Instituto Federal de Minas Gerais Campus Formiga Tópico: Redes de Computadores Introdução à Computação Prof. Diego Mello (diego.silva@ifmg.edu.br)
Redes de Computadores Uma rede de computadores é um grupo de computadoresque usam um protocolo comum para trocar informações e compartilhar recursos. Recursos Impressão Pacotes de Software Armazenamento de dados Protocolo Regrase formatode mensagens trocadas na rede
Redes de Computadores Computadores?!? Estações de trabalho, Servidores, PDAs, Smartphones, celulares, Tablets Aparelhos de TV Sensores, Rastreadores, Webcams Equipamentos industriais (PLCs, etc) Hospedeiros (Hosts) ou Sistemas Finais Automóveis e outros
Classificação quanto ao tamanho LAN (Local AreaNetwork): uma pequena rede que conecta computadores na mesma sala, andar, edifício ou complexo de edifícios. Casa, escritório, etc. WAN (WideAreaNetwork): redes que cobrem uma grande distância geográfica Estados, países, continentes, etc MAN (MetropolitanAreaNetwork): Dimensões entre uma LAN e uma WAN. Fornecem conectividade para as LANs em uma região metropolitana, e as conectam com redes maiores. Cidades, departamentos de um campus
Classificação quanto à topologia Fonte: Adaptado de [3] Máquinas conectadas em uma linha de comunicação comum, o barramento. Popularizou-se na década de 90 (advento da Ethernet) Computador central serve aos demais (década de 70) Popular em redes sem fio Access Pointé o ponto focal AP coordena a comunicação
Protocolo É uma descrição formal do formato das mensagens e regras que as máquinas na rede usam para trocar mensagens. É por meio de protocolos que diferentes dispositivos conseguem comunicar entre sí, independenteda tecnologia ou plataforma. IETF (Internet EngineeringTaskForce) define os padrões de protocolo através de RFCs(Request for Comments) RFC 793: TCP, RFC 2616: HTTP, RFC 791: IP,... IEEE 802 LAN/MAN Standards Committe Ethernet, WiFiSem Fio,...
Protocolo Fonte: Adaptado de [1]
Conectividade Sistemas finais são conectados entre sí por enlances (links) e comutadores de pacotes. Enlaces comuns: Cabos coaxiais Par de fios de cobre trançados Fibras ópticas Ondas de rádio Diferentes tipos de enlace Diferentes taxas de transmissão Comutadores Switches (periferia e núcleo da rede) Roteadores (núcleo da rede)
Switches Dispositivo que permite interconectar muitos barramentos, criando uma única rede com os mesmos protocolos. Minimiza o tráfego: replica msg. apenas aos que interessam. Switch conectando múltiplos barramentos. Fonte: Adaptado de [3]
Roteadores Computadores de propósito especial usados para passar mensagens adiante e rotear pacotes. Faz o enlace entre redes com características diferentes. Roteadores conectando 2 redes Wifi e 1 Ethernet. Fonte: Adaptador de [3]
Internet Surgiu de projetos de pesquisa nos primórdios de 1960 (Projeto ARPANET) Habilidade de conectar uma variedades de rede de computadores tal que eles funcionassem como sistemas conectados que não fossem interrompidos por desastres locais. Fonte: The Computer History Museum
Internet Hoje: rede mundial que conecta milhões de dispositivos ao redor do mundo Combinação de LANs, WANse MANs Estimativa 2008: Cerca de 600 milhões de sistemas finais conectados (Fonte: [1]).
Arquitetura da Internet Provedores de Serviço da Internet (ISP) Rede de comutadores de pacotes + enlaces ISP Residenciais TV a cabo Telefonia ISP Corporativos ISP de Universidades ISP para acesso sem fio em aeroportos, cafés, locais públicos
Arquitetura da Internet ISPs provêem aos sistemas finais acesso à internet Modem discado 56 Kbps Banda larga coaxial ou DSL (linha digital de assinante) LAN de alta velocidade Acesso sem fio ISPs fornecem acesso a provedores de conteúdo Sites WEB conectados na Internet ISPsse conectam entre sípara prover conexão aos sistemas finais
Arquitetura da Internet ISPsde nível mais baixo se conectam em ISPsde nível mais alto (nacionais e internacionais) Cada ISP é gerenciado de forma independente Protocolo IP (Internet Protocol) Convenção de nomes e endereços Sistemas finais, comutadores e outros dispositivos executam protocolos para controlar o envio e recepção de mensagens IP (Internet Protocol) TCP (Transmission Control Protocol) HTTP (Hypertext Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
Composição da Internet WANsInternacionais de alta-capacidade e velocidade. AT&T, Telefonica, France Telecom,... ISPsRegionais. Núcleo da internet. UOL, UAI, AOL, Cabo, etc... Fonte: Adaptado de [3]
Componentes da Internet Torre telefonia móvel comutadores servidores Sistema final modem Estação-base Fonte: Adaptado de [1]
Protocolos da Internet HTTP, SMTP, Telnet,... TCP, UDP,... IP, ICMP,... Ethernet, 802.11, PPP,... Fonte: Adaptado de [3]
Camada de Aplicação API (Application Program Interface) Sockets: aplic-> transp Acesso a pilha de protocolos Arquiteturas Cliente-Servidor Ponto a Ponto Fonte: Adaptado de [1]
Comunicação Interprocessos Servidor de Impressão Cliente que enviam um pedido de impressão Pontos provêem e recebem serviços uns dos outros Fonte: Adaptado de [3]
Camada de Transporte Comunicação Fim-a-Fimentre processos Implementado nos sistemas finais (periferia da rede) (UDP/TCP) Mux/Demux Portas (UDP/TCP) Integridade Verificação de erros Fonte: Adaptado de [1] (TCP) Transferência confiável Controle de fluxo Números seqüência Reconhecimentos Timers (TCP) Contr. Congestionamento
Periferia da Rede TCP: Orientado a Conexão Apresentação Mútua Transporte confiável Controle de fluxo Controle de congestionamento Byte stream UDP: Não Orientado para Conexão Sem apresentação Sem controle de fluxo Sem controle de congestionamento Fonte: Adaptado de [1]
Camada de Rede Comunicação host a host Núcleo da rede Repasse de mensagens Transferência de dados do enlace de entrada para o enlace de saída Roteamentode mensagens Transferência de dados de rede em rede Mensagens passam por diversas redes (ISP a ISP) até atingir o destino Fonte: Adaptado de [1]
Núcleo da Rede Comutação de Circuitos Recursos reservados durante a seção Buffers Taxa de transmissão/enlace Ex: Telefonia Comutação de Pacotes Recursos usados sob demanda Fila Ex: Internet Fonte: Adaptado de [1]
Comutação por Circuitos Cada enlace, n circuitos n conexões simultâneas Reserva de banda durante a conexão Taxa garantida: 1/n Conexão Fim a Fim Dedicada Multiplexação Por Tempo (TDM) Por Frequência(FDM) Fonte: Adaptado de [1] Desperdício de recurso
Comutação por pacotes Armazena-e-reenvia Armazena antes de retransmitir Atraso de armazen./enlace Uma fila de saída/enlace Atrasos de fila no buffer Congestionamento Fonte: Adaptado de [1] Espaço finito no buffer Perda de pacotes Atrasos fim-a-fim variáveis Melhor compartilhamento de banda
Roteamento Fonte: Adaptado de [1]
Camada de Enlace Adaptador de Rede Enviar a receber streaming de bits no meio físico Serviços Enquadramento Acesso ao meio (MAC) Entrega confiável Controle de fluxo Detecção de erros Correção de erros Half-Duplex/Full-Duplex Fonte: Adaptado de [1]
Protocolos da Internet Dois sistemas finais de uma LAN usando FTP. Fonte: Adaptado de [4]
Protocolos da Internet Duas redes conectadas por um roteadores. Fonte: Adaptado de [4]
Encapsulamento Encapsulamento na pilha de protocolo. Fonte: Adaptado de [4]
Pilha de Protocolos Alguns dos inúmeros protocolos da Internet. Fonte: Adaptado de [4]
A Internet e Serviços Internet pode ser vista como uma infraestruturaque provê serviços à aplicações distribuídas Correio eletrônico Navegação na WEB Mensagens Instantâneas Voz sobre IP Compartilhamento de arquivos P2P Acesso Remoto Streaming de vídeo Aplicações da Internet são, em geral, executadas em sistemas finais Aplicações distribuídas: cliente e servidor interagem enviando mensagens pela rede Roteadores, enlaces e outros funcionam como `caixa-preta, transferindo mensagens entre os componentes distribuídos.
Aplicações: Correio Eletrônico SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) Envia nova mensagem do remetente para o destinatário POP3 (Post Office Protocol 3) Baixa as mensagens localmente para o computador para que possa ser armazenada, lida e editada IMAP (Internet Mail Access Protocol) Permite manipular e editar mensagens local e no servidor Fonte: Adaptado de [1]
Aplicação: Transferência de Arquivo FTP (File TransferProtocol): protocolo que permite a transferência de arquivos na internet Aplicação cliente conecta-se no servidor, mediante autenticação Uploade Downloadde arquivos entre os dois sistemas finais Fonte: Adaptado de [1]
Aplicação: Telnete SecureShell Um dos primeiros usos da internet foi permitir que seus usuários se conectassem remotamente em computadores localizados à grandes distâncias Telnet Conecta-se a um servidor telnetremoto e faz loginno sistema operacional. Uma vez logado, tem acesso às aplicações do computador remoto. Secure Shell (SSH) Idem ao Telnet, porém possui autenticação e encriptação durante a transferência de dados.
Aplicação: World WideWeb (WWW) Web: Teia global que permite acessar hipertextosatravés de aplicativos denominados de navegadores Sistema de documentos em hipermídiainterligados e executados na internet HTTP (HyperTextTransferProtocol): Especifica como o navegador e o servidor Web se comunicam para baixar o conteúdo Fonte: Adaptado de [1]
Aplicação: Outros Exemplos VPN (Virtual Private Network) Conectam usuários individuais a redes remotas `Tunelam as informações criptografadas para acesso remoto à uma rede privada SNMP (Simple Network Management Protocol) Encontrar e resolver problemas em dispositivos de rede GET, SET, TRAP
Ementa: Redes de Computadores no IFMG Formiga Arquitetura da Internet Modelo de Referência TCP/IP e seus Protocolos Protocolos de Aplicação, Transporte e Rede Programação em sockets Protocolo de Acesso Múltiplo Tecnologias Ethernet e Rede sem Fio Visão Geral sobre Telefonia IP
Pesquisa em Redes Gerenciamento e Segurança em Redes (UFRGS) Engenharia de Transmissão de Informações (UFRGS) Qualidade de Serviço (UFRGS) Aplicações Avançadas em Redes (Voip, P2P)(UFRGS) Avaliação de Desempenho (UFRGS) Algoritmos e Métricas de Roteamento(UFF) Mobilidade, Escalabilidadee Conservação de Energia em Redes Malha Sem Fio (UFF) Redes Multimídia (UFF)
Pesquisa em Redes Roteamento e Infraestrutura(UFLA) Computação Móvel (UFMG) Engenharia de Tráfego e Qualidade de Serviço (UFMG) Redes de Sensores sem Fio (UFMG) Gerenciamento de Redes de Computadores e Telecom (UFMG)
Referências [1] Kurose, J. Ross, K. Redes de Computadores e a Internet Uma abordagem Top-Down. 3ª. Edição. Pearson Addison-Wesley. ISBN: 978-85-88639-18-8. [2] Reynolds, C, Tymann, P. Principles of Computer Science. Schaum soutlineseries. McGrallHill. ISBN: 0071460519. [3] Brookshear, J. G. ComputerScience AnOverview. Addison Wesley. ISBN: 0-13-256903-5 [4] Stevens, W. R., TCP/IP Illustrated Volume 1: The Protocols. Addison Wesley. ISBN: 0201633469
Referências [4] PPGCC UFRGS. Disponível em: http://ppgc.inf.ufrgs.br/index.php?option=com_cont ent&view=category&layout=blog&id=53&itemid=89. Acessado em Set/2012. [5] PosGraduação UFF. Disponível em: http://www.ic.uff.br/posgraduacao/redes_de_comp _e_sist_dist_e_paralelos.php. Acessado em Set/2012 [6] PRPG UFLA. Disponível em: http://www.prpg.ufla.br/ppg/computacao/index.php?id=8. Acessado em Set/2012
Referências [7] Grupo de Redes e Telecom UFMG. Disponível em: http://www.dcc.ufmg.br/pos/pesquisa/gruposdet.ph p?numaut=11. Acessado em Set/2012.