Redes de Comunicações. Redes de Comunicações

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1 Capítulo 0 Introdução 1 Um pouco de história Século XVIII foi a época dos grandes sistemas mecânicos Revolução Industrial Século XIX foi a era das máquinas a vapor Século XX principais conquistas foram no campo da informação (instalação da telefonia à escala mundial, invenção da rádio e TV, nascimento e crescimento da indústria de computadores, lançamento de satélites, ) Século XXI - A indústria informática teve um progresso espectacular num curto período de tempo Deixou de haver um ou dois computadores (mainframes) por empresa/universidade Ficou ultrapassado o conceito de centro de computadores como uma sala onde os utilizadores levam os programas que querem correr Nascem as redes de computadores nas quais os trabalhos são realizados por uma série de computadores interligados (modelo de operação em rede/distribuído) 2 1

2 Rede de Computadores - Definição Conjunto de computadores autónomos interligados que podem trocar informação entre si [Tanenbaum] Não pertencem a esta definição sistemas do tipo master/slave, ou sistemas multipostos Rede de computadores Sistema distribuído neste, a existência de diversos computadores autónomos é transparente (o utilizador não tem conhecimento deles, para ele é como que se houvesse apenas um processador virtual) e o sistema operativo efectua automaticamente a atribuição de tarefas a CPUs em máquinas diferentes Numa rede de computadores, fazem o login explicitamente numa determinada máquina, submetem explicitamente as tarefas remotas e movimentam explicitamente os ficheiros 3 Vantagens de uma rede de computadores Partilha de recursos os programas, equipamentos e dados ficam ao alcance dos utilizadores vencendo a tirania da geografia Fiabilidade o sistema passa a ter fontes alternativas de fornecimento (redundância) Economia relação custo/desempenho de pequenos computadores é melhor que em mainframes (dezenas de vezes mais rápidos mas milhares de vezes mais caros) Modelo cliente-servidor Escalabilidade possibilidade de aumentar gradualmente o desempenho global do sistema graças à facilidade com que se podem adicionar novos (sub)sistemas (clientes e/ou servidores) Meio de comunicação - para funcionários que trabalham em locais muito distantes uns dos outros, fornecendo a possibilidade de duas ou mais pessoas escreverem juntas um relatório; videoconferência; acesso a bases de dados remotas; lazer; etc. 4 2

3 Sistema de comunicação - Modelo simplificado Fonte gera a informação (dados) a transmitir Emissor converte os dados em sinais adequados ao sistema de transmissão Sistema de transmissão transporta os dados sob a forma de sinais Receptor converte os sinais em dados Destino consome os dados 5 Exemplo do envio de um m mensagem de correio electrónico a enviar g(t) sinal digital correspondente a m, entregue ao modem através de bus e/ou cabo s(t) sinal analógico, correspondente a g(t), entregue pelo modem ao meio de transmissão r(t) - sinal analógico, recebido no modem de destino tipicamente diferente de s(t) devido à introdução de ruído pelo canal de transmissão g (t) sinal digital, correspondente a r(t), entregue pelo modem ao sistema de destino m mensagem de correio electrónico recebida 6 3

4 Sistema de comunicação - Tarefas a desempenhar Utilização do sistema de transmissão necessidade de fazer uma utilização eficiente recorrendo a técnicas de multiplexagem e de controlo de congestão Interface com o sistema de transmissão e geração de sinais a transmitir para realizar a comunicação Sincronização/temporização entre o emissor e receptor Gestão da comunicação cooperação entre as partes envolvidas (ex. conversação telefónica) Detecção e correcção de erros em circunstâncias em que não podem existir erros (ex. transferência de ficheiros) Controlo de fluxo para que o emissor não inunde o receptor Endereçamento e encaminhamento quando um meio de transmissão é partilhado por mais que dois sistemas Recuperação de anomalias - quando uma troca de informação é interrompida é desejável que o sistema recupere o estado em que a transacção foi interrompida Formatação de mensagens a serem trocadas entre as partes (previamente acordada) Segurança da troca de forma a proteger a integridade dos dados Gestão da rede para configurar o sistema, monitorizar o seu estado, reagir a falhas e sobrecargas, etc. 7 Interligação A ligação directa entre pares de computadores não é prática nem viável quando: Número de computadores muito elevado O número de ligações cresce exponencialmente com o número de computadores Computadores geograficamente afastados e dispersos Custo elevado de comunicações Requisitos de conectividade desconhecidos com antecedência Conectividade não deve ser restringida à partida Padrão de tráfego irregular e com débito variável (bursty), típico do tráfego de dados entre computadores o que levanta problemas de: Eficiência na utilização da capacidade instalada (não partilhada) Dimensionamento da capacidade das ligações (custo vs. desempenho) Solução: os computadores devem comunicar através de uma rede constituída por elementos (nós) de comutação interligados Possíveis topologias de interligação: malha, estrela, árvore, barramento, anel 8 4

5 Modelo de uma Rede A abstracção de uma nuvem 9 Modelo de uma Rede (2) 10 5

6 Tipos de redes 11 Redes de comunicações - Evolução 12 6

7 Redes locais de computadores (LAN) Área geográfica pequena (limitada) Âmbito de um edifício ou Campus Normalmente, é a mesma organização a proprietária da rede, dos equipamentos e da sua gestão e controlo Débito binário elevado Ligação permanente aos serviços locais Funcionavam normalmente em modo broadcast Presentemente estão a funcionar em modo comutado, tipo switch e ATM Tecnologias: Ethernet Token Ring FDDI 13 Redes alargadas de computadores (WAN) Área Geográfica Grande Normalmente através de circuitos de operadores públicos Velocidades lentas Redes normalmente comutadas, com tecnologias de comutação alternativas Tecnologias: DSL Frame Relay RDIS ATM 14 7

8 Largura de banda e débito Largura de banda - A largura do meio de transmissão Débito - quantidade de informação que pode passar por um meio num determinado espaço de tempo - bps (bits por segundo) 15 Largura de banda - Importância Finita (limitações físicas e tecnológicas) Acarreta custos Fundamental no planeamento e na análise do desempenho de uma rede A sua procura aumenta constantemente 16 8

9 Factores que influenciam o débito Dispositivos de interligação de redes Tipo de dados a ser transferido Topologia das redes Número de utilizadores Computador do utilizador Computador servidor 17 Evolução 18 9

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