Fundamentos de Rede. Aula 01 - Introdução e Redes

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1 Fundamentos de Rede Aula 01 - Introdução e Redes

2 Contextualização Séculos XVIII e XIX - Revolução Industrial máquinas mecânicas, taylorismo, fábricas hierarquia, centralização da decisão, mainframes Séculos XX e XXI - Era do conhecimento (obtenção, processamento e distribuição) sistema telefônico redes de rádio e televisão satélites nascimento e maturação da indústria da computação redes de computadores e sistemas distribuídos CONVERGÊNCIA e DESCENTRALIZAÇÃO

3 Contextualização Ano Evento 1838 Introdução do telégrafo (Samuel Morse) 1876 Invenção do telefone (Alexander Graham Bell) 1897 Invenção do telégrafo sem-fio (Guglielmo Marconi) 1906 Invenção da válvula (Lee De Forest) 1938 Broadcasting da televisão Invenção do RADAR 1948 Invenção do transistor 1959 Invenção do circuito integrado 1962 Telstar, satélite de comunicação comercial, lançado 1968 Introdução da fibra ótica The Essence of Communications

4 Terminologia Teleprocessamento: processamento à distância (telecomunicações + processamento) Necessidade de se utilizar recursos e capacidades de um computador central em localidades distantes Termo oriundo da centralização do poder de processamento (mainframe) Hoje em dia, temos vários sistemas autônomos (com poder de processamento) interligados, formando uma Rede de Computadores Teleprocessamento = Comunicação de Dados para esta disciplina

5 Terminologia terminal terminal CPU terminal MATRIZ CPU centralizada terminal terminal CPU MATRIZ FILIAL CPU centralizada e terminais descentralizados (teleprocessamento) meio de transmissão

6 Evolução Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão? teoria da informação, amostragem, processamento de sinais, multiplexação, correção de erros, controle de fluxo... Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de uma rede de comunicação comutação de pacotes, teoria das filas... Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de redes interconectadas de comunicação? internetworking, sistemas distribuídos...

7 Evolução Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão? teoria da informação, amostragem, processamento de sinais, multiplexação, correção de erros, controle de fluxo... Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de uma rede de comunicação comutação de pacotes, teoria das filas... Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de redes interconectadas de comunicação? internetworking, sistemas distribuídos...

8 Nosso problema... Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão? A dispositivo meio de transmissão B dispositivo Engenharia de Comunicação Comunicação de Dados

9 Revisão Unidades Telecomunicações (vazão) 1Kbps = 1000 bps = 10 3 bps 1Mbps = bps = 10 6 bps 1Gbps = bps = 10 9 bps Informática (tamanho) 1KB = 1024 bytes = 8192 bits 1MB = bytes 1GB = bytes Tempo 1ms = 10-3 s 1 s = 10-6 s 1ns = 10-9 s Exercício: Calcule o tempo necessário para enviar um arquivo de 1,5MB em em enlace ótico de 50Gbps.

10 Modelo de Comunicação Fonte gera os dados a serem transmitidos Transmissor converte os dados em sinais transmissíveis Sistema de Transmissão transmite os dados Receptor converte os sinais recebidos em dados Destino recebe os dados

11 Modelo simplificado de comunicação Teleprocessamento

12 Tarefas de um sistema de comunicação Transmission system utilization Interfacing - conexão Signal generation Geração do sinal Synchronization - sincronismo Exchange management ger. da troca de dados Error detection and correction Detecção e correção de erros Flow control controle de fluxo Addressing - endereçamento Routing escolha de rotas Recovery recuperação da conexão Message formatting formato da mensagem Security Network management

13 Modelo simplificado de comunicação 1) envio de mensagem de correio eletrônico 2) sistema telefônico

14 Redes de Comunicação de Dados A comunicação ponto-a-ponto às vezes não é prática Dispositivos estão distantes Grande número de dispositivos pode necessitar de várias conexões A solução é uma rede de comunicação de dados Wide Area Network (WAN) Local Area Network (LAN)

15 Taxonomia para as redes Quanto à tecnologia de transmissão Redes broadcast Redes ponto-a-ponto Quanto a escala LANs MANs WANs Redes de redes (=Internetworking)

16 Redes broadcast Redes compostas por um meio físico compartilhado por todas as máquinas da rede Mensagens enviadas por uma máquinas são escutadas por todas as máquinas da rede campo de endereço para determinar o destinatário da mensagem Valores especiais para indicar que: mensagem é destinada a todas as máquinas da rede (broadcast) mensagem é destinada a um sub-conjunto de máquinas (multicast) Tendência ser utilizada em redes de pequena escala

17 Redes ponto-a-ponto Redes compostas por um conjunto de conexões entre vários pares de máquinas Para ir da fonte ao destino, um pacote deve passar por uma série de máquinas intermediárias Múltiplas rotas, de diferentes tamanhos, são possíveis algoritmo de roteamentos desempenham papel importante Tendência ser utilizada em redes de grande escala

18 Possíveis topologias (redes ponto-a-ponto) a) estrela b) anel c) árvore d) completa (fullmeshed) e) anéis c/ intersecção f) irregular

19 Quanto à escala

20 LANs - Local Area Networks Redes geograficamente limitadas (prédios ou campus) pertencendo normalmente a uma mesma organização (poucos km) Utilizadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho para o compartilhamento de informações e recursos Apresentam altas taxas de transmissão de dados, baixa taxa de erros e tendem a utilizar broadcast Exemplos Redes Ethernet (IEEE 802.3) Redes Token Ring (IEEE 802.5)

21 MANs - Metropolitan Area Networks Resultado de uma expansão de uma ou mais LANs em um local geograficamente próximo (cidade) Rede privada ou pública Pode suportar voz e dados rede de televisão a cabo pode ser considerada MAN Não contém elementos de comutação Exemplos: IEEE (DQDB - Distributed Queue Dual Bus) Redes ATM Metropolitanas

22 MANs - Metropolitan Area Networks Arquitetura de uma MAN baseada em DQDB

23 WANs - Wide Area Networks Redes que cobrem grandes áreas geográficas (estado, país, continente) Geralmente utiliza meios compartilhados (comuns) backbones, satélites, cabos óticos transoceânicos hosts (end-systems) comunicam-se através de uma sub-rede destinada somente ao tratamento dos aspectos da comunicação (ex: sistema telefônico) sub-rede = linhas de transmissão + equipamentos de comutação (ou roteadores) Exemplos: X.25, Frame Relay, MPLS, Renpac

24 WANs - Wide Area Networks Relação entre hosts e a sub-rede em uma WAN

25 WANs - Wide Area Networks Comutação de circuitos (circuit switching) Há o estabelecimento de uma sessão (=reserva de recursos) antes da transmissão dos dados A informação é comutada sempre pelo mesmo caminho dentro da rede Sem informação de endereçamento (a sessão já foi aberta entre os dois pontos) Multiplexação determinística - menor eficiência na alocação de recursos Ex: Sistema telefônico

26 WANs - Wide Area Networks Comutação de pacotes (packet switching) Sem estabelecimento de conexão a priori A informação é dividida em pacotes independentes e comutada em cada elemento interno Cada pacote pode trafegar por caminhos diferentes até chegar ao seu destino Cada pacote carrega informações de endereçamento Multiplexação estatística - maior eficiência na alocação de recursos Ex: Internet

27 Rede de redes (internetwork) Conjunto de redes interconectadas entre si redes diferem entre si em hardware e software necessitam de máquinas especiais para a interconexão de redes distintas (gateways) A Internet é um tipo de internetwork conjunto de redes privadas e públicas (LANs, MANs, WANs) interligadas umas às outras a interligação é realizada por um conjunto de programas padronizados de comunicação (protocolos) abrangência mundial (WAN das WANs)

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29 Padronização (standards) Os padrões são acordos documentados que contém especificações técnicas ou outros critérios precisos que são usados como regras, guias ou definições de características de modo a garantir que materiais, produtos, processos e serviços sirvam a seus propósitos. Vantagens melhoria da qualidade e confiabilidade possibilita a interoperabilidade e compatibilidade entre produtos e serviços simplificação melhora a usabilidade redução do número de modelos -> redução de custos aumento da eficiência de distribuição

30 Alguns organismos de padronização ISO (International Standards Organization) Modelo OSI, Modelo de Gerenciamento de redes IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Ethernet, Token Ring, Token Bus,... ATM Forum (Redes ATM) associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a promoção de redes ATM Frame Relay Forum (Redes Frame Relay) associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a promoção de redes Frame Relay

31 Alguns organismos de padronização ITU (International Telecommunication Union) (ex-ccitt) ITU-T é responsável pela padronização do sistema telefônico e de alguns aspectos da comunicação de dados em redes WAN TIA (Telecommunications Industry Association) produtos de comunicação para TI e Telecom EIA (Electronics Industries Alliance) desenvolvimento da indústria eletrônica

32 Alguns organismos de padronização Os padrões Internet estão definidos em documentos públicos chamados de RFC (Request for Comments). Um RFC não define necessariamente um padrão. Internet Society IETF (Internet Engineering Task Force) IAB (Internet Activities Board) IESG (Internet Steering Group)