REDES DE COMPUTADORES

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1 UNINGÁ UNIDADE DE ENSINO SUPERIOR INGÁ FACULDADE INGÁ CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO REDES DE COMPUTADORES REDES DE COMPUTADORES Profº Erinaldo Sanches Nascimento

2 Objetivos Definir a terminologia computadores. básica das redes de Reconhecer os componentes individuais do quadro geral das redes de computadores. Esquematizar as conexões básicas de rede. Definir o termo convergência e descrever como ele se aplica a redes de computadores. 2

3 Citar as razões para utilizar uma arquitetura de rede e explicar como elas se aplicam aos sistemas de rede atuais. Listar as camadas do conjunto de protocolos TCP/IP e descrever os serviços de cada camada. Listar as camadas do modelo OSI e descrever os serviços de cada camada. Comparar o conjunto de protocolos TCP/IP e o modelo OSI e listar suas diferenças e semelhanças. 3

4 Introdução Alguém já usou uma rede de computadores hoje? Dispositivos GPS Lojas varejistas on-line Caixas eletrônicos 24 horas Televisão a cabo Sistema telefônico 4

5 É um interconexão de computadores e equipamentos de computação que usa fios ou ondas de rádio e pode compartilhar dados e recursos computacionais. Redes de computadores sem fio: ondas de rádio, radiotransmissão, micro-ondas ou transmissão por satélite. 5

6 Redes pessoais (PANs): notebooks, assistentes pessoais (PDAs) e conexões sem fio. Redes locais (LANs): sala, andar em um prédio, um prédio ou campus. Redes metropolitanas (MANs): interconectam empresas com outras empresas e com a internet. Redes de longa distância (WANs): abrangem estados, países e o mundo. 6

7 Dados e Sinais Dados: informações que podem ser traduzidas de uma forma mais adequada para armazenamento, transmissão e cálculo. Sinais: são utilizados para transmitirem dados Tanto os dados quanto os sinais podem ser analógicos ou digitais. 7

8 Transmissão de dados Sinal Conversão analógico analógico Direta, simples digitais digitais Direta, simples digitais analógicos Modular os dados digitais (modem e sistema telefônico) analógicos digitais Modelados e (digitalizador ou codec) digitalizados 8

9 Multiplexação e Compressão Multiplexação: transmissão de sinais múltiplos em um meio. Compressão: técnica que comprime dados em um pacote menor, reduzindo a quantidade de tempo e espaço necessário para a transmissão de dados. 9

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11 Estações de trabalho: computadores pessoais/microcomputadores (desktops, notebooks, netbooks, dispositivos de mão, etc.) em que existem usuários. Servidores: computadores que armazenam software de rede e arquivo de uso compartilhado ou privado. 11

12 Comutadores (switches): pontos de junção dos fios que interconectam as estações de trabalho. Roteadores: dispositivos de conexão entra as redes locais e as redes de longa distância 12

13 Nós: dispositivos computacionais que permite a estações de trabalho se conectarem à rede e tomarem as decisões sobre onde rotear um dado. Linha de transmissão de alta velocidade Sub-rede ou nuvem: consiste em nós e linhas de transmissão agrupados em uma unidade coesa. 13

14 Redes de Comunicação Microcomputador - rede local. Microcomputador internet. Rede local rede local. Rede pessoal estação de trabalho. Rede local rede metropolitana. Rede local rede de longa distância. 14

15 Rede de longa distância rede de longa distância. Sensor rede local. Satélite e micro-ondas. Telefones celulares. Terminal/microcomputador computador mainframe. 15

16 Conexões microcomputador rede local A conexão de rede mais comum hoje. Empresas Ambientes acadêmicos Residências. Microcomputador: computador pessoal, PC, desktop, laptop, notebook, netbook, estação de trabalho. LAN: compartilha software e periféricos. 16

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18 Sistema cliente/servidor. Um usuário emite uma solicitação para algum tipo de dado ou serviço. Registro de banco de dados de um servidor de banco de dados Recuperar uma mensagem de de um servidor de s. O servidor atende a solicitação e devolve os resultados ao cliente. 18

19 Conexão sem fio Uma estação de trabalho ou notebook usa um dispositivo de comunicação sem fio (frequência de rádio) para enviar dados a um ponto de acesso sem fio e receber dados desse ponto. 19

20 Conexões Microcomputador-Internet Cresce constantemente. Conecta à internet utilizando um modem e um serviço telefônico discado (56 kbps). Comunicação com a internet usando modem discado ou DSL. ISP provedor de serviço de internet. A internet fala somente TCP/IP 20

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22 Conexões Rede Local-Rede Local Rede local é padrão nos ambientes de negócios e acadêmico. As organizações precisam dos serviços de várias redes locais. O departamento de pesquisa compartilhar sua impressora laser colorida com o departamento de marketing. 22

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24 Comutador: pode filtrar o tráfego não desejado para a rede vizinha, reduzindo, desse modo, a quantidade total de fluxo de tráfego. 24

25 Conexões Rede Pessoal-Estação de Trabalho Criada no fim dos anos Transmissão sem fio: uma pessoa pode transferir voz, dados e música de dispositivos de mão para outros dispositivos como estações de trabalho. Um usuário pode fazer o download de dados de uma estação de trabalho para um dispositivo portátil. 25

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27 Conexão Rede Local Rede Metropolitana Surgiu no final do século XX. Forma de rede que interconecta empresas em uma área metropolitana. Utiliza ligações de fibra óptica a velocidades extremamente altas. MAN (rede metropolitana): é uma rede de alta velocidade que interconecta várias redes locais em uma região geograficamente próxima. 27

28 As redes metropolitanas são um cruzamento entre redes locais e redes de longa distância. Elas podem transferir dados em velocidades rápidas de LAN, mas em regiões geográficas mais amplas que as geralmente associadas com uma rede local. 28

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30 Conexões Rede Local Rede de Longa Distância Se um usuário conectado a uma rede local deseja acessar a internet, a rede local do usuário tem de possuir uma conexão com a internet. O roteador é empregado para conectar essas duas redes. Roteador: converte os dados da rede local em dados da rede de longa distância. Também executa funções de segurança e deve ser programado para aceitar ou rejeitar certos tipos de pacotes de dados de entrada e saída. 30

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32 Conexões Rede de Longa Distância Rede de Longa Distância Internet: não é uma rede única, mas um grupo de milhares de redes. Pacote de dados: para viajar qualquer distância pela internet vai passar por várias redes de longa distância. Roteadores de alta velocidade: dispositivos especiais que fazem o roteamento de tráfego de dados rápida e eficientemente. 32

33 Endereço IP: um endereço de rede é extraído, uma decisão é feita e o pacote de dados é encaminhado para o segmento da próxima área de longa distância. A decisão de roteamento é feita roteador após roteador, movendo os dados até seu destino final. 33

34 Conexões Sensor Rede Local A ação de uma pessoa ou de um objeto aciona um sensor conectado a uma rede. Semáforo para conversão à esquerda. Linhas de montagem. Dispositivos robóticos de controle. Controles de temperatura de forno. Equipamentos de análise química. 34

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36 Conexões de Satélite e Micro-ondas São tecnologias em contínuo desenvolvimento utilizadas em várias aplicações. TV digital por satélite Meteorologia Operações de inteligência Telefonia marítima móvel Sistemas de navegação GPS , mensagens de texto sem fio e sistemas mundiais de telefonia móvel Videoconferência 36

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38 Conexões de Telefonia Celular Um PDA (assistente pessoal de mão) tem um modem instalado, que transmite os dados do PDA por uma rede telefônica sem fio a um centro de comutação de telefonia sem fio. O centro de comutação então transfere os dados do PDA pela rede pública telefônica ou por meio de uma conexão pela internet. 38

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40 Conexão Terminal/Microcomputador Computador Mainframe Durante as décadas de 1960 e Utilizavam terminais burros Ambiente de escritório, produtivo e acadêmico. Sistemas ainda utilizados para aplicativos de pergunta/resposta, aplicativos interativos e aplicativos de registro de dados. 40

41 Terminal de computador: dispositivo composto de teclado, tela, sem capacidade de armazenamento não volátil e com capacidade de processamento pequena, se tanto. Protocolos: conjunto de regras utilizadas por dispositivos de comunicação. Os dados eram geralmente transmitidos a velocidades relativamente baixas bits a bits por segundo 41

42 Hoje, terminais de computador burros são raramente vistos. A maior parte dos usuários usa microcomputadores e acessa o mainframe utilizando Uma placa de simulação de terminal; Um navegador Web e interface Web; Software Telnet; Cliente fino (thin client). 42

43 Convergência Processo de chegar junto em direção a um ponto único. Diferentes aplicativos de rede e as tecnologias que os habilitam convergirem para uma única tecnologia capaz de suportar vários aplicativos. Convergência tecnológica. Convergência de protocolo. Convergência industrial. 43

44 Convergência tecnológica uso de computadores e modens para transmissão de dados pelo sistema telefônico. Nos anos 1990 as redes locais iniciaram a transferência de chamadas telefônicas. VoIP converte sinais de voz em pacotes, enviando em seguida esses pacotes por redes voltadas a pacotes como redes locais e internet. Tirar uma foto em um telefone celular e transferir a imagem pela rede do celular para outro telefone celular. 44

45 Convergência industrial Em 2005 operadoras de telefonia celular começaram a oferecer serviços que permitiam ao usuário transmitir dados em alta velocidade por uma conexão de telefone celular. Várias empresas telefônicas que oferecem serviço telefônico local e a distância convergiram para um número menor de empresas. 45

46 Convergência de protocolo Protocolos de redes mais antigos deram lugar a outros protocolos ou se fundiram com eles. 46

47 Arquiteturas de Rede Como diversos componentes de uma rede interoperam? Uma arquitetura de rede posiciona as peças de rede apropriadas em camadas. As camadas definem um modelo para as funções ou serviços que precisam ser executados. Cada camada no modelo define quais serviços o hardware ou o software (ou ambos) oferecem. 47

48 Arquiteturas: Conjunto de protocolos TCP/IP Utilizado na internet Modelo de trabalho Modelo de interconexão de sistemas abertos (OSI) Foi desenvolvido para ser um modelo de trabalho Modelo teórico 48

49 Componentes de uma rede típica de computadores Fios. Placas de circuitos impressos. Conectores de fiação e tomadas. Computadores. Concentradores de fiação localizada centralmente. Unidades de disco e de fita. Aplicativos de computador. Programas de computador. 49

50 Como essas peças funcionam juntas em harmonia? A escolha de uma peça depende de outra peça? Se uma rede foi criada e planejada originalmente para utilizar um tipo de fiação, mas depois muda-se de ideia e usa um tipo diferente de fiação, essa mudança afeta a escolha de seu processador de texto? A escolha de fiação afeta a escolha do programa de software que verifica se há erros nos dados envolvidos pelos fios? 50

51 Protocolos TCP/IP Foi criado por um grupo de cientistas da computação para suportar um novo tipo de rede (Arpanet) que foi instalada nos EUA nas décadas de 1960 e 1970 Objetivo: criar uma arquitetura aberta que permitiria a praticamente todas as redes se intercomunicarem. Projeto: baseado em camadas. O usuário se conectaria à camada mais superior e estaria isolado dos detalhes dos sinais elétricos encontrados na camada inferior. 51

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53 As camadas não especificam protocolos precisos ou serviços exatos. O conjunto de protocolos TCP/IP não nos diz que tipo de fio ou de conector usar para conectar as peças de uma rede. O conjunto diz em que camada particular o designer pode usar determinado tipo de fio ou conector específico. Cada camada do conjunto de protocolos TCP/IP disponibiliza um serviço para a camada seguinte. 53

54 Cada camada executa sua função designada. As camadas trabalham juntas para permitir que um aplicativo envie seus dados por uma rede de computadores. 54

55 aplicativo de rede. Solicita que o usuário digite uma mensagem Especifique um recipiente desejado. Cria o pacote de dados apropriado (mensagem e endereço) Transporte Providencia a integridade geral do transporte. Estabelecer uma conexão com o receptor desejado. Monitorar o fluxo entre o transmissor e o receptor. Executar operações necessárias para recuperar dados perdidos ou ilegíveis. 55

56 Rede Pega o pacote de dados e acrescenta informações para que o pacote de dados possa achar seu caminho pela rede. Acesso à rede Insere informações de verificação de erros. Prepara o pacote de dados para transmissão. Físico Transmite o pacote de dados por algum tipo de fio ou pelo ar por meio de ondas de rádio. 56

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58 Camada de aplicação Suporta os aplicativos de rede. Em alguns casos inclui serviços de criptografia e compressão. HTTP, SMTP, FTP, Telnet, SNMP. Camada de transporte Utiliza do protocolo de controle de transmissão (TCP) para assegurar uma conexão sem erros de ponta a ponta. O TCP inclui informações de controle de erros, informações de sequenciamento de pacotes para que permaneçam na ordem adequada. O protocolo de datagrama de usuário (UDP). 58

59 Camada de rede À vezes chamada camada de internet. O protocolo IP transfere dados em uma rede e entre redes. Prepara um pacote (agrupamento de tamanho fixo) de dados de modo que ele possa se mover de uma rede a outra na internet ou em um conjunto de redes corportativas. 59

60 Camada de acesso à rede Lida com a passagem de pacotes pela internet. É a camada que encaminha os dados da estação de trabalho do usuário para a internet. Prepara um pacote de dados (quadro) para transmissão da estação de trabalho a um roteador localizado entre a rede local e a internet. É geralmente chamada de camada de enlace de dados. 60

61 Camada física A camada mais inferior. Ocorre a transmissão real de dados. Essa transmissão pode ocorrer por um fio físico, ou ser transmitida por sinal de rádio pelo ar. O conjunto de protocolos TCP/IP reconhece dependências entre as camadas de um sistema de comunicação e funde vários serviços das camadas físicas e de enlace de dados em apenas uma camada. 61

62 O Modelo OSI O conjunto de protocolos TCP/IP é o escolhido para a maior parte das redes instaladas. O modelo OSI foi desenvolvido com 7 camadas. 62

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64 Camada de aplicação Camada superior. Onde fica o aplicativo que utiliza a rede Correio eletrônico, sistemas de transferência de arquivos, sistemas de login remoto e navegação Web. Camada de apresentação Executa conversões de caracteres ASCII para não ASCII. Criptografia e decodificação de documentos seguros. Compressão de dados em unidades menores. 64

65 Camada de sessão Estabelece sessões entre gerenciamento de token. Estabelece pontos de sincronização (restauração / backup em caso de erro ou falha). Vários aplicativos não incluem uma camada de sessão específica e não usam tokens para administrar uma conversa. Se os aplicativos utilizam pontos de sincronização, esses pontos geralmente são inseridos pela camada de aplicação. usuários e pelo 65

66 Camada de transporte Assegura que o pacote de dados que chega ao destino final seja idêntico ao pacote de dados que saiu da estação de origem. Executa o controle de erros de ponta a ponta e controle de fluxo de ponta a ponta. É utilizado apenas nos dois pontos extremos da conexão. A camada de transporte deve ser capaz de trabalhar com todos os tipos de rede (confiáveis ou não). 66

67 Camada de rede É responsável pelo estabelecimento, manutenção e finalização das conexões de rede. Envia o pacote de dados de nó para nó em uma rede e entre várias redes. Gera o endereçamento de rede necessário para o sistema reconhecer o próximo destino pretendido. Determina a informação de roteamento e a aplica a cada pacote ou grupo de pacotes. Executa o controle de congestionamento. Nas redes que utilizam um esquema de transmissão por difusão (broadcast), a camada de rede pode ser muito simples. 67

68 Camada de enlace de dados Pega dados da camada de rede e transforma-os em quadro. quadro Esse quadro contém um identificador que sinaliza o início e o fim do quadro, informação de controle e de endereço. A camada de enlace de dados pode incorporar alguma forma de detecção de erros, executar controle de fluxo A camada de transporte executa suas operações somente nos pontos extremos. A camada de enlace de dados executa suas operações em cada nó (parada) ao longo do caminho. 68

69 Camada física Responsável pela transmissão de bits por um canal de comunicação. A camada física lida com níveis de tensão, dimensões de plugues e conectores, configurações de pinos e outras questões elétricas e mecânicas. Determina a escolha de meios de transmissão com ou sem fio. Codifica dados digitais ou analógicos. Modula em um sinal digital ou analógico. Determina a técnica de codificação ou modulação a ser utilizada na rede. 69

70 Conexões Lógicas e Físicas 70

71 Nenhum dados fui entre as linhas pontilhadas. Cada linha pontilhada indica uma conexão lógica. Uma conexão lógica permite um intercâmbio de comandos e respostas entre o transmissor e o receptor. As informações ou dados reais devem ser passados por meio das camadas físicas do transmissor e do receptor. Sem conexão lógica, o transmissor e o receptor não conseguem coordenar suas funções. 71

72 Considere o cenário imaginário abaixo e represente o processo burocrático em camadas. O diretor de artes e ciências deseja criar um curso conjunto com a faculdade de administração. Particularmente, o diretor gostaria de criar um curso que fosse um cruzamento entre ciência da computação e marketing. O diretor de artes e ciências pode ligar para o diretor da faculdade de administração para criar o curso, mas os diretores não são necessariamente especialistas em reunir todos os detalhes relacionados a um novo curso. Em vez disso, o diretor de artes e ciências inicia o processo ao emitir uma solicitação para um novo curso ao diretor da faculdade de administração. Antes de essa solicitação chegar ao diretor da faculdade de administração, entretanto, a solicitação chega até o diretor do departamento de ciência da computação. O diretor vai examinar a solicitação para um novo curso e acrescentar as informações necessárias relativas ao pessoal para o programa. O diretor, então, envia a solicitação para a coordenação do programa de ciência da computação, que vai desenvolver diversos cursos novos. A coordenação do programa envia a solicitação para a secretária do departamento, que vai digitar todos os memorandos e criar um pacote legível. Esse pacote é colocado no correio interno do campus e enviado ao departamento de marketing da faculdade de administração. No departamento de marketing, a secretária do departamento abre o envelope e distribui os materiais para a coordenação de programa de marketing. A coordenação olha os cursos propostos pela coordenação de programa de ciência da computação e faz algumas alterações e acréscimos. Uma vez que tais alterações são feitas, a proposta é apresentada ao diretor do departamento de marketing, que olha as necessidades de pessoal sugeridas pelo diretor de ciência da computação, verifica se a solicitação está correta e faz algumas alterações. O diretor de marketing envia a requisição ao diretor da faculdade de administração, que examina todo o documento e o aprova com pequenas alterações. Em seguida, a requisição volta para a secretária de departamento de marketing, que envia para a secretária de ciência da computação. A secretária de ciência da computação, a seguir, envia a resposta à requisição camadas acima até que ela chegue ao diretor de artes e ciências. 72

73 Considere um cenário no qual um funcionário de uma empresa esteja utilizando um notebook no trabalho e acessando a rede corporativa local por meio de uma conexão sem fio. O funcionário está usando um navegador Web e tenta fazer o download de uma página da internet. Quais são as conexões envolvidas nesse cenário? 73

74 Considere um cenário envolvendo o conjunto de protocolos TCP/IP, na qual um usuário que navega pela internet em um computador pessoal solicita o download de uma página da web para ser exibida em sua tela. 74

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