Introdução a Ciência da Computação REDES DE COMPUTADORES

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1 Introdução a Ciência da Computação REDES DE COMPUTADORES Professor: Carlos Henrique

2 Definição Inicial Tipos de Redes Servidores Arquitetura de Protocolos Topologia de Redes Equipamentos Padrões de Transmissões Protocolos de Redes Software de Rede Sumário Introdução à Ciência da Computação 2

3 Definição Inicial Uma rede de computadores consiste de 2 ou mais computadores e outros dispositivos ligados entre si e compartilhando dados, impressoras, trocando mensagens ( s), etc. Internet é um exemplo de Rede. Existem várias formas e recursos de vários equipamentos que podem ser interligados e compartilhados, mediante meios de acesso, protocolos e requisitos de segurança. Redes de computadores podem ser definidas como uma coleção de computadores autônomos interconectados através de algum meio de transmissão (fibras, cabos metálicos, satélite,...) Quando utilizados em equipe, é possível obter melhores resultados. Introdução à Ciência da Computação 3

4 Definição Inicial Em um ambiente profissional é muito importante um responsável pelo bom funcionamento da rede, dentre as responsabilidades deste citamos: Coordenar tarefas, gerenciar problemas, monitorar progressos, administrar usuários etc. Introdução à Ciência da Computação 4

5 Definição Inicial Dispositivo/Sistema Computacional Origem Composto de nós de processamento e enlaces físicos de comunicação Sistema de Comunicação Dispositivo/Sistema Computacional Destino Introdução à Ciência da Computação 5

6 Tipos de Redes LAN (Redes Locais) MAN (Redes Metropolitanas) WAN (Redes Distribuídas) Introdução à Ciência da Computação 6

7 Tipos de Redes LAN (Redes Locais) Uma rede local (Local Area Network LAN) é um conjunto de sistemas computacionais interconectados em uma área limitada, como uma sala, prédio ou campus Alta taxa de transmissão da ordem de Mbps (Megabits/seg) ou Gbps (Gigabits/seg) Normalmente tem baixas taxas de erro na transmissão O meio de transmissão é privado Exemplos: Ethernet (a) Token Ring (forma de anel) (b) Introdução à Ciência da Computação 7

8 Tipos de Redes MAN (Metropolitan Area Network) Uma rede metropolitana (Metropolitan Area Network MAN) pode ser entendida como uma rede local estendida, interconectando prédios, escritórios matriz/filial em uma cidade Ex.: Uma rede dedicada a experimentos que interliga a PUC-Rio com a UFRJ. Alta taxa de transmissão da ordem de Mbps (Megabits/seg); Baixa taxa de erro na transmissão; Introdução à Ciência da Computação 8

9 WAN (Wide Area Network) - Rede de alcance remoto Uma rede distribuída (Wide Area Network WAN) permite conectar sistemas ou redes locais geograficamente distantes. Ex.: Comunicação entre estados ou paises; As taxas de transmissão são, geralmente da ordem de Kbps (Kilobits/seg), mas podem chegar a Mbps (Megabits/seg) ou Gbps; As taxas de erros na transmissão são maiores que nas LANs e MANs; Os meios de transmissão são geralmente públicos; Exemplo: Internet Tipos de Redes A Internet também pode ser considerada como uma WAN de alcance mundial, onde vários computadores estão conectados através do protocolo TCP/IP e conexões discadas, ADSL ou dedicada. A grande maravilha talvez esteja no protocolo TCI/IP que possibilita total compartilhamento de recursos e informações, e ainda disponibiliza serviços como WWW e FTP. Introdução à Ciência da Computação 9

10 Tipos de Redes A redes WAN utilizam uma tecnologia de transmissão que permite interligar roteadores em distâncias arbitrariamente grandes. Introdução à Ciência da Computação 10

11 Tipos de Redes Exemplo de uma rede WAN Interface de comunicação = Placa de rede, Modem, Cartão Wireless LAN PUC-Rio roteador roteador LAN UFRJ A B Internet C D Canal/Meio de Comunicação Interface de comunicação = Placa de rede, Modem, Cartão Wireless LAN UERJ E F Introdução à Ciência da Computação 11

12 Servidores São máquinas comuns que se distinguem das outras pelos seus softwares especiais e serviços oferecidos, tais como: Armazenamento de arquivos A gerência de banco de dados O suporte para impressão Tradução de nomes simbólicos em endereços físicos Concentrador de terminais Suporte a telex Monitoração de redes Criptografia Correio eletrônico Gateways para outras redes e outras funções de hardware e software. Introdução à Ciência da Computação 12

13 Servidores Servidores de Arquivos Tem como função oferecer aos seus clientes o serviço de armazenamento e acesso a informações e de compartilhamento de disco. Um Servidor de Arquivo Geral é aquele que é capaz de aceitar transações independente do sistema operacional do cliente, ou seja, independente da estrutura de arquivos da estação cliente Servidor de Impressão Tem como finalidade oferecer serviços de impressão a seus clientes. Um Servidor de Impressão típico tem vários tipos de impressoras acoplados, cada um adequado à qualidade ou rapidez de uma aplicação particular. Existem vária formas de se implementar um Servidor de Impressão. A forma mais simples é baseada na pré-alocação da impressora. Neste caso uma estação cliente envia um pedido ao Servidor, manifestando o desejo de uso de uma impressora específica. Caso esta impressora esteja disponível, ela então é alocada ao cliente até que este a libere (ou, então, até que se esgote o tempo máximo da utilização, conforme negociação na alocação). Caso a impressora não esteja disponível o cliente é avisado e colocado, se é de seu desejo em uma fila de espera. Uma outra forma de implementarmos um Servidor de Impressão é utilizando a técnica de spooling. Neste caso a estação ao invés de pedir a alocação de uma impressora, envia diretamente ao Servidor o texto a ser impresso. Este texto é colocado em uma fila de espera, sendo impresso quando a impressora estiver disponível. Introdução à Ciência da Computação 13

14 Servidores Servidor de Comunicação Consiste em uma estação especial de frente que será responsável pela realização de todos os procedimentos de acesso à rede, bem como da interface com os dispositivos usuários, de forma a permitir o uso da rede por estes. Servidor Gateway São estações da rede que oferecem serviço de comunicação com outras redes para seus clientes. A ligação entre redes pode ser realizada via repetidores ou pontes, mas quando e trata de interligação de redes distintas o uso de Gateway se torna indispensável. Introdução à Ciência da Computação 14

15 Servidores Servidor de Rede Monitoração do tráfego, do estado, do desempenho de uma estação da rede, assim como a monitoração do meio de transmissão e outros sinais é necessária para o gerenciamento da rede de forma a possibilitar a detecção de erros, diagnose e resoluções de problemas da rede, tais como falhas, desempenho e etc. Servidor Teletex É um serviço internacional de telecomunicações que permite aos assinantes trocarem documentos com alto grau de automação, velocidade e precisão, entre equipamentos de escritórios para tratamento de texto, tais como máquinas de escrever eletrônicas e processadores de palavras, que estejam equipados com recursos de transmissão e recepção. Introdução à Ciência da Computação 15

16 Arquitetura de Protocolos Visão Geral do Modelo ISO/OSI O objetivo de uma estrutura de protocolo em níveis é delimitar e isolar funções de comunicações a camadas. Os dados transferidos em uma comunicação de um dado nível não são enviados diretamente (horizontalmente) ao processo do mesmo nível em outra estação, mas descem verticalmente através de cada nível adjacente da máquina transmissora até o nível físico (onde na realidade há a única comunicação horizontal entre máquinas), para depois subir verticalmente através de cada nível adjacente da máquina receptora até o nível de destino. A arquitetura da rede é formada por níveis, interfaces e protocolos. Introdução à Ciência da Computação 16

17 (*) Arquitetura de Protocolos Nível Físico (ou Camada) Fornece as características mecânicas, elétricas, funcionais e de procedimento para ativar, manter e desativar conexões físicas para a transmissão de bits entre entidades de nível de ligação possivelmente através de sistemas intermediários. Uma unidade de dados do nível físico consiste de um bit, em uma transmissão serial, ou n bits em uma transmissão paralela. Ao projetista deste protocolo cabe decidir como representar 0 s e 1 s, quantos microsegundos durará um bit, se a transmissão será *half-duplex ou * full-duplex, como na conexão será estabelecida e desfeita, quantos pinos terá o conector da rede e quais seus significados, bem como outros detalhes elétricos e mecânicos. A função do nível físico é a de permitir o envio de uma cadeia de bits pela rede sem se preocupar com o significado destes bits ou como são agrupados. Half-duplex dois dispositivos que não possuem comunicação ao mesmo tempo. Full-duplex os dois dispositivos podem receber e enviar ao dados ao mesmo tempo Introdução à Ciência da Computação 17

18 Arquitetura de Protocolos Nível de Rede O objetivo deste nível é fornecer ao nível de transporte uma independência quanto a considerações de chaveamento e roteamento associados com o estabelecimento e operação de uma conexão de uma rede. Estabelece, mantém e termina conexões lógicas Responsável pelo roteamento Dependendo da filosofia da rede em questão, pode trabalhar segundo o conceito de datagrama (não orientado à conexão) ou circuito virtual (orientado à conexão). Provê os meios funcionais e procedurais para a transmissão de dados orientada ou nãoorientada à conexão entre entidades do nível de transporte Introdução à Ciência da Computação 18

19 Arquitetura de Protocolos Nível de Transporte O nível de rede necessariamente não garante que a cadeia de bits chegue ao seu destino. Pacotes podem ser perdidos ou mesmo reordenados. De forma a fornecer um comunicação fim a fim verdadeiramente confiável é necessário um outro nível de protocolo, que é justamente o nível de transporte. As principais funções deste nível de protocolo é gerenciamento do estabelecimento e desativação de uma conexão, o controle de fluxo e a multiplicação das conexões. Além das funções mencionadas, podemos ainda citar como funções deste nível o controle de seqüência fim a fim, a detecção e recuperação de erros fim a fim, a segmentação e blocagem de mensagens, entre outras. Introdução à Ciência da Computação 19

20 Topologia de Redes A topologia refere-se ao layout físico e ao meio de conexão dos dispositivos na rede, ou seja, como estes estão conectados. Existem três tipos de topologias, que são: Anel Estrela e, Barramento Introdução à Ciência da Computação 20

21 Topologia de Redes Anel (Transmissão em um único sentido) Conexão em série formando um caminho fechado Podem transmitir e receber dados em qualquer direção Usualmente unidirecional (simplex) Vantagens Simplificar o projeto dos repetidores; Evitar necessidade de implementar mecanismos de roteamento Interligação por repetidores (ao invés de interligação de estações) Repetidores internos e externos Introdução à Ciência da Computação 21

22 Topologia de Redes Estrela Nós ligados a um nó central através do qual todas as msg devem passar Centro de controle da rede Compatibilidade da velocidade; Conversor de protocolo; Proteção/segurança ; chaveamento: circuitos, mensagens ou pacotes (sem roteamento) Broadcast ou não Custo de tornar confiável x benefício da simplicidade Devido os avanços da eletrônica, hoje temos equipamentos de alta confiabilidade, viabilizando esse tipo de tecnologia; Não têm necessidade de roteamento; O nó central pode operar com protocolos diferentes; Introdução à Ciência da Computação 22

23 Topologia de Redes Estrela Introdução à Ciência da Computação 23

24 Barramento ou bus (baseadas em ligações multiponto) Dispositivos conectados a um meio físico comum; transmissão por difusão (broadcast); As estações são ligadas ao barramento através de um conector; Compartilhamento do meio; Todas estações se ligam ao mesmo meio de transmissão; Topologia em barra tem uma configuração multiponto; Cada nó conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas, similar às transmissões de radiodifusão; Possibilita uma comunicação por difusão (broadacastmulticast); O poder de crescimento de uma rede com topologia em barra em termos da distância máxima entre dois nós e quanto ao número de nós que a rede pode suportar, depende: do meio de transmissão utilizado; Topologia de Redes da taxa de transmissão e da quantidade de estações da rede; Ao contrário das redes em Anel, redes em barra podem empregar interfaces passivas Caso ocorra falhas na estação a rede continua operacional; Introdução à Ciência da Computação 24

25 Topologia de Redes Barramento ou bus (baseadas em ligações multiponto) Rede com Topologia em Barra utilizando HUB Introdução à Ciência da Computação 25

26 Topologia Estrela Topologia Anel (Token Ring) Topologia Barramento. É mais tolerante a falhas. Fácil de instalar usuários. Monitoramento centralizado. Razoavelmente fácil de instalar.. Requer menos cabos. Desempenho uniforme. Simples e fácil de instalar. Requer menos cabos. Fácil de entender Topologia de Redes. Custo de instalação maior porque recebe mais cabos.. Se uma estação pára, todas param.. Os problemas são difíceis de isolar.. A rede fica mais lenta em períodos de uso intenso.. Os problemas são difíceis de isolar. Introdução à Ciência da Computação 26

27 Topologia de Redes Introdução à Ciência da Computação 27

28 Equipamentos HUBS São dispositivos utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN. Rede concentradas, ficando cada equipamento num segmento próprio. Gerenciamento da rede é facilitado Uma vez que o defeito fica isolado no segmento de rede. Cada hub pode receber vários micros, atualmente temos hub s com 4, 8, 16 e 32 portas Introdução à Ciência da Computação 28

29 Equipamentos SWITCH É um hub que, em vez de ser um repetidor é uma ponte. Com isso, em vez dele replicar os dados recebidos para todas as suas portas, ele envia os dados somente para o micro que requisitou os dados através da análise da Camada de link de dados onde possui o endereço MAC da placa de rede do micro, dando a idéia assim de que o switch é um hub Inteligente. Introdução à Ciência da Computação 29

30 Equipamentos REPETIDORES São equipamentos utilizados quando se deseja repetir o sinal enviado por um equipamento quando a distância a ser percorrida é maior do que o recomendado (180Mts). Realiza uma ampliação no sinal já fraco dando nova força para que chegue ao ponto de destino. BRIDGES (PONTES) Conectam múltiplas LAN s, como por exemplo, a LAN da contabilidade com a LAN do departamento de Marketing. Isto divide o tráfego na rede, apenas passando informações de um lado para outro quando for necessário A ponte é um repetidor Inteligente. Capacidade de ler e analisar os quadros de dados que estão circulando na rede. Elimina replicações para outros segmentos dados que tenham como destino o mesmo segmento de origem Interliga redes que possuem arquiteturas diferentes. Introdução à Ciência da Computação 30

31 Equipamentos Roteadores Faz o papel de guarda de trânsito, garantindo que os pacotes de mensagens sejam dirigidos a endereços certos na rede. Introdução à Ciência da Computação 31

32 Equipamentos Cabos Os cabos talvez tenham 50% do fracasso ou do sucesso da instalação de uma rede. Muito dos problemas encontrados nas redes são identificados como causados pela má instalação ou montagem dos cabos. Par Trançado, São os mais usados Melhor custo beneficio Ele pode ser comprado pronto em lojas de informática, ou feito sob medida, ou ainda produzido pelo próprio usuário, e ainda são 10 vezes mais rápidos que os cabos coaxiais. Cabos coaxiais Permitem que os dados sejam transmitidos através de uma distância maior que a permitida pelos cabos de par trançado sem blindagem Não são tão flexíveis e são mais caros que os cabos de par trançado. Requerem o barramento ISA* que não encontradas nas Placas mães novas. * ISA (acrónimo para Industry Standard Architecture), é um barramento para computadores, padronizado em 1981, inicialmente utilizando 8 bits para a comunicação, e posteriormente adaptado para 16 bits Introdução à Ciência da Computação 32

33 Equipamentos Cabos de fibra óptica Permitem transmissões de dados a velocidades muito maiores São completamente imunes a qualquer tipo de interferência eletromagnética São muito mais caros e difíceis de instalar Demanda equipamentos mais caros e mão de obra mais especializada Apesar da alta velocidade de transferência, as fibras ainda não são uma boa opção para pequenas redes devido ao custo. Introdução à Ciência da Computação 33

34 Padrões de Transmissões Ethernet A redução dos preços e uma relativa alta velocidade de transmissão de dados fomentaram a ampla utilização da Ethernet. Utiliza a topologia barramento (Coaxial) ou Estrela (Par trançado com HUB). Neste tipo de rede, cada PC ouve o tráfego na rede e se não ouvir nada, eles transmitem as informações. Se dois clientes transmitirem informações ao mesmo tempo, eles são alertados sobre a colisão, param a transmissão e esperam um período aleatório para cada um antes de tentar novamente, este método é conhecido como Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Token Ring O método de acesso de token ring (passagem de permissão) Utiliza um método circular para determinar qual estação tem permissão para transmitir. Opera em topologia em anel e garante que todas as estações da rede tenham chance de transmitir dados. Ele alcança esse objetivo utilizando um padrão especial de bit conhecido como token ou permissão. Introdução à Ciência da Computação 34

35 Protocolos são basicamente a parte do sistema operacional da rede encarregada de ditar as normas para a comunicação entre os dispositivos. Vários são os tipos de protocolos, aqui explicaremos os mais utilizados. TCP/IP - Transfer Control Protocol/Internet Protocol Foi desenvolvido para ser um protocolo roteável, e serve como padrão para redes de longa distância (WAN s) e para acesso a internet. IPX/SPX - Internet Packet Exchange/Sequence Packet Exchange Foi desenvolvido para suportar redes NetWare, e suporta redes de tamanho pequeno e médio e também tem a capacidade básica de roteamento. NetBeui - Network Basic End User Interface Suporta pequenas LAN s, é rápido e simples. Porém, tem uma estrutura arquitetônica inerente que limita sua eficiência à medida que a rede se expande. Protocolos de Redes Introdução à Ciência da Computação 35

36 Software de Rede O software de rede controla as operações entre os equipamentos Permite controlar quem tem acesso a ele Regula o fluxo de informações entre cada usuário para o uso dos recursos entre todos. Parte do software de uma rede é o redirecionador da rede, assim chamado porque ele direciona e redireciona comandos que se encontram flutuando pela rede. O redirecionador agarra todos os comandos e examina-os para ver se um comando é alguma coisa da qual o equipamento deveria cuidar. Protocolos também fazem parte do sistema operacional. Os protocolos são essencialmente um conjunto de regras de comportamento que devem ser seguidas para que existe uma comunicação efetiva entre os componentes. Introdução à Ciência da Computação 36

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