Redes de Computadores

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1 Redes de Computadores... 1 Mobilidade... 1 Hardware de Rede... 2 Redes Locais - LANs... 2 Redes metropolitanas - MANs... 3 Redes Geograficamente Distribuídas - WANs... 3 Inter-redes... 5 Software de Rede... 5 Questões de Projetos relacionados às Camadas... 6 Tipos de conexões de serviços... 6 Primitivas de serviço... 6 Modelos de Referência... 6 Modelo OSI (Open Systems Interconnection)... 6 Modelo TCP/IP... 8 Arquitetura da Internet...10 Redes orientadas a conexões...10 X.25 e Frame Relay...10 ATM Ethernet LANs sem fio (802.11) - WiFi...12 Redes de Computadores Baseado no livro de Redes do Tanenbaum As redes de computadores surgiram pela necessidade de se integrar e compartilhar recursos e, principalmente, informações. As distâncias físicas não devem impedir que usuários acessem informações que necessitem, e quanto mais rápido, mais on-line, melhor. Um dos modelos de maior sucesso no mundo das redes é o modelo cliente/servidor, onde há uma máquina (ou conjunto de máquinas) com grande capacidade de armazenamento ou processamento (ou ambas). Essa máquina é chamada de servidor e tem por funcionalidade atender requisições de outras máquinas, chamadas de clientes, que possuem capacidade de processamento e armazenamento limitada em empresas e instituições. A própria www utiliza esse conceito. As redes de computadores proporcionam também a comunicação por , colaboração na construção de conteúdo entre pessoas distantes, videoconferência e realização de negócios (compra e venda). A utilização de redes pelos usuários comuns (domésticos) se dá pelo uso da www, mensagens instantâneas, compras, grupos de notícias, entre outros. Mobilidade As redes sem fio surgiram para permitir que as pessoas pudessem conectar seus dispositivos onde quer que estivessem. Há que se diferenciar as redes sem fio da

2 computação móvel, pois em alguns casos elas podem ter significados diferentes. Aplicações Sem fio Móvel Desktops em escritórios Não Não Notebook em quarto de hotel Não Sim Rede sem fio em prédio antigo Sim Não PDA Sim Sim Hardware de Rede As redes podem ser classificadas segundo sua tecnologia de transmissão e a escala. Para a tecnologia de transmissão temos basicamente dois tipos: Links de difusão: um transmissor envia pacotes pelo único canal de comunicação disponível, fazendo com que todos conectados à este canal recebam o pacote. A quem de destino for será processado, aos demais será ignorado. Esse modo é chamado de broadcasting. Além desse, há também o multicasting, que consiste na difusão para um grupo de máquinas. Links ponto a ponto (unicast): há a conexão entre pares individuais, onde a transmissão é realizada e recebida apenas no destinatário, embora possa haver intermediários pelo caminho. Quanto à escala, temos basicamente o seguinte quadro: Distância entre processadores Processadores localizados no mesmo 1 m Metro quadrado Rede pessoal 10 m Sala Rede local 100 m Edifício Rede local 1 km Campus Rede local Exemplo 10 km Cidade Rede metropolitana 100 km País 1000 km Continente Distribuída km Planeta Interner Rede geograficamente distribuída Redes Locais - LANs As LANs têm tamanho restrito, abrangendo alguns poucos quilômetros, o que permite conhecer de antemão o pior tempo de transmissão, ajudando no projeto de escolha do tipo de topologia, bem como ao seu gerenciamento.

3 Basicamente é composta por um cabo onde as estações se conectam, podendo ser, atualmente de 10Mbps, 1Gbps ou até 10Gbps. Normalmente utilizam difusão. A topologia é a maneira como o canal (cabo) e as estações estão dispostos. As LANs podem, entre outros, serem em barramento (Ethernet) ou em anel (FDDI). A difusão pode ser dividida em estática e dinâmica de acordo com o modo como o canal é alocado. No estático há uma divisão de tempo, onde cada slot é atribuído a uma estação em que a estação só pode transmitir neste tempo. Há desperdício de capacidade de transmissão. No dinâmico a transmissão por qualquer estação pode ser realizada a qualquer tempo. Para evitar colisões e erros pode ser centralizada ou descentralizada. Redes metropolitanas - MANs As MANs são redes de maior abrangência, geralmente se expandindo por uma cidade. Um exemplo clássico é a TV a cabo. Redes Geograficamente Distribuídas - WANs Abrange uma grande área geográfica, geralmente país ou continente, e possui dois elementos básicos: o host e a sub-rede. O host é a máquina do usuário que deseja executar alguma ação em outra máquina, que também é um host (um servidor, por exemplo). A sub-rede pertence e é operada pela empresa de telefonia ou procedor de serviços de Internet. Esse tipo de estrutura deixa bem separado os aspectos de aplicação

4 (hosts) e de comunicação (sub-rede). A sub-rede é formada basicamente por linhas de transmissão e por elementos de comutação. As linhas de transmissão transportam os dados entre as máquinas, podendo ser cabos de cobre, óptico ou rádio. Os elementos de comutação são computadores especializados que conectam várias linhas de transmissão. Quando chegam dados por uma linha ele deve escolher para qual linha de saída enviar. Também são chamados de roteadores. A comunicação entre roteadores que não possuem linhas de transmissão entre si deve ser feita indiretamente através de outros roteadores. Cada roteador intermediário recebe o pacote integralmente e o armazena até a linha de destino ser liberada, quando, então o pacote é transmitido. Essa técnica é chamada de store-and-forward ou comutação por pacotes. Os pacotes quando são pequenos e de mesmo tamanho também chamados de células. Quando se deseja troca de informações entre hosts distantes (que necessitem utilizar caminho por uma sub-rede), as mensagens são divididas em pacotes, que são injetados na rede. Cada pacote é roteado independetemente dos demais, e a decisão do melhor caminho é feito localmente em cada roteador, baseado no algoritmo de roteamento. As WANs também podem utilizar rede por difusão através de satélites, onde um ou mais roteadores possuem antenas para enviar ou receber informações.

5 Inter-redes É formada quando diferentes redes se conectam, podendo ser pela diferença de tecnologia ou até por diferentes empresas ou instituições. Quando as redes são incompatíveis entre si, faz-se necessário a utilização de gateways. Software de Rede Atualmente o software de rede é implementado com a utilização de hierarquia de protocolos, fazendo com que a rede seja dividida em camadas, onde cada camada tem suas funções bem definidas: Uma camada superior utiliza a camada inferior através dos serviços que esta disponibiliza; Uma camada inferior deve fornecer funcionalidades à superior através dos serviços de sua interface; A maneira como cada serviço é implementado na camada deve ser totalmente transparente às demais, bem como a sua modificação não deve afetar a maneira como a interface é utilizada; A comunicação entre os pares de uma mesma camada em hosts deve obedecer as regras estabelecidas, que é chamado de protocolo. Os conjuntos de camadas de protocolos é chamado de arquitetura de rede. A lista de protocolos usados por um sistema, tendo um protocolo por camada é chamada pilha de protocolos.

6 Questões de Projetos relacionados às Camadas Endereçamento: as camadas precisam identificar os transmissores e os receptores; Transferência de dados: o projeto deve definir o fluxo de transmissão, se será em um sentido apenas ou ambos, além da quantidade de canais lógicos por conexão; Controle de erros: há muitas formas de controle de erros, portanto é necessário saber quais deles utilizar e quando utilizar; Ordem de entrega: os protocolos precisam ter regras quanto à ordem em que os pacotes são entregues, principalmente quando entregues fora de ordem; Controle de fluxo: visa impedir que um transmissor muito rápido inunde um receptor lento, fazendo com que pacotes sejam perdidos; Tipos de conexões de serviços Serviço Exemplo Fluxo de mensagens confiável Seqüência de páginas Fluxo de bytes confiável Logon remoto Conexão não confiável Voz digitalizada Datagrama não confiável Lixo de correio eletrônico Datagrama confirmado Correspondência registrada Solicitação/Resposta Consulta a banco de dados Primitivas de serviço É o conjunto de operações que especificam determinado serviço. Exemplos de primitivas são: listen, connect, receive, send, disconnect. Modelos de Referência Modelo OSI (Open Systems Interconnection) Este modelo foi desenvolvido pela ISO e possui 7 camadas. Esse valor foi definido de acordo com as seguintes regras: Uma camada deve ser criada onde houver necessidade adicional de abstração; Uma camada deve executar uma função bem definida; A função de cada camada deve se basear em definições de protocolos padronizados internacionalmente; Os limites devem ser escolhidos para minimizar o fluxo pelas interfaces; O número de camadas deve ser grande o bastante para que funções distintas fiquem agrupadas e pequena o suficiente para que não dificulte sua implementação;

7 O modelo OSI não é uma arquitetura, pois não especifica os serviços e protocolos, apenas o que cada camada deve fazer. A camada física faz a transmissão dos bits brutos através de um canal de comunicação. Devem ser especificados como representar os bits (voltagem), sua duração e se a transmissão pode ou não ser nos dois sentidos. A camada de enlace de dados tem por finalidade transformar um canal bruto em um canal livre de erros de transmissão não detectados para a camada de rede. O transmissor divide as mensagens em quadros de transmissão, transmitindo-os sequencialmente. Se o serviço for confiável, o receptor envia quadros de confirmação de volta quando da recepção correta. Essa camada controla também o fluxo de transmissão. Existe uma sub-camada para controlar o acesso a um canal compartilhado. A camada de rede cuida da operação da sub-rede. Cabe a ela determinar como os pacotes são roteados da origem ao destino (rotas). As rotas podem ser estáticas, determinadas no início da conversação ou dinâmicas. O controle de congestionamento também cabe à camada de rede. É função também garantir que pacotes sejam entregues quando as redes forem incompatíveis. Nas redes de difusão o problema de roteamente é simples. A camada de transporte recebe os dados da camada superior, dividindo-os em unidades

8 menores e repassando à camada de rede. Ela deve assegurar que os fragmentos chegarão corretamente do outro lado. Deve isolar as camadas superiores das mudanças de hardware. Ela determina o tipo de serviço a ser fornecido ao usuário (com conexão ou não). É uma camada fim a fim, ou seja, conecta a origem ao destino. A camada de sessão permite a usuários de diferentes máquinas estabelecer sessões entre eles, realizado o controle de diálogo (vez de transmitir), gerenciamento de token (impedir que duas partes tentem executar a mesma operação crítica) e sincronização (para permitir a continuação de onde parou após uma falha). A camada de apresentação se preocupa com a sintaxe e a semântica das informações (representação de dados, estruturas de dados, codificação a ser utilizada, etc.). A camada de aplicação contém os protocolos necessários pelos usuários, como o HTTP, FTP, etc. Modelo TCP/IP Foi desenvolvida para a ARPANET e possui 4 camadas. A camada inter-redes premite que hosts injetem pacotes em qualquer rede e que estes cheguem ao destino. O protocolo utilizado aqui é o IP. Sua função é muito parecida com a camada de rede do OSI. A camada de transporte tem a mesma função da camada de transporte do OSI (garantir a comunicação fim a fim). Possui dois protocolos: o TCP (conexão confiável) e o UDP (sem conexão e não confiável). A camada de aplicação contém os protocolos de nível mais alto (HTTP, FTP, SMTP, etc.). A camada host/rede tem que tornar possível entregar pacotes IP através de algum protocolo.

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10 Arquitetura da Internet Redes orientadas a conexões X.25 e Frame Relay X.25 foi a primeira rede pública de dados (década de 1970). O computador fazia uma chamada telefônica para se conectar com o host remoto. Esta conexão recebia um número de conexão (permite várias conexões ao mesmo tempo). Os pacotes possuiam cabeçalho de 3 bytes e até 128 bytes de dados. No cabeçalho haviam 12 bits para o número de conexão, número de seqüência do pacote, número de confirmação e outros bits variados. Na década de 1980 foi substituída pelo Frame Relay, que é orientado à conexões sem controle de erros ou fluxo. Muito utilizada para interconexão de LANs. ATM É orientado à conexões, onde antes do envio dos dados é necessário o envio de um pacote para configuração do circuito virtual. A medida que o pedido de conexão vai percorrendo a

11 rede, os intermediários vão reservando recursos para a conexão. ATM admite circuitos virtuais permanentes. Os pacotes têm 53 bytes, 5 de cabeçalho e 48 de dados Cabeçalho Dados São organizados como WANs tradicionais, com linhas e roteadores, podendo variar entre 155 e 622 Mbps. 155 foi escolhida para transmissão de imagens de TV em alta definição e 622 para permitir 4 canais de 155. Possui 3 camadas. A camada física trata de questões como voltagem e sincronização dos bits. O ATM afirma que as células podem ser enviadas sozinhas por um fio de cobre ou fibra ótica ou ainda como carga útil de outros sistemas de operadoras. Foi projetado para ser independente do meio de transmissão. A camada ATM trata do layout e o significado dos campos das células; trata do início e término da conexão e também o controle de congestionamento. A camada AAL (ATM Adaptation Layer) é responsável por fornecer a interface entre a camada ATM e a aplicação (usuário), permitindo que dados maiores que as células sejam enviados. As camadas física e AAL possuem duas sub-camadas, a inferior executa o trabalho e a superior oferece a interface apropriada. O modelo ATM é tridimensional, fornecendo o plano do usuário, que trata do transporte dos dados, fluxo e correção de erros; e o plano de controle, que se relaciona com o gerenciamento de conexões.

12 Ethernet É a mais popular das LANs. Utiliza-se de cabos com até 2,5Km (repetidores a cada 500 metros). Um cabo com vários hosts conectados a ele é chamado de cabo multiponto. Antes de uma estação transmitir ela escuta o canal para verificar se está sendo utilizado. Se estiver aguarda novamente. Isso evita interferências nas transmissões já iniciadas. Para evitar colisões, um emissor escuta o canal enquanto transmite; se houver interferência avisa a todos, recua e aguarda um tempo aleatório e tenta de novo. A cada interferência o tempo aleatório é duplicado. O padrão Ethernet mais conhecido é o da IEEE. LANs sem fio (802.11) - WiFi Funciona de dois modos: 1. Na presença de estação base: a comunicação deve passar pela estação base, chamada de ponto de acesso (AP). 2. Na ausência de estação base: os computadores transmitem diretamente entre si. Chamado de interligação de rede ad hoc. A a usa faixa de freqüência mais larga que a (11 Mbps) e funciona a 54Mbps. A b utiliza a mesma faixa de freqüência que a mas com modulação diferente, que chega a 11 Mbps.

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