Informática para Ciências e Engenharias 2012/13. Teórica 6

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1 Informática para Ciências e Engenharias 2012/13 Teórica 6

2 Na aula de hoje... Revisão: for, if, matrizes, gráficos Cálculo de áreas por Monte Carlo Introdução às redes de computadores e à Internet: Redes de computadores e seus protocolos Web Obtenção de dados da Internet usando MATLAB/Octave. 2

3 Cálculo de áreas por Monte Carlo 3

4 Estimar π Círculo de raio 1, área = π quadrado área = 1 quarto, área = π/4 1 4

5 Estimar π Algoritmo (Monte Carlo) N pontos ao acaso contar d dentro π ~ (d/n)*4 1 5

6 Calculo de áreas por MC Em geral N pontos ao acaso numa região conhecida que inclua a região de interesse pseudo aleatórios contar quantos incidem na área de interesse a área de interesse será essa fracção, aproximadamente, da área conhecida funciona melhor quanto maior for N e quanto maior for a fracção na área de interesse. 6

7 Calculo de áreas por MC Função estimapi recebe o número de pontos a gerar para a estimativa devolve o valor estimado de pi duas matrizes com os pontos (x,y) que calharam dentro e fora da área de interesse, para o gráfico. Assinatura da função: function [res, ptsdentro, ptsfora] = estimapi(n) 7

8 Cria os vectores de saída (no máximo N linhas) e os contadores que indicam quantos pontos e em que linha vamos, em cada caso. 8

9 Ciclo principal para disparar N pontos 9

10 Função rand simula números aleatórios (pseudo-aleatória) 0 <= rand < 1 octave:46> rand ans = octave:47> rand ans = octave:48> rand ans = octave:49> rand ans =

11 O ponto gerado a cada iteração conta dentro se a distância à origem não ultrapassar a unidade, fora se ultrapassar. Incrementando as variáveis ixdentro e ixfora mantemos a contagem e o índice do ponto na matriz respectiva. 11

12 O resultado, a estimativa de π, é o quádruplo da área estimada pela proporção de pontos dentro. É preciso também redimensionar as matrizes dos pontos de acordo com o número efectivo de pontos (N linhas era o máximo possível, para evitar redimensionar as matrizes muitas vezes durante o ciclo). 12

13 Estimar π Script de testes 13

14 Estimar π N=100 14

15 Estimar π N=500 15

16 Estimar π N=

17 Estimar π N=

18 Estimar π Mais pontos, mais rigor: 18

19 Redes de computadores 19

20 Redes de computadores Um conjunto de computadores pode ser interligado com o objectivo de trocar informação e partilhar recursos, transferindo dados entre si. Exemplo: pesquisa no Google enviamos os termos a pesquisar, usamos os recursos do motor de pesquisa, obtemos de volta o resultado. 20

21 Redes de computadores Numa transferência intervêm dois computadores e a rede. Nó emissor : produz uma sequência de bytes (mensagem) Nó receptor : recebe essa sequência de bytes A rede, a infraestrutura que inclui Meios de interligação: cabos, atmosfera, Computadores dedicados a encaminhar a mensagem do nó emissor ao nó receptor. 21

22 Relação Cliente Servidor Em muitos casos, a relação é assimétrica Por exemplo, Browser Pedido (request) Um servidor pode servir vários clientes em simultâneo. Programa Cliente Programa Servidor Resposta (response) Por exemplo, Servidor Web 22

23 Relação Cliente Servidor 1. Cliente envia pedido Programa Cliente 4. Cliente processa a resposta Programa Servidor 3. Servidor envia a resposta 2. Servidor processa o pedido Recurso O servidor gere um recurso e fornece um serviço aos clientes manipulando esse recurso. Um servidor Web pode gerir recursos com dados ou programas que executa por conta dos clientes. Um Servidor FTP ou de funciona de forma análoga

24 Relação Cliente Servidor Exemplo O browser pede uma página de um blog O servidor do blog recebe o pedido, obtém o conteúdo da base de dados Texto, comentários, imagens, etc O servidor envia essa informação, devidamente estruturada O browser processa a informação e apresenta a página

25 Relação entre pares Ligação peer-to-peer (par-a-par, ponto-a-ponto, P2P) Neste tipo de relação, todos os participantes funcionam como clientes e como servidores O esforço é partilhado, não exigindo servidores com capacidades especiais Napster foi o primeiro exemplo notório (mas era centralizado) BitTorrent é um dos mais conhecidos, e pode ser descentralizado

26 Redes de computadores Nos nós terminais Placa ethernet sinais por cabo Placa Wi-Fi sinais por ondas rádio Rede local LAN, Local Area Network ~1km; os computadores estão ligados directamente. 26

27 Redes de computadores LAN Cobre um edifício, ou edifícios próximos WAN Wide Area Network Liga redes locais Encaminhador Router, gateway máquina dedicada que liga redes diferentes (e.g. LAN a WAN) 27

28 Redes de computadores Duas LAN ligadas por 3 encaminhadores (routers). Nó Nó Ethernet ou WiFi Nó Nó Ethernet ou WiFI Router Nó Nó Router Ligação via satélite Ligação fibra óptica Router 28

29 Redes de computadores Poder enviar sinais não basta. É preciso saber Remetente e destinatário Controlar o tráfego Como interpretar o conteúdo, etc. Ou seja, é preciso protocolos 29

30 Protocolos Internet Nível físico Sinais entre os nós da rede Modulação e conversão Fibra óptica, telefone, cabo, ethernet,... 30

31 Protocolos Internet Nível físico Nível da ligação Transmissão de conjuntos de bits entre nós da rede Correcção de erros, gestão de filas de espera,... 31

32 Protocolos Internet Nível físico Nível da ligação Nível IP (Internet Protocol) Gere os pacotes de bytes, endereçamento e reencaminhamento A informação é dividida em pacotes (sequências de bytes), encaminhados individualmente ao destino. Cada máquina tem um endereço e cada pacote tem o endereço do destinatário 32

33 Protocolos Internet Internet Protocol (IP) o protocolo IP (versão 4) especifica um endereço único com 32 bits para cada máquina (128 bits no IPv6) mas permite redes privadas e.g. em cada casa o router doméstico cria uma rede com os endereços (0 255), e o ISP fornece um outro endereço para toda essa rede. 33

34 Protocolos Internet Nível físico Nível da ligação Nível IP (Internet Protocol) Nível de transporte (TCP). Gere o transporte de dados, encarregando-se da gestão de pacotes, detecção e recuperação de erros, etc. 34

35 Protocolos Internet Nível físico Nível da ligação Nível IP (Internet Protocol) Nível de transporte (TCP). Nível da aplicação Protocolos destinados a gerir a comunicação entre aplicações ou com o utilizador. E.g HTTP, DNS,... 35

36 Protocolos Internet 36

37 Protocolos Internet Normalmente não vemos endereços IP Usamos endereços simbólicos Strings associadas aos endereços IP e.g. O DNS (Domain Name System) é um sistema hierárquico de servidores que mapeia os endereços simbólicos em endereços IP. 37

38 Top level domains Top Level Domain biz com edu info gov mil net org Utilização Negócios Comercial (EUA) Educação (EUA) Informação Governo (EUA) Militar (EUA) Rede Sem fins lucrativos 38

39 Top level domains Fora dos Estados o TLD é o código (com 2 letras) do país. País TLD pt uk es fr nz cn Portugal Reino Unido Espanha França Nova Zelândia China 39 39

40 Domain Name System Domínio raiz Top-level domains edu gov com uk pt cmu google ibm utl unl cs fe fct di 40

41 Protocolos Internet Endereços simbólicos, exemplo nslookup (no command prompt ou consola) ~$ nslookup fct.unl.pt... Name: fct.unl.pt Address:

42 Nome do nó asc.di.fct.unl.pt Nome da máquina Organização Top level domain (TLD) ~$ nslookup asc.di.fct.unl.pt... asc.di.fct.unl.pt canonical name = di78.di.fct.unl.pt. Name: di78.di.fct.unl.pt Address:

43 Internet Reenvio de pacotes O remetente envia cada pacote ao router na sua rede. Cada router reenvia os pacotes ao router que (estima) está mais próximo do destinatário Pelo endereço IP e tempos de transmissão Este processo é dinâmico, permitindo gerir o tráfego e contornar falhas pontuais na rede. Eventualmente, o pacote chega a um router que o envia ao destinatário 43

44 Internet Desta forma, a rede de redes pode crescer 44

45 Programas servidores Nos servidores há programas que esperam por pedidos (programas servidores) São executados em background, sem interacção directa com utilizadores (deamons) Aguardam pedidos dirigidos a portas específicas Uma porta é um endereço dentro da própria máquina Exemplos Servidor Web (porta 80) Servidor File Transfer Protocol (FTP, portas 20 e 21) 45

46 Programas servidores Exemplos: Servidor Web (porta 80) Recursos: ficheiros, programas, páginas dinâmicas Serviços: obter ficheiros e executar programas CGI a pedido do cliente. Servidor FTP (portas 20 e 21) Recursos: ficheiros Serviços: leitura e escrita de ficheiros Servidor de Mail (porta 25, SMTP) Recursos: ficheiro spool de . Serviços: armazena as mensagens no ficheiro spool 46

47 Programas clientes Exemplos: Browser, ftp, ssh, Encontra o programa servidor Pelo endereço da máquina onde o programa servidor está a ser executado Pela porta associada ao protocolo e serviço e.g. O browser contacta a máquina com aquele endereço IP na porta 80 para o protocolo HTTP. 47

48 World Wide Web 48

49 World Wide Web 1989 Tim Berners-Lee (no CERN) escreve uma proposta para desenvolver um sistema distribuído de hiper-texto. Ligar uma web of notes with links para ajudar os físicos do CERN a partilhar informação em grandes projectos Tim B-L escreve um browser com interface gráfica. 49

50 World Wide Web A Web (teia) Documentos interligados e sofware para consultar e manipular essa informação. Protocolos da Web Protocolos de aplicação que gerem a partilha da informação. Página Web Documento com dados e, normalmente, ligações (link) a outros documentos. Link (elo) Ligação entre duas páginas Web. 50

51 World Wide Web Site Web Conjunto de páginas Web relacionadas e, geralmente, armazenadas na mesma máquina. Servidor Web - servidor Programa, na máquina que aloja a informação, que responde a pedidos de acesso às páginas Web. Browser Web - cliente Ferramenta que pede páginas Web e as mostra. Indica a localização desse recurso ao servidor: URL 51

52 World Wide Web A Web não é a Internet a Internet inclui muito mais do que a Web a Web existe sobre a Internet Três elementos centrais da Web são Uniform Resource Locator (ou endereço Web) HTML linguagem das páginas Web HTTP Hypertext Transfer Protocol 52

53 URL: Uniform Resource Locator Forma normalizada de especificar a localização de um recurso na Web. Protocolo (pode ser omitido); Nome da máquina; Recurso (e.g. um ficheiro no servidor). Protocolo Máquina Endereço IP:x.x.x.x Nome DNS Ficheiro /home/pm/public-html/index.html 53 53

54 HTML Hypertext Markup Language (HTML) Linguagem usada para criar páginas Web. é uma markup language porque usa marcas (tags) para anotar a informação. Tags (marcas) Especificam a interpretação do conteúdo A forma concreta como a informação é mostrada no ecrã é decidida pelo browser. 54

55 HTML Código fonte da página, HTML 55

56 HTML Representação da página pelo browser 56

57 HTML Marcas (tags) Colocadas entre os símbolos < e > A marca final distingue-se da inicial pela </..> Elementos Os elementos da página são definidos por uma marca inicial e final ladeando o conteúdo. e.g. <TITLE>Título</TITLE> Ou podem ser vazios: <BR> 57

58 HTML Exemplos <P>... </P> especifica um parágrafo separado. <BR> indica uma mudança de linha. <CENTER>... </CENTER> centra o conteúdo. <I> </I> conteúdo em itálico. <B> </B> conteúdo em negrito (bold). <HR> insere um separador horizontal a toda a largura da página (mudança de contexto). 58

59 HTML Exemplos <UL> </UL> define uma lista de itens. <LI> </LI> define um item. <H1> </H1> Formatação do texto no estilo H1 relevo máximo (dimensão das letras ). <H8> </H8> Formatação do texto no estilo H8 relevo mínimo. 59

60 HTML Nota: No standard HTML5 a ênfase é na semântica e não no aspecto visual. Várias tags foram delegadas para folhas de estilo (e.g. CENTER) ou têm significado diferente (e.g. HR) 60

61 HTML A tag pode ter também atributos informação adicional acerca do elemento. nome-do-atributo="valor" Exemplo Imagem: <IMG SRC="imagem.gif"> 61

62 HTML Links (hiper-ligação) Tag A (âncora) Exemplo <A HREF = " página das práticas de ICE-B</A> 62

63 Protocolo HTTP Pedido Browser GET /index.html HTTP/1.1 Linhas com informação sobre o pedido e o browser Linha em branco Mais linhas opcionais Servidor Resposta 200 OK HTTP/1.1 Linhas com informação sobre a resposta e o servidor Linha em branco Mais linhas opcionais <html> </html> Pedidos e respostas são codificados em blocos de texto 63

64 World Wide Web Utilizador especifica URL, o browser pede o recurso ao servidor, este envia os dados com o texto, imagens, etc. 64

65 Conteúdo estático O conteúdo pode ser estático é enviado um ficheiro que existe no servidor Exemplos: ficheiros HTML, imagens, audio clips. URLs para conteúdos estáticos: Identificam o ficheiro index.html gerido pelo servidor em à escuta na porta

66 Conteúdo dinâmico O conteúdo pode ser dinâmico Quando é pedido um recurso dinâmico, o servidor executa um programa que o gera no momento. Por exemplo, páginas de um blog, Facebook, etc 66

67 Usar recursos remotos em MATLAB 67

68 Acesso a recursos remotos O MATLAB (e Octave) inclui funções para aceder a recursos pelo URL [conteudo, sucesso] = urlread( url ) A função urlread acede ao URL url e retorna: na string conteudo o conteúdo obtido; no booleano sucesso o valor true (1), se a operação teve sucesso, e o valor false (0), se a operação não teve sucesso. 68

69 Acesso a recursos remotos [ncomp,sucesso]=urlwrite(url,nomefich) A função urlwrite acede ao URL url, grava o conteúdo no ficheiro nomefich e retorna: na string ncomp o nome completo do ficheiro local, incluíndo o caminho; no booleano sucesso o valor true (1), se a operação teve sucesso, e o valor false (0), se a operação não teve sucesso. 69

70 Exemplo: Temperaturas 70

71 Exemplo Wunderground Em podem consultar-se dados meteorológicos de vários pontos da Terra. Para Lisboa: DailyHistory.asp?ID=ILISBON2&format=1 estação meteorológica da Portela, no dia corrente. 71

72 Exemplo E.g. 23:44 de : Time,TemperatureC,DewpointC,PressurehPa,WindDirection,WindDirectionDegrees,WindSpeedKMH, WindSpeedGustKMH,Humidity,HourlyPrecipMM,Conditions,Clouds,dailyrainMM,SoftwareType,DateU TC<br> :03:00,15.9,12.7,1014.1,SSE,166,16.1,16.1,81,0.0,,,0.0,Wunderground v.1.13, :03:00, <br> :08:00,15.9,12.7,1014.1,SSE,157,16.1,25.7,81,0.0,,,0.0,Wunderground v.1.13, :08:00, <br> ( ) :43:00,13.7,13.1,1015.5,NE,40,11.3,11.3,96,1.3,,,56.4,Wunderground v.1.13, :43:00, <br> 72

73 Exemplo Gráfico Processando esta informação pode-se obter o gráfico da temperatura por hora na Portela Mas, por agora, vamos fazer uma versão simplificada 73

74 Exemplo Simplificando: 8.6,1.9,1029.3,4,1.6,63,0.0; 8.5,1.8,1029.0,4,1.6,63,0.0; 8.0,2.1,1029.0,4,0.0,66,0.0; 7.7,1.9,1029.3,4,0.0,67,0.0;... temperatura ( ºC), Ponto de condensação (º C), pressão (hpa), direcção do vento (código numérico), velocidade do vento (Kph), humidade (%), precipitação (mm/m2) Cada linha corresponde a uma hora (0:00 a 0:59, 1:00 a 1:59, etc...) 74

75 Exemplo Queremos o gráfico da temperatura média a cada hora: 75

76 Exemplo Compreender o problema Caracterizar: Entrada: URL Saída: nenhum valor, mas gerar o gráfico Tarefas Obter os dados remotos (urlread) e converter numa matriz (como? Já vamos ver...) Desenhar o gráfico Juntar tudo 76

77 Exemplo Assinaturas das funções (não se esqueçam) function dados=ledados(url) function graficotemp(horas,temp) function temperaturas(url) 77

78 Exemplo Converter string em números: str2num octave:9> s='123' s = 123 octave:10> s+1 ans = octave:11> a=str2num(s) a = 123 octave:12> a+1 ans = 124 octave:13> mstr='1,2,3;4,5,6;7,8,9' mstr = 1,2,3;4,5,6;7,8,9 octave:14> m=str2num(mstr) m =

79 Exemplo Os dados no servidor são fáceis de converter: 8.6,1.9,1029.3,4,1.6,63,0.0; 8.5,1.8,1029.0,4,1.6,63,0.0; 8.0,2.1,1029.0,4,0.0,66,0.0; 7.7,1.9,1029.3,4,0.0,67,0.0;... 79

80 Exemplo 80

81 Exemplo Testar a função ledados: octave:8> mat=ledados(' mat = e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e e

82 Exemplo Testar a função ledados: octave:9> ledados('xpto') Ooops... alguma coisa falhou em ledados. ans = [](0x0) 82

83 Exemplo 83

84 Exemplo Testar graficotemp: octave:15> graficotemp(0:23,mat(:.1)) 84

85 Exemplo 85

86 Exemplo Testar: temperaturas(' 86

87 Trabalho Prático 1 87

88 Trabalho Prático 1 Obter dados de um servidor (URL) Processar os dados matrizes, cálculos, Gerar um gráfico Enunciado no final da semana 88

89 Trabalho Prático 1 Aulas Apoio nas semanas 8-12 e Entregas Versão intermédia, 14 de Abril não conta para nota para ensaiar e para seguirmos o progresso Versão final Limite: 21 de Abril, recomendado: ~19 de Abril esta é que conta. 89

90 Dúvidas 90