INF-207 Sistemas Computacionais para Processamento Multimídia Redes de Computadores Visão Geral 2 Q-20102010 Prof. Roberto Jacobe (roberto.jacobe@gmail.com) Prof. Marcelo Z. do Nascimento (marcelo.ufabc@gmail.com) 1
Uso de Redes de Computadores Hardware de Rede Tecnologia de transmissão Escala (Distância) Software de Rede Protocolo Camadas Serviços: Orientado a Conexão / sem Conexão Modelos de Referência: OSI TCP/IP Tecnologias de Multiplexação Ethernet Roteiro 2
Introdução Redes de computadores: Redes de computadores: grupo de sistemas com propósito de compartilhar informações. 3
Hardware de Rede Não existe nenhuma taxonomia de aceitação geral no qual todas as redes de computadores possam ser classificados, no entanto: A tecnologia de transmissão e a escala; Há 2 tipos de tecnologia de transmissão: Links de difusão; Links ponto a ponto; A escala está relacionada ao tamanho físico: A distância é importante como uma métrica 4
Redes de Difusão Têm apenas um canal de comunicação, compartilhado por todas as máquinas da rede; Mensagens curtas, chamadas de pacotes, enviadas por qualquer máquina são recebidas por todas; O campo de endereço dentro do pacote específica o destinatário A máquina verifica o campo de endereço: Será processado, se o pacote se destinar a está máquina; Analogia: Uma pessoa gritando no final do corredor de uma série de salas 5
Redes de Difusão Oferece a possibilidade de endereçamento de um pacote a todos os destinos: Utilizando um código especial no campo de endereço; Todas as máquinas processam esse pacote; Operação de difusão (broadcasting). Pode ser transmitido para um subconjunto de máquinas: Multidifusão (multicasting); Reserva um bit para indicar a multidifusão; Pacote deverá ser entregue a um determinado grupo. 6
Redes Ponto a Ponto Consiste em muitas conexões entre pares de máquinas individuais; Para ir da origem ao destino, pode visitar primeiro uma ou mais máquinas intermediárias; Pode haver várias rotas com diferentes tamanhos; Redes maiores geograficamente em geral são redes ponto a ponto; Também chamada de unicasting. 7
Redes Locais (LANs) Escala de Redes (distância) Redes privadas contidas num espaço com até alguns quilômetros de extensão; As LANs tem 3 características que distinguem das outras: Tamanho: tamanho restrito, o pior tempo de transmissão é limitado e conhecido com antecedência; Tecnologia: quase sempre consiste em cabo, ao qual as máquinas estão conectadas; Velocidades de 1Gbps, baixo retardo, e contém poucos erros 8
Escala de Redes (distância) Topologias: as LANs de difusão admitem diversas topologias: Barramento: No máximo uma máquina desempenha a função de mestre e pode realizar a transmissão; Mecanismo arbitragem para resolver conflitos quando 2 ou mais máquinas quiserem fazer uma transmissão simultânea; Exemplo IEEE 802.3 padrão Ethernet 9
Padrão Ethernet Escala de Redes (distância) Rede de difusão de barramento com controle descentralizado; Se 2 ou mais pacotes colidirem cada computador aguardará um tempo aleatório e fará nova tentativa; Anel Cada bit se propaga de modo independente; Cada bit percorre todo o anel no intervalo de tempo em que alguns bits são enviados; IEEE 802.5 (token ring da IBM) operando em 16 Mbps. 10
Redes Locais (LANs) Escala de Redes (distância) Barramento Anel 11
(LANs) - Difusão Escala de Redes (distância) Difusão: dependendo do modo como o canal é alocado, podem ser divididas: Alocação estática: o tempo é dividido em intervalos discretos e será utilizado um algoritmo de rodízio, permitindo que uma máquina transmita apenas num intervalo de tempo; Alocação dinâmica: pode ser centralizada, onde uma unidade de arbitragem do barramento define quem transmitirá, ou descentralizada, não existe unidade central. 12
Redes metropolitana (MANs) Rede de televisão a cabo; Escala de Redes (distância) Acesso à Internet de alta velocidade sem fio IEEE 802.16 13
Escala de Redes (distância) Redes geograficamente distribuídas (WANs) Abrange uma grande área geográfica, Contém um conjunto de máquinas cuja finalidade é executar os programas do usuário; Hosts estão conectados por uma sub-rede de comuniçação; Sub-rede pertence a uma empresa de telefonia ou provedor Na maioria das redes, a sub-rede consistem em 2 componentes: linhas de transmissão e elementos de comutação 14
Escala de Redes (distância) Redes geograficamente distribuídas (WANs) Linhas de transmissão transportam os bits entre as máquinas; Fios de cobre, fibra óptica, enlaces de rádio; Elementos de comutação: são equipamentos responsáveis por conectar 3 ou mais linhas de transmissão (roteadores); 15
Escala de Redes (distância) Redes geograficamente distribuídas (WANs) 16
Escala de Redes (distância) Redes geograficamente distribuídas (WANs) A sub-rede pode ser organizada por meio de comutação de pacotes; Divide a mensagem em pacotes, cada um contendo seu número de seqüencial; São injetados na rede um de cada vez; São transportados individualmente pela rede e depositados no host receptor, onde são montados para formar a mensagem original. 17
Escala de Redes (distância) Redes geograficamente distribuídas (WANs) 18
Pessoas distintas precisam comunicar entre si. Inter-redes Estabelecer conexões entre redes quase sempre incompatíveis, por isso, uma máquina deve ser usado: máquinas Gateway; 19
Software de Rede A maioria das redes é organizada como uma pilha de camadas ou níveis: Objetivo é oferecer determinados serviços a camada superiores, isolando essas camadas dos detalhes de implementação; Cada camada trabalha como uma especie de máquina virtual; As regras e convenções usadas são conhecidas como protocolo da camada n. Protocolo é um acordo entre as partes que se comunicam; 20
Software de Rede 21
Software de Rede Não são transferidos diretamente da camada n de uma máquina para camada n de outra máquina (dados); Dados são fornecidos para camada abaixo Entre cada camada adjacente há uma interface Define as operações e serviços Arquitetura de rede consiste num conjunto de camadas e protocolos; Uma lista de protocolos usados por um determinado sistema, um protocolo por camada é conhecido como pilha de protocolos 22
Software de Rede 23
Software de Rede - Camadas Precisam de um mecanismo para identificar transmissor e receptor (endereçamento); Transferência de dados: podem ser em apenas um sentido ou ambos os sentidos. Os canais lógicos e prioridades; Controle de erros devido ao meio físico usado para comunicação; Remontar de forma adequada os fragmentos recebidos, através de numeração dos fragmentos; Quantidade excessiva de dados entre transmissor e receptor (Controle de fluxo). 24
Software de Rede - Camadas Dividir a conexão para diversas conversações não relacionadas (multiplexação e demultiplexação); Quando houver vários caminhos é necessário selecionar um circuito de acordo com a carga de tráfego (roteamento). 25
Serviço Orientado a Conexão Primeiro deve ser estabelecido uma conexão, utiliza a conexão e depois libera a conexão; Pode ocorrer uma negociação sobre os parâmetros a serem usados, como tamanho máximo das mensagens, a qualidade do serviço; Exemplo: transferência de arquivos 26
Serviço Sem Conexão Cada mensagem carrega o endereço do destino completo e cada uma delas é roteada através do sistema, independente de toda as outras Aplicados em aplicações onde o retardos introduzidos pelas confirmações são inacentuáveis; Exemplo: tráfego de voz digital. Serviços sem conexão não confiáveis: serviços de datagramas; Serviços de datagramas confiáveis: aplicado quando a confiabilidade é essencial. 27
Serviços 28
Primitivas de Serviço Conjunto de primitivas permite que um processo de usuário acesse o serviço; O conjunto de primitivas de um serviço orientado a conexão é diferente de um serviço sem conexão: Primitivas 29
Modelo de Referência Modelo de referência OSI (Open System Interconnection) Proposta desenvolvida pela ISO (International Standards Organization). 30
Camada física: Modelo de Referência - OSI Transmissão de bits brutos por um canal de comunicação; Deve garantir que o bit 1 enviado de um lado possa chegar de outro lado com valor 1; As questões mais comuns são a voltagem a ser usada, a quantidade de nanosegundos que um bit deve durar e o fato de uma transmissão poder ser realizada nos 2 sentidos; Forma como a conexão será estabelecida; Quantos pinos os conectores terão e qual a finalidade de cada um; 31
Camada Enlace de Dados: Modelo de Referência - OSI Transformar um canal de transmissão bruto em uma linha que pareça livre de erros de transmissão não detectado para a camada de rede; Divide os dados de entrada em quadros de dados; Se o serviço for confiável, o receptor confirmar a recepção correta enviando um quadro de confirmação Impedir que um transmissor rápido envie uma quantidade excessiva de dados ao receptor lento; Redes de difusão ainda tem que controlar o acesso ao canal compartilhado. 32
Camada de Rede: Modelo de Referência - OSI Controla a operação de sub-rede Se houver muitos pacotes numa sub-rede ao mesmo tempo, dividirão os mesmo (controle de congestionamento); Permitir que uma rede heterogênea seja interconectada; 33
Camada de Transporte: Modelo de Referência - OSI Aceitar dados da camada acima dela, dividi-los em unidades menores caso seja necessário, repassar essas unidade à camada de rede e assegurar que todos os fragmentos chegarão corretamente a outra extremidade; Especifica o tipo de serviços que deve ser fornecido a camada de sessão (canal ponto a ponto livre de erros na ordem em que foram enviados); Camada fim a fim, que liga a origem ao destino. 34
Camada de Sessão: Modelo de Referência - OSI Permite que usuários de diferentes máquinas estabeleçam sessões; Oferece controle de diálogo quem deve transmitir a cada momento; Gerenciamento de token tentar executar a mesma operação crítica ao mesmo tempo; Sincronização permitir que continue a partir do ponto e que estava quando ocorre uma falha. 35
Camada de Apresentação: Modelo de Referência - OSI Preocupa-se com a movimentação dos bits; A sintaxe e semântica das informações transmitidas; Para permitir a comunicação entre diferentes computadores com diferentes representações de dados, as estruturas de dados a serem intercambiadas pode ser definidas de maneira abstrata; 36
Camada de Aplicação: Modelo de Referência - OSI Protocolos comumente necessários para o usuário; São usados para transmissão de arquivos, correio eletrônico e transmissão de notícias pela rede. 37
Modelo de Referência - TCP/IP Usado na avó de todas as redes de computadores (ARPANET); Camada de inter-redes: Permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer rede e garantir que eles trafegarão independentemente até o destino; Formato de pacote oficial e um protocolo chamado IP (Internet Protocol) Entregar pacotes IP onde forem necessários. 38
Modelo de Referência - TCP/IP 39
Modelo de Referência - TCP/IP Camada de transporte: Tem a função de permitir que o host de origem tenha uma conversa com host de destino; TCP (transmission Control Protocol) protocolo orientado a conexão confiável que permite a entrega sem erros de um fluxo de bytes. Também controla o fluxo de dados. UPD (User Datagram Protocol) protocolo sem conexão e não confiável destinado a aplicação que não querem controle de fluxo nem manutenção da seqüências das mensagens enviadas (transmissão de voz e vídeo). 40
Modelo de Referência - TCP/IP Camada de aplicação: Encontra os protocolos de alto nível: FTP, DNS, HTTP: 41
Comparação entre OSI e Modelo OSI tem 3 conceitos fundamentais: Serviços (o que a camada faz), Interfaces (informa como acessá-la), Protocolos (viabilizar a realização do trabalho). Modelo TCP/IP não distingue isso com clareza; TCP/IP Modelo OSI foi concebido antes de os protocolos correspondentes terem sido criados (redes ponto a ponto, criação da rede de difusão, necessidade de adaptação). TCP/IP foi ao contrário. 42
Crítica ao Modelo TCP/IP Não diferencia com clareza os conceitos de serviço, interface e protocolo; Não consegue descrever outras pilhas de protocolos que não a pilha TCP/IP ex. Bluetooth Camada host/rede não é realmente uma camada no contexto de protocolos hierarquizados, tratá-se de uma interface; Não faz distinção entre camada física e enlace de dados; 43
Sumário Uso de Redes de Computadores: Informações corporativas: Áudio, Dados, Imagem e Vídeo Taxa de transmissão x tamanho da informação Hardware de Rede Tecnologia de transmissão Escala (Distância) Software de Rede Protocolo Camadas Serviços: Orientado a Conexão / sem Conexão Modelos de Referência: OSI - TCP/IP 44
Leituras Sugeridas TANENBAUM, A. S., Redes de Computadores. 4 ed. Rio de Janeiro, Campus, 2003. STALLINGS, W. Redes e sistemas de comunicação de dados: teoria e aplicações corporativas.rio de Janeiro: Elsevier, 2005. 45