FACULDADE PITÁGORAS DISCIPLINA FUNDAMENTOS DE REDES REDES DE COMPUTADORES Prof. Ms. Carlos José Giudice dos Santos cpgcarlos@yahoo.com.br www.oficinadapesquisa.com.br Material elaborado com base nas apresentações da Profa. Andrea Chicri Torga e Prof. Edwar Saliba Junior
Aplicações Comerciais: APLICAÇÕES DAS REDES Compartilhamento de recursos - Troca de arquivos e compartilhamento de periféricos; Modelo Cliente/Servidor bancos de dados; Acesso remoto; Meio de comunicação entre pessoas. Ex.: E-mail, VOIP. Aplicações Industriais: Controle de processos - automação; Processamento centralizado;
APLICAÇÕES DAS REDES Aplicações Domésticas: Acesso a dados remotos; Comunicação entre pessoas; Entretenimento interativo; Comércio eletrônico; Aplicações Móveis: Celular, PDA; Wireless (redes sem fio).
COMPONENTES DE UMA REDE - I As definições a seguir estão de acordo com Torre (2010): Servidores: computador ou dispositivo capaz de fornecer um recurso para a rede; Clientes: também conhecidas como estações de trabalhos (não confundir com workstations), é qualquer computador ou dispositivo que acessa um recurso oferecido pela rede; Nó ou ponto: qualquer ponto de conexão a uma rede (computador, periférico ou dispositivo ligado a uma rede);
COMPONENTES DE UMA REDE - II Endereço: cada nó de uma rede necessita de um endereço para que outros dispositivos da rede consigam localiza-lo. Em geral utiliza-se dois tipo de endereço o físico, fornecido pela placa de rede, e o lógico, definido pelo protocolo; Recurso: qualquer dispositivo que possa ser utilizado pelos clientes de uma rede; Serviço: tipo de programa que roda em servidores (em segundo plano) aguardando pedidos de clientes de redes a um determinado recurso;
COMPONENTES DE UMA REDE - III Protocolo: programa que permite que os dispositivos de uma rede conversem entre si usando uma linguagem padronizada; Meio de Comunicação: qualquer meio que permita a transmissão e recepção de dados em uma rede (por exemplo, cabeamento); Placa de Rede: também chamada de NIC (Network Interface Card), é o dispositivo que permite a comunicação de qualquer equipamento conectado a uma rede.
COMPONENTES DE UMA REDE - IV Hardware: são os periféricos que permitem ou melhoram a comunicação em rede (por exemplo: hubs, switches, roteadores, bridges, etc); Topologia: é a configuração na qual os cabos de rede são ligados aos computadores; Arquitetura: padrão utilizado para a transmissão física dos dados (p. ex.: padrão Ethernet);
COMPONENTES DE UMA REDE - V Pacotes: são conjuntos de bits que são transmitidos através de uma rede. Dependendo do contexto, podem ser chamados de quadros, datagramas ou células; Backbone: também conhecido como espinha dorsal, é um trecho de alta velocidade da rede usado para a conexão de servidores e segmentos; Segmento: qualquer trecho de rede (com exceção do backbone) em que há computadores ou periféricos conectados.
PRINCIPIOS DE COMUNICAÇÃO EM REDES DE COMPUTADORES - I As redes possibilitam que várias pessoas compartilhem dados e periféricos simultaneamente; Os computadores são dispositivos digitais, ou seja, os dados são representados por meio de dígitos binários (bits, 0 ou 1); Transmitir dados por meio de uma rede, significa enviar bits de um computador para o(s) outro(s) através de um meio de transmissão.
PRINCIPIOS DE COMUNICAÇÃO EM REDES DE COMPUTADORES - II Quando dois computadores são interligados por meio de uma linha telefônica analógica, é necessário que exista um equipamento chamado MODEM (Modulador/Demodulador) ligado a cada computador; O Modem do computador transmissor pega os dados digitais a serem transmitidos (um conjunto de bits ou pacote) e os transforma em um sinal analógico modulado que será transmitido pela linha telefônica;
PRINCIPIOS DE COMUNICAÇÃO EM REDES DE COMPUTADORES - III Quando este sinal analógico modulado chega ao outro computador (receptor), o seu Modem recebe o sinal e o demodula, transformando o sinal analógico em digital; É importante perceber que um canal (uma linha telefônica, por exemplo) pode ser utilizado ao mesmo tempo para enviar voz e dados. O que permite este compartilhamento de uma linha de comunicação é um processo chamado de Multiplexação.
PRINCIPIOS DE COMUNICAÇÃO EM REDES DE COMPUTADORES - IV Assim, a multiplexação (criada pelo Bell Labs) permite que vários sinais (p. ex., conversas de várias linhas ou dados) compartilhem um único canal de comunicação. Existem várias formas de se fazer multiplexação em um canal. As mais utilizadas são: 1. Por divisão de frequencia 2. Por divisão de onda 3. Por divisão de tempo
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUENCIA - I Conhecida pela sigla FDM (Frequency Division Multiplexing), é um método de transmissão em que uma frequencia diferente é atribuída a cada sinal dentro do canal. Para poder entender, imagine que duas pessoas estão compartilhando o mesmo canal usando lanternas: uma utiliza uma lanterna de luz verde e a outra utiliza uma lanterna de luz amarela. A primeira pessoa utiliza os bits 2, 4, 6 e 8 usando a luz verde. A segunda pessoa utiliza os bits 1, 2, 4, 6 e 7 usando a luz amarela. Quando estes sinais são combinados e trafegados juntos, as mensagens combinadas aparecerão como uma luz azul.
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUENCIA - II Assim, quando a mensagem chega ao outro lado como um pulso, há quatro possibilidades: o pulso não terá luz alguma, ou terá luz verde, ou terá luz amarela ou terá luz azul. Pelo processo de demodulação, é fácil recompor cada mensagem original. Este método é utilizado pelas empresas de telefonia desde 1930, principalmente porque não é necessário que receptor e transmissor estejam próximos. Outra vantagem da FDM é que quando usada em uma rede de comunicação, cada sinal de entrada é enviado e recebido em velocidade máxima o tempo todo.
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQUENCIA - III A desvantagem do uso da FDM é que quando o número de sinais a serem transmitidos simultaneamente é muito grande, a largura de banda do canal tem que ser muito grande também. Nesse caso, utiliza-se a multiplexação por divisão de tempo. A FDM foi também muito utilizada pelas operadoras de TV a cabo, e evoluiu mais tarde para multiplexação por divisão de frequencia ortogonal (Ortogonal Frequency Division Multiplexing OFDM), método usado até hoje para transmissões de TV digital (na Europa) e em redes locais sem fio (wireless).
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE ONDA Conhecida pela sigla WDM (Wave Division Multiplexing), a multiplexação por divisão de onda é utilizada em redes ópticas (fibra óptica), e equivalente à multiplexação por divisão de frequencia em redes que usam cabos de cobre. A WDM utiliza a transmissão de sinais, cada um conectado a um laser que emite um feixe de cor diferente. Todos os sinais são enviados com um feixe único de laser (apenas uma cor), e quando chega ao dispositivo receptor, um equipamento divide em várias cores, resultando nos sinais originais novamente. Os sistemas modernos de WDM (conhecidos como Dense Wave Division Multiplexing DWDM) permitem lidar com até 128 sinais simultaneamente.
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE TEMPO Conhecida como TDM (Time Division Multiplexing), é um processo de multiplexação em que um único canal aceita a entrada de cada usuário individual, quebrando a entrada em segmentos que formam um sinal composto de uma sequencia rotativa e repetitiva. Na outra ponta o sinal composto é decomposto e roteado para cada usuário específico. O TDM é muito utilizado em redes que utilizam redes elétricas como portadoras (redes PLC s Power Line Comunication) e em circuitos telefônicos digitais de voz.
SINALIZAÇÃO - CONVERSÃO CODIFICAÇÃO DE PULSO Na década de 1930, não havia a necessidade de se converter sinais analógicos em digitais, poque não havia ainda computadores para utiliza-los. Entretanto, já existia a ideia, pois Alec Reeves percebeu que seria um meio de comunicação perfeito, uma vez que nenhum erro poderia surgir em um sistema baseados em zeros e uns (bits). Surge assim a PCM (Pulse Code Modulation), é um processo em que um sinal analógico é transformado em um sinal digital, passando pelas etapas de filtragem, amostragem, quantização e codificação.
CODIFICAÇÃO E DECODIFICAÇÃO DE TRANSMISSÕES DE DADOS - I De acordo com Barret e King (2010, p.6), codificar é simplesmente colocar dados eletrônicos em um formato padrão. Quando estes dados codificados são transmitidos por algum meio, eles devem ser decodificados na outra ponta. Existem vários tipos de codificação, de acordo com o tipo de sinal: a) Digital para digital b) Analógico para digital c) Digital para analógico d) Analógico para analógico
CODIFICAÇÃO E DECODIFICAÇÃO DE TRANSMISSÕES DE DADOS - II A codificação serve para estabelecer sinais especiais de controle na transmissão de dados. Para cada taxa de transferência, utiliza-se um padrão diferente de codificação, de acordo com Torres (2009, p. 68): 1. 10 Mbps Ethernet padrão: é usada a codificação Manchester para todos os tipos de cabo; 2. 100 Mbps Fast Ethernet: é usada a codificação 4B/5B para todos os tipos de cabo; 3. 1 Gbps Gigabit Ethernet: é usada a codificação 4D-PAM-5 para cabos do tipo par trançado, e a codificação 8B/10B para cabos de fibra óptica;
CODIFICAÇÃO E DECODIFICAÇÃO DE TRANSMISSÕES DE DADOS - III 4. 10 Gbps 10G Ethernet: usa diversos tipos de codificação diferentes de acordo com o tipo de cabo utilizado. OBSERVAÇÃO: Não faz parte do conteúdo deste curso o estudo dos tipos de codificação, razão pela qual não entraremos em detalhes sobre como se dá cada um dos processos de codificação.
TIPOS DE CONEXÃO EM REDES Em relação à conexão, as redes podem oferecer dois tipos de serviço de comunicação: Serviços orientados à conexão; Serviços não orientados à conexão.
SERVIÇO ORIENTADO À CONEXÃO Análogo ao sistema telefônico: Exemplo: BBS Tira o telefone do gancho e disca um número Estabelece uma conexão Fala Usa a conexão Desliga Libera a conexão; A conexão funciona como um caminho único entre origem e destino, onde ao se inserir bits numa extremidade, os mesmos serão recebidos pelo receptor na outra extremidade, na mesma ordem em que foram inseridos; Pode ser Permanente ou Temporária.
SERVIÇO NÃO ORIENTADO À CONEXÃO Análogo ao sistema postal Exemplo: Internet Cada correspondência possui o endereço de destino; Se duas ou mais correspondências forem enviadas a partir de um mesmo emissor, para o mesmo destino, podem chegar fora de ordem; Não existe uma conexão criada entre origem e destino, sendo assim, os pacotes podem ser encaminhados por caminhos diferentes e chegarem, em ordem diferente à emitida, no destino;
TRANSMISSÃO: PARALELA X SERIAL Paralela: Os bits da informação são enviados através de vários caminhos simultaneamente, ou seja, em paralelo. Exemplo: Comunicação paralela entre um computador e uma impressora. TX RX
TRANSMISSÃO: PARALELA X SERIAL Serial: Os bits são transmitidos um a um em sequencia, pois só existe um caminho ou um único fio entre transmissor e receptor. TX RX
TAXA DE TRANSFERÊNCIA Serial: A velocidade da transmissão é medida em bps (bits por segundo) toda a sigla em letras minúsculas. Por exemplo: 10 Kbps (10 Kilobits por segundo ou 10.000 bits por segundo); 10 Mbps (10 Megabits por segundo ou 10 milhões de bits por segundo). Paralela: A velocidade de transmissão é medida em B/s (Byte por segundo) a letra B em maiúsculo. Por exemplo: 10 MB/s (10 Megabyte por segundo ou 10 milhões de byte por segundo); 1 GB/s (1 Gigabyte por segundo). Observação: 8 GB/s equivalem a 1 Gbps
COMUNICAÇÃO: ASSÍNCRONA E SÍNCRONA Na comunicação assíncrona, um remetente e um receptor não sincronizam antes de cada transmissão, ou seja, não existe um intervalo de tempo fixo entre os bits ou dados transmitidos. Utilizada em redes mais antigas e de baixa velocidade (linhas discadas); Na comunicação síncrona, o remetente e o receptor devem estar sincronizados, ou seja, os bits serão enviados sempre em intervalos de tempo constantes. Quando não houver dados a serem enviados, o transmissor continua enviado algum caracter na linha mantendo o ritmo da transmissão. Utilizada em redes de maior velocidade (Ex.: link de 2 Mbps).
MODOS DE COMUNICAÇÃO Na comunicação de dados existe sempre um transmissor e um receptor. Os modos de comunicação são os seguintes: Simplex; Half duplex; Full duplex.
MODOS DE COMUNICAÇÃO Simplex: Um elemento da rede só envia ou só recebe dados em comunicação unidirecional. (Exemplo: rádios AM e FM); Half Duplex: Um elemento da rede pode enviar ou receber dados, mas não ao mesmo tempo, ou seja, uma comunicação bidirecional não simultânea. (Exemplo: aparelho de fax, walk talk).
MODOS DE COMUNICAÇÃO Full Duplex: Um elemento da rede pode enviar e receber dados ao mesmo tempo, ou seja, uma comunicação bidirecional simultânea. (Exemplo: telefone).
MODOS DE COMUNICAÇÃO Outros exemplos? Televisão; Modem; Placa de rede; Telex; Código morse; Telefone. Simplex Half-duplex Half-duplex Half-duplex Half-duplex Full-duplex
TIPOS DE PROCESSAMENTO - I Processamento Centralizado: Todo o processamento é feito em uma única localização ou instalação, possibilitando um maior controle (Exemplo: instituições financeiras) Redes do tipo Cliente Servidor;
TIPOS DE PROCESSAMENTO Processamento Descentralizado: Os equipamentos de processamento encontram-se dispostos em localizações distintas e remotas, sendo que as operações de cada um deles é independente das outras (Exemplo: cadeia de farmácias alguns tipos de franquias); Cada setor ou local tem o seu próprio processamento Não de reportam a um servidor central Podem ou não estar conectados
TIPOS DE PROCESSAMENTO Processamento Distribuído: As informações são espelhadas por diversos locais remotos, mas elas são conectadas umas às outras para constante atualização e supervisão. (Exemplo: uma empresa com a matriz em um estado e várias filiais em outros estados). Cada estação de trabalho processa localmente, mas deve se reportar a um servidor central
TIPOS DE REDES POR ÁREA DE ABRANGÊNCIA - I LAN (Local Area Network): As redes de abrangência local, ou simplesmente, redes locais, é um tipo de rede em que os equipamentos estão interligados em uma mesma área de abrangência, por exemplo, uma sala ou um prédio. A arquitetura mais utilizada neste tipo de rede é a Ethernet ou IEEE 802.3. WLAN (Wireless Local Area Network): São redes locais que não utilizam cabeamento para conectar equipamentos. Também conhecidas como redes sem fio (ou wireless), utilizam arquitetura Wi-Fi ou IEEE 802.11.
TIPOS DE REDES POR ÁREA DE ABRANGÊNCIA - II CAN (Campus Area Network): Também conhecida como rede de campo, neste tipo de rede a abrangência é um pouco maior que uma rede local, interligando dois ou mais prédios a uma distância de até 4 Km. MAN (Metropolitan Area Network): Conhecida como rede de abrangência metropolitana, pode abranger até mesmo uma grande metrópole. O exemplo mais comum deste tipo de rede são aquelas utilizadas pelas concessionárias de telefonia ou TV à cabo.
TIPOS DE REDES POR ÁREA DE ABRANGÊNCIA - III WAN (Wide Area Network): Também conhecidas como redes de longa distancia, este tipo de rede possui uma abrangência enorme, podendo interligar até mesmo países. GAN (Global Area Network): Conhecida também como Internet, é a maior de todas as WAN s. Outros termos muito utilizados: Intranet: é uma rede particular que usa o mesmo modelo da Internet para acesso a dados. Extranet: é uma Intranet que permite acesso externo.
ÁREA DE ABRANGÊNCIA
REDES CLIENTE SERVIDOR - I Já sabemos que servidores são computadores ou equipamentos que disponibilizam recursos para serem utilizados por outros computadores da rede, chamados de clientes. Exemplos: Servidor de arquivos: a memória secundária destes computadores pode ser acessada por clientes; Servidor de Bancos de Dados: possui um banco de dados que pode ser consultado, alterado e atualizado por clientes; Servidor de Logon: controla o acesso de clientes a uma rede;
REDES CLIENTE SERVIDOR - II Servidor de Impressão: disponibiliza serviços de impressão em suas impressoras e/ou plotters para clientes; Servidor de Backup: faz cópias de segurança dos arquivos de uma rede em diversos tipos de dispositivos de armazenamento (unidades de fita magnética, dispositivos ópticos, etc); Servidor WEB: máquina que permite a comunicação de uma rede com a Internet; Servidor de Proxy: máquina que faz a intermediação entre o servidor WEB e a rede, funcionando como cache.
REDES CLIENTE SERVIDOR - III Já sabemos que clientes são computadores ou equipamentos que utilizam recursos de uma rede, e que podem ser chamados às vezes de estações de trabalho. Computadores clientes podem funcionar de duas maneiras: a) Apenas como clientes, geralmente em redes maiores que possuem servidores dedicados; b) Como cliente e servidor simultaneamente (servidor não dedicado), comum em redes pequenas.
SERVIDOR NÃO DEDICADO
SERVIDOR DEDICADO
REDES PONTO-A-PONTO Usam servidores com sistemas operacionais não dedicados (Exemplos: Windows XP e Windows Vista); Possuem segurança limitada; Instalação e manutenção simples; Normalmente não requer um profissional especializado; Possuem baixo custo; Indicada para o ambiente doméstico e/ou pequenas empresas.
REDES CLIENTE-SERVIDOR Usam servidores com sistemas operacionais dedicados (Exemplos: Windows 2003 Server, Windows 2008 Server, Linux, Unix e etc.); Possuem alto nível de segurança e custo mais elevado; Instalação e manutenção são mais complexas; Normalmente requerem um profissional ou uma equipe de profissionais especializados; Indicada para empresas de médio e grande porte.
TOPOLOGIA DE REDES A topologia de uma rede é um diagrama que descreve como seus elementos estão conectados (disposição geométrica). Esses elementos são chamados de nós, e podem ser computadores, impressoras ou outros equipamentos; Seja qual for a topologia utilizada, é preciso que sempre exista um caminho através de um meio de transmissão, ligando cada equipamento a todos os demais equipamentos da rede.
REDES EM ANEL As ligações são ponto-a-ponto e operam num único sentido de transmissão (comunicação simplex); Uma mensagem deverá circular pelo anel até que chegue ao módulo de destino, sendo passada de estação em estação, obedecendo ao sentido definido pelo anel; A comunicação é baseada na troca de tokens ( fichas ) autorizações para comunicação. Cada máquina só irá transmitir no momento que ocorrer a passagem do token na sua porta ; São redes conhecidas como Token Ring (IEEE 802.5).
REDES EM ANEL
REDES EM ESTRELA Nesta topologia existe um dispositivo central, comumente chamado de concentrador, por onde passa todo o tráfego da rede; Normalmente apresenta uma maior confiabilidade (parada de uma única estação), facilidade de manutenção (identificação setorizada de problemas) e ampliação mais simples sem necessidade de parada da rede; Apresenta uma maior quantidade de cabos e a falha do equipamento central pode provocar a paralisação total da rede.
REDES EM ESTRELA
REDES EM BARRAMENTO Todos os computadores são conectados ao mesmo meio de transmissão em SÉRIE; Apresenta uma dificuldade de expansão: se um novo equipamento for adicionado à rede, pode ser preciso fazer um remanejamento de cabos; Se um cabo for desconectado, toda a rede fica inoperante; Cada nó conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas; Ex.: Redes de Cabo Coaxial (Antiga 10base5).
REDES EM BARRAMENTO
REDES EM BARRAMENTO
COLISÃO EM REDES - I A colisão é um evento que ocorre frequentemente em redes quando dois ou mais computadores tentam enviar informações no mesmo instante; Elas são normais no funcionamento da topologia barramento, mas se forem muito frequentes, o desempenho da rede será prejudicado; Quando um computador deseja transmitir, ele avalia se a linha está disponível e inicia a transmissão.
COLISÃO EM REDES - II Se dois computadores iniciarem a transmissão ao mesmo tempo utilizando o mesmo barramento, haverá a colisão ; Os computadores envolvidos na colisão irão aguardar um intervalo de tempo aleatório e tentar novamente; Aquele que aguardar um tempo menor será o primeiro a transmitir e o outro terá que aguardar a sua vez, pois ao terminar de esperar seu intervalo de tempo, a rede já estará em uso pelo outro; Esse método é o utilizado pelo CSMA/CD em redes locais.
MÉTODO CSMA/CD - I Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection - Acesso Múltiplo com Detecção de Portadora e Colisão; Analogia: Uma conversa educada à mesa de jantar: Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as pessoas conversando educadamente; A expressão múltiplo acesso (multiple access) quer dizer que quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que, quando uma pessoa fala todos as outras pessoas à mesa escutam.
MÉTODO CSMA/CD - II Agora vamos imaginar que você esteja à mesa e tenha algo a dizer. No momento, entretanto, existe uma outra pessoa falando; Como esta é uma conversa educada, em vez de imediatamente você falar e interromper o outro, você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier sense (detecção de portadora); Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado para transmitir.
MÉTODO CSMA/CD
COMPARAÇÃO ENTRE TOPOLOGIAS