REDES DE COMPUTADORES Introdução Alexandre Augusto Giron
ROTEIRO Redes de computadores Histórico Classificação (quanto à distância) Estrutura Arquiteturas de Rede Pilha de Protocolos TCP/IP Meios de Transmissão Topologias de rede Tipos de Atrasos Resumo
Rede de Computadores É um conjunto de módulos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação (meios de transmissão e protocolos) Internet: Rede que conecta milhares de dispositivos computacionais ao redor do mundo (Kurose) Internet: Rede de redes (Tanenbaum)
Redes pelo mundo
Redes pelo mundo Meio de vida garantido pelos serviços de rede?
Redes pelo mundo Redes presentes em várias situações
Redes pelo mundo Redes presentes em várias situações
Redes pelo mundo Redes como apoio ao aprendizado
Redes pelo mundo Redes como apoio ao trabalho
Redes Sob Ameaça Popularização da internet Ameaças começaram a surgir Vilões podem colocar malwares no seu computador através da Internet Vilões podem atacar a infraestrutura de redes Vilões podem analisar pacotes Vilões podem se passar por outra pessoa Vilões podem alterar ou excluir mensagem (man-in-themiddle) Área de segurança de redes estuda como se defender dessas ameaças
Histórico História das redes intimamente ligada com a Guerra Fria Surgiram da necessidade de compartilhamento de informações Início da década de 60: redes por comutação de pacotes Nos EUA, através da ARPA (Department of Defense s Advanced Reserch Projects Agency) começa o desenvolvimento de uma rede experimental de computadores - ARPANET
Histórico A ARPANET foi apresentada oficialmente em 1972 Considerada a primeira rede de computadores, o projeto foi liderado por Lawrence Roberts (MIT) Possuía 15 nós interligados É considerada como a precursora da Internet
Histórico O primeiro experimento da ARPANET contava com 4 nós
Histórico Em 1972, o primeiro programa de email foi desenvolvido para a ARPANET (Ray Tomlinson, empresa BBN - Bolt Beranek and Newman) A rede usava o protocolo NCP (Networkcontrol protocol)
Histórico Meados de 1980: Proliferação de redes pelo mundo DECNET, VNET, BITNET, HEPNET, JANET, JUNET, EARN, NETNORTH Em 1983 adotou-se o TCP/IP como novo padrão de protocolos ARPANET migrou do NCP (Network Control Protocol) para o TCP/IP
Histórico 1994: Nascimento da World Wide Web Tim Berners-Lee e Marc Andressen são os dois nomes mais associados Marc liderou o desenvolvimento do primeiro browser: Mosaic em 1993 (precursor do Netscape) Juntamente com Jim Clark, fundaram a empresa Netscape Communications Corporation em 1994 Internet Discada (Dial-up) era o meio mais utilizado para acesso a Internet
Histórico Dial-Up: Conversão de dados digitaisanalógicos
Histórico Outras tecnologias de acesso foram desenvolvidas: DSL (Digital Subscriber Line - 1989), VDSL: DSL de alta velocidade (2004), Cabo (infraestrutura de redes de cabo coaxial)... A WEB serviu como plataforma para dezenas de novas aplicações
Histórico: Internet no Brasil Afirma-se que a Internet chegou em 1988 ao Brasil Iniciativa da FAPESP, UFRJ e LNCC (Laboratório Nacional de Computação Científica) 1989: RNP (Rede Nacional de Pesquisas) foi criada como uma instituição para coordenar o serviço de acesso a Internet Exploração comercial da Internet: A partir de 1994 pela Embratel
Utilização da Internet no Brasil Estimativa de 83 milhões de usuários (2012) equivalente a 46,5% da população (com 10 ou mais anos de idade)
Utilização da Internet no Brasil Quantidade de Domínios registrados (registro.br) T: 3.314.115
Classificação (quanto à distância) Redes Pessoais (PANs: Personal Area Networks) Bluetooth Redes locais (LANs: Local Area Networks) Distâncias curtas, rede de um prédio por exemplo 10 a 100 Mbps Redes metropolitanas (MANs: Metropolitan Area Networks) Grandes distâncias, interligam várias LANs Redes de longa distância (WANs: Wide Area Networks) Distâncias muito grandes (superiores às MANs) Conecta LANs ou MANs
Estrutura Borda ou Periferia Sistemas Finais (Hospedeiros) Em algumas situações, os Sistemas Finais são subdivididos em Clientes e Servidores Núcleo da Rede Malha de Roteadores
Estrutura
Estrutura da Internet Organizada em ISP s (Internet Service Provider) ISP nível 1 Conectam-se diretamente a cada um dos outros ISP s de nível 1 Possuem cobertura Internacional Conectam-se com ISP s nível 2 Conhecidos como redes de backbone da Internet ISP nível 2 Alcance regional ou nacional Conecta-se a alguns poucos ISP s nível 1 ISP nível 3 ISP s de acesso Locais
Estrutura da Internet
Estrutura da Internet Resumindo: usuários e provedores de conteúdo são clientes de ISP s de níveis mais baixos ISP s de níveis baixos são clientes de ISP s de níveis mais altos
Estrutura da Internet
Arquitetura em Camadas Projeto de redes como um conjunto hierárquico de camadas Princípio Dividir para conquistar Separação do contexto, facilidade de modificação e validação Cada nível utiliza os serviços da camada imediatamente inferior para oferecer os seus serviços Modelo OSI e TCP/IP (Internet)
Entendendo a arquitetura em camadas As ações de uma viagem de avião
Entendendo a arquitetura em camadas Note que cada camada: Oferece o serviço Utiliza os serviços da camada inferior
Pilha de protocolos Protocolo: um protocolo define o formato e ordem de mensagens trocadas, bem como as ações realizadas durante uma transmissão ou evento.
Pilha de Protocolos Modelo TCP/IP Modelo OSI (5 camadas) (7 camadas)
Pilha de Protocolos (Mapeamento) Modelo TCP/IP Modelo OSI
TCP/IP Cada protocolo pertence a uma das camadas Lógica se reside nos serviços que cada camada oferece à camada acima dela Uma camada de protocolo pode ser implementada: Em hardware; - Em software; Ou em uma combinação dos dois Um protocolo é distribuído entre os sistemas finais e outros componentes da rede
TCP/IP: Camadas Camada de Aplicação Camada de Transporte Camada de Rede Camada de Enlace de dados Camada Física
Camada de Aplicação É onde residem as aplicações de rede e seus protocolos HTTP requisição e transferência de documentos pela Web SMTP transferência de mensagens e correio eletrônico FTP fornece a transferência de arquivos entre dois sistemas finais DNS (Domain Name System) responsável pela tradução de nomes de domínio para endereços de rede (IP - Internet Protocol)
Camada de Transporte Recebe as mensagens da camada de aplicação e as transporta entre os lados cliente e o servidor (de uma aplicação) Dois protocolos comuns: TCP e UDP TCP fornece serviços orientados à conexão Controle de fluxo, controle de congestionamento, conexão em 3 vias, fragmentação UDP fornece serviços não orientados à conexão Mais simples Sem controle de congestionamento e de fluxo
Camada de Rede Responsável pela movimentação, de uma máquina para a outra, de pacotes (datagramas) Recebe o segmento da camada de transporte e os entrega a um endereço de destino Protocolo IP: formato do datagrama Protocolos de roteamento: determinam as rotas para os datagramas
Camada de Enlace Em cada nó (sistema final ou um comutador de pacotes), a camada de enlace recebe o datagrama da camada de rede e o envia ao nó seguinte Serviços dependem dos protocolos específico do enlace Ethernet Wifi PPP Pacotes na camada de enlace são denominados quadros
Camada Física Responsável por enviar os bits que compõem um quadro da camada de enlace Os serviços da camada física dependem do protocolo da camada de enlace e do meio de transmissão: Cabos de par trançado Coaxial Fibra óptica
Percurso de uma mensagem
Meios de Transmissão Meios guiados Transmissão via meio sólido (cabo) Meios não guiados Wireless
Meios de Transmissão Cabos de par trançado Fios de cobre trançados para minimizar interferência Dois tipos: com blindagem e sem blindagem (UTP)
Meios de Transmissão Cabo coaxial Fio de cobre rígido que forma o núcleo Revestido por um material isolante e em seguida revestido por um material condutor em forma de malha, protegido por uma capa protetora
Meios de Transmissão Fibra óptica Princípio da reflexão total de luz propagada através do cabo Não sofrem interferências eletromagnéticas
Topologias Definem a estrutura da rede: como os seus elementos são ligados Barramento Anel Estrela Em árvore Híbrida (ou mista)
Topologia em Barra Muito utilizada durante os anos 80 Topologia de rede multiponto onde todos os dispositivos são conectados a um barramento
Topologia em Anel Topologia ponto-a-ponto onde os dispositivos são conectados entre si formando um círculo fechado É utilizada pelas redes Token Ring
Topologia em Estrela Os dispositivos da rede são conectados a um concentrador (Hub ou switch) Mais utilizada quando o n de computadores é pequeno
Topologia em árvore (ou em níveis) Bastante comum em redes corporativas Rede formada por estrelas ligadas entre si
Topologia Mista Combinação de uma ou mais topologias de rede
Taxonomia da Rede
Comparativo entre os tipos de comutação
Tipos de Atrasos Comutação de pacotes
Tipos de Atrasos Pacotes enviados pela rede sofrem atrasos durante a transmissão Tipos: Atraso de processamento nodal Atraso de transmissão Atraso de propagação Atraso de fila Total em um nó: atraso nodal total Total: atraso fim a fim
Tipos de Atrasos Análise no Roteador A
Atraso de Processamento Tempo necessário para examinar o cabeçalho do pacote E determinar para onde direcioná-lo Tempo de verificação de erros também pode ser incluído Em roteadores de alta velocidade, normalmente o atraso é da ordem de microssegundos
Atraso de Transmissão Quantidade de tempo requerida para empurrar todos os bits do pacote até o enlace (link) Considere Tamanho do pacote a ser transmitido: L bits Velocidade de transmissão do enlace (link) AB: R bits/s Atraso determinado por: L/R
Atraso de Propagação Tempo que um bit leva desde o início do enlace até o roteador Depende da velocidade do meio físico Fibra ótica, par trançado... Considere d: distância entre os roteadores A e B s: velocidade de propagação do enlace Atraso de propagação: d/s Considerando redes WAN, esse atraso é da ordem de milissegundos
Comparação entre os atrasos de propagação e transmissão Qual a diferença? A trans : quantidade de tempo requerida para o roteador empurrar o pacote para o link: sem relação com a distância entre os roteadores A prop : tempo de um bit para percorrer a distância entre dois roteadores
Analogia Trechos entre os pedágios: enlaces Cada carro é um bit, caravana: pacote Carros se propagam a 100 km/h Cada posto libera um carro a cada 12 s Suponha que o primeiro carro chegar ao pedágio aguarda o último formando uma fila Ilustração retirada de slides prof André Luiz Brun
Analogia Trechos entre os pedágios: enlaces Quanto tempo necessário para a caravana no pedágio passar por ele? 12*10 = 120 segundos = 2 minutos Esse é o tempo de transmissão!
Analogia Qual o tempo necessário para um carro propagar entre um posto e outro? 100 km / 100 km/h = 1 hora Esse é o tempo de propagação!
Atraso de Fila Enquanto espera para ser transmitido, o pacote sofre o atraso de fila Depende da quantidade de pacotes na fila Se a fila estiver vazia: atraso de fila = 0! Mas se não houver espaço para o pacote no buffer do roteador, o pacote será descartado! Podem ser da ordem de micro a milissegundos
Atraso nodal total Somatório dos atrasos: D nodal = d proc + d fila + d trans + d prop
Atraso Fim a Fim (homogêneo) Atraso da origem (emissor) até o destino (receptor) Considere que entre os sistemas finais existam N-1 roteadores Atraso fim a fim: D faf = N (d proc + d trans + d prop ) (desconsiderando atrasos de fila)
Atrasos na Prática Além de todos esses atrasos, existem outros! Modems discados possuem atraso de modulação/codificação Atraso de empacotamento VoIP... Traceroute: medidas de atraso, rotas percorridas Calcula o tempo de ida e volta de um pacote
RESUMO Redes são complexas e bastante utilizadas Podem ser classificadas quanto à distância (PANs, LANs, MANs e WANs) Sistemas finais ocupam a periferia da rede, e a malha de roteadores o núcleo ISPs são organizados hierarquicamente (nível 1 mais alto) TCP/IP: arquitetura dividida em 5 camadas de protocolos
RESUMO Protocolo: um protocolo define o formato e ordem de mensagens trocadas Topologia de uma rede descreve a forma de ligação dos dispositivos da rede Tipos de atrasos nodais: Atraso de processamento nodal Atraso de transmissão Atraso de propagação Atraso de fila Total de um nó: atraso nodal total
Para casa Leitura do cap. 1 (Livro do Kurose) Lista de Exercícios (Introdução)
Bibliografia 1. Kurose, James F.; Ross, Keith W. Redes de Computadores e a Internet (preferencialmente a 5ª Edição). São Paulo, SP: Pearson Addison Wesley, 2010. 2. Tanenbaum, Andrew S. Redes de computadores (3ª edição) Rio de Janeiro, RJ : Campus, 1997.