes Modelo Internet Internet Entrega sem conexão Pacotes chamados de datagramas Mecanismo global de endereçamento: Endereços IP Roteamento de datagramas para hosts remotos Mover dados entre as camadas Interface de Rede e Transporte

69 Arquitetura de Redes Modelo Internet Transporte Comunicação fim-a-fim Dois protocolos: UDP: rápido, não robusto, leve, sem conexão TCP: confiável, com conexão, controle de fluxo

70 Arquitetura de Redes Modelo Internet Aplicação Se necessário engloba as camadas 5 e 6 do modelo OSI Serviços mais conhecidos: Login remoto (telnet) Transferência de arquivos (FTP) Correio eletrônico (SMTP) Nomes de hosts a endereços IP (DNS) Gerenciamento (SNMP) Sistema de arquivos (NFS)

71 Atualidades IPV6; INTERNET2;

72 Atualidades- INTERNET2 A Internet2 é uma iniciativa norte-americana, voltada para o desenvolvimento de tecnologias e aplicações avançadas de redes Internet para as comunidades acadêmica e de pesquisa. A iniciativa envolve mais de 200 universidades norteamericanas, além de agências do governo e indústria e visa ao desenvolvimento de novas aplicações como telemedicina, bibliotecas digitais, laboratórios virtuais, entre outras que não são viáveis com a tecnologia Internet atual.

73 Atualidades- INTERNET2 A primeira conexão do backbone da RNP à Internet2 ocorreu em 29 de agosto de 2001 através do projeto Americas Path (Ampath). Em 2004, a comunicação com o projeto norte-americano passou a ser feita via Rede Clara (Cooperação Latino- Americana de Redes Avançadas). Atualmente, a RNP também compartilha um link direto à Internet2 com a Clara e com a Ansp (rede avançada de São Paulo), através do projeto Whren-Lila (Western Hemisphere Research and Education Networks Links Interconecting Latin America).

74 Atualidades- IPv6 O IPv6 é a versão 6 do protocolo IP. O IPv6 tem como objetivo substituir o padrão anterior, o IPv4, que só suporta cerca de 4 bilhões (4 x 109) de endereços, enquanto que o IPv6 suporta 3.4 x 1038 endereços. Em 2005, O governo dos Estados Unidos da América determinou que todas as suas agências federais deveriam suportar o protocolo IPv6 até junho de Entretanto, em julho de 2008, foi liberada uma nova revisão das recomendações para adoção do IPv6 nas agências federais, estabelecendo a data de julho de 2010 para garantia do suporte ao IPv6.

75 Atualidades- IPv6 Os endereços IPv6 são normalmente escritos como oito grupos de 4 dígitos hexadecimais. Por exemplo, 3ffe:6a88:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344 Se um grupo de vários dígitos seguidos for 0000, pode ser omitido. Por exemplo, 3ffe:6a88:85a3:0000:0000:0000:0000:7344 É o mesmo endereço IPv6 que: 3ffe:6a88:85a3::7344

76 Referências Bibliográficas BÁSICA KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de Computadores e a Internet: uma abordagem top-down. 3. ed. São Paulo: Person Addison Wesley, Brasil, TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Tradução da 4rd. Ed. em inglês. Editora Campus COMPLEMENTAR TORRES, Gabriel. Redes de Computadores- Curso Completo. Rio de Janeiro: Axcel Books do Brasil Editora, CARMONA, Tadeus, HEXSEL, Roberto A. UNIVERSIDADE REDES: Torne-se um especialista em redes de computador. São Paulo: Digerati Books, LINKS RECOMENDADOS Conceitos Redes:

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