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Introdução aos Conceitos Básicos de

Redes de Dados

Rafael Rocha

Sales Engineering Coordinator

[email protected]

Leituras Recomendadas

• Redes de Computadores

• Andrew Tanenbaum

• Editora Campus

• Nortel Data Networking Technology

• Nortel Press

Agenda

Introdução aos Conceitos Básicos de Redes de Dados

• Conhecimento Teórico

• Conceitos de redes de dados

• Modelo OSI x TCP/IP

• Modelo OSI e dispositivos de rede

• Internet Protocol

• Intervalo

• Roteamento

• Rede IP em funcionamento

• Protocolos TCP

• Voice-sobre-IP

• Conhecimento Aplicado

• Exemplos típicos de arquitetura de rede

• Modelo de 2 e 3 camadas

• Meios de transmissão: Cobre e Fibra

• Cabeamento estruturado

• Serviços de telecomunicações

Conhecimento Teórico

Rafael Rocha

Sales Engineer

[email protected]

História da Internet

Evolução Tecnológica • Telégrafo (~1850)

• Telefone (~1870)

• Rádio (~1895)

• Transistor (1947 – Bell Telephone)

• Circuito Integrado (1958 – Texas Instruments)

• Microprocessador Intel 4004 (4 bits – 2.300 transistores) (1971)

• Intel 8008 (8 bits – 3.500 transistores) (1972)



• Intel 80386 ou i386 (32 bits - 275.000 transistores) (1985)

• Intel 80486 ou 1486 (32 bits - +1 milhão de transistores) (1989)

• Intel Pentium P5 (3,1 milhão de transistores) (1993)

• Intel Pentium II (7,5 milhão de transistores) (1997)

• Intel Pentium III (9,5 milhões de transistores) (1999)

• Intel Pentium 4 (42 milhão de transistores) (2000)

• Intel Pentium Dual-Core (2006)

• Intel i7 Gulftown (1.1179 milhões de transistores)

Referência: wikipedia.com


Fatos Importantes

• 1950 - Guerra Fria: todas as comunicações militares utilizavam a rede pública de telefonia que era

considerada vulnerável porque tinha diversos pontos de falha, apresentando baixa redundância. (a)

• 1960 – Departamento de Defesa contratou RAND Corporation para encontrar solução. Paul Baran

apresentou projeto distribuído. Pentágono gostou do conceito e solicitaram a AT&T (monopólio) a

construção de protótipo. A empresa informou que não havia como ser construído. (b)

Referência Tanenbaum


• 60’ – Criação da agência de pesquisa

de defesa ARPA.

• 1967 – ARPA volta-se para redes e

Wesley Clark sugeriu criação de

redes de pacotes, cada host seria seu

próprio roteador. Presidente da ARPA

decidiu criar uma rede de

computadores que seria conhecida

como ARPANET.

• 1968 - ARPA seleciona BBN para

construção.

• 1969 – Rede experimental (UCLA;

UCSB; SRI e Utah)

O crescimento da ARPANET.

(a) Dezembro de 1969.

(b) Julho de 1970.

(c) Marco de 1971.

(d) Abril de 1972.

(e) Setembro de 1972


• 1974 – Invenção dos protocolos e do modelo TCP/IP (Cerf e Kahn, 1974).

• ARPA encoraja BBN e Berkley a utilizar. Universidade incorpora no Unix.

• 80’ – várias redes foram incorporadas na ARPANET. Criação do DNS.

• 70’ – National Science Foundation (NSF) percebe sucesso da ARPANET e cria uma rede aberta a todos

grupos de pesquisa (NSFNET). Para entrar na ARPANET era necessário um contrato com o DoD.

• Continuo crescimento e vontade de organizações comerciais de participar mostraram a NSF que não

deveria continuar a patrocinar a rede. NSF estimulou a MERIT, MCI e IBM a formarem uma empresa

sem fins lucrativos, ANS (Advanced Networks and Services). Em 1990 a ANS assumiu a NSFNET, os

links foram atualizados de 1,5 Mbps para 45 Mbps.

Backbone da NSFNET em 1988


Fatos Importantes

• Em 1974 o protocolo TCP foi criado.

• Em 1983, a Internet <ARPANET> (então com cerca de 1000 hosts) passa a ter o protocolo TCP/IP como

único oficial. NSFNET e ARPANET se interconectam e crescimento vira exponencial.

• Em 1989 a World Wide Web é criada.

• Em 1993 o Mosaic (browser que iniciou a popularização da Internet) é criado.

• A rede foi operada por 5 anos e vendida para America Online. Outras empresas já operavam o serviço

comercial em IP.

• Para facilitar a transição a NSF contratou 4 operadoras para interconexão: PacBell (San Francisco),

Ameritech (Chicago), MFS (Washington, D.C.) e Sprint (cidade de Nova York). Todas as operadoras que

desejassem ofertar o serviço de backbone para regionais deveriam estabelecer conexão com todos os

pontos de interconexão.

• Desta forma, existia a possibilidade de escolha do provedor entre origem e destino. As concessionárias

de backbone e regionais passaram a concorrer entre si. O conceito de backbone único foi substituído

pelo da infraestrutura competitiva com fins lucrativos.

• WWW – No início de 1990 o físico do CERN Tim Berners-Lee criou a aplicação que iria atrair milhares de

novos usuários, a World Wide Web. Juntamente, Marc Andreessen criou o navegador Mosaic no NCSA

(National Center for Supercomputer Applications) em Urbana, Illinois.

• Grande parte do crescimento na década de 90 foi impulsionado pelos ISPs (Internet Service Provider).

Estas empresas fornecem aos usuários individuas e domésticos a possibilidade de se conectar à

Internet, inicialmente por MODEMs tipicamente de 56 kbps.

Referência Tanenbaum

Internet Growth Trends

1977: 111 hosts on Internet

1981: 213 hosts

1983: 562 hosts

1984: 1,000 hosts

1986: 5,000 hosts

1987: 10,000 hosts

1989: 100,000 hosts

1992: 1,000,000 hosts

2001: 150 – 175 million hosts

2002: over 200 million hosts

By 2010, about 80% of the planet will be on the Internet

Crescimento Explosivo de Tráfego das

Operadoras

Tráfego de Internet

• 1B de usuários de Internet em 2005 crescendo para de 2B em 2010

• Tráfego Internacional cresceu 74% in 2009

• Operadoras adicionaram 9.4Tbps de capacidade banda internacional em

2009 (mais que o total de todos os links existente em 2007)

Banda Larga e Web móvel

• 940 M usuários de banda larga 2009 contra 550M fixa

• 5.3B de celulares

mundial

• Aparelhos móveis irão ultrapassar os PCs para acesso a internet em 2012

Rich media, Web 2.0 & efeito da nuvem

• Computação em Nuvem crescendo de $16B em 2008 para mais de $40B

em 2012

• 31Billhões de videos on line assistidos somente em março de 2010 nos

Estados Unidos

(Source: IDC, Infonetics, TeleGeography, ComScore)

Statistics from the IITF Report

The Emerging Digital Economy *

To get a market of 50 Million People Participating:

• Radio took 38 years

• TV took 13 years

• Once it was open to the General Public, The Internet made to

the 50 million person audience mark in just 4 years!!!

http://www.ecommerce.gov/emerging.htm

• Released on April 15, 1998

* Delivered to the President and the U.S. Public on April 15, 1998 by Bill Daley,

Secretary of Commerce and Chairman of the Information Infrastructure Task Force

Agenda

• Conceitos de redes de dados • Modelo OSI x TCP/IP

• Modelo OSI e dispositivos de rede

• Internet Protocol

• Intervalo

• Roteamento

• Rede IP em funcionamento

• Protocolos TCP

• Voice-sobre-IP

Conceitos: Redes, Comutação e

Protocolos

Comunicação é a troca de mensagens entre partes através de um

meio.

Rede de comunicação de dados é um conjunto de dispositivos,

denominados nós de rede, que são interconectados formando

uma malha que permite a comunicação entre dispositivos

usuários.

Comutação é o processo realizado pelos nós da rede para que as

mensagens sejam encaminhadas entre os pontos de origem e

destino.

Protocolo de comunicação é um conjunto de normas que

estabelece a forma como os dispositivos devem se comunicar,

organizando a troca de mensagens.

Rede de comunicação de dados

A

C

B

REDE

Nó de rede Troncos

Enlaces

de

acesso

D

Topologias e abrangências de redes

Hub & Spoke

C D

A

B

Anel

A

B

C

D

Full-Mesh

A

B

C

D

Abrangências de redes

• Local Area Network (LAN) – Redes locais

com cobertura restrita a prédios e edificações.

• Metropolitan Area Network (MAN) – Redes

metropolitanas que cobrem extensões

equivalentes ao perimetro de uma cidade.

• Wide Area Network (WAN) – Rede de longa

distância com cobertura superior às MANs.

Barramento

A B C

Tipos de Comutação

Comutação de circuitos. Exemplo: Sistema telefônico. Comutação de mensagens. Exemplo: Telegrama. Comutação de pacotes. Exemplo: Redes de comunicação de dados X.25, Frame Relay, redes IP. Comutação de células. Exemplo: Redes ATM.

Comutação por Circuito

1 2 3

A B

Mensagem pode ser trocada em ambos sentidos sofrendo

somente o atraso de propagação do meio. Não existe

qualquer armazenamento ao longo do circuito estabelecido.

Estabelecimento do

circuito físico

Dados

Desconexão do

circuito físico

Nó de rede de comutação por circuito

A

1 1

2 2

Porta

1

Porta

2

ORIGEM DESTINO

Comutação por Pacotes

A B

Pacote 1 – 128bytes

Dados




Pacote 1 – 128bytes Pacote 2 – 256bytes

Pacote 2 – 256bytes Pacote 3 – 64bytes


O Nó Comutador de Pacotes Roteador

C

1

4

Roteamento por

End. Destino

Y X DADOS

EO ED

ED – Endereço de Destino

EO – Endereço de Origem

Tabela de rotas

End. Dest. Rota Interf. Saída

X R 4

Y X DADOS

EO ED

Pacote

Comutação por Quadros Com estabelecimento de conexão

A B

Quadro 1 – 128bytes

Estabelecimento

do circuito

virtual

Dados

Desconexão do

circuito físico




Quadro 1 – 128bytes Quadro 2 – 256bytes

121 32

Quadro 2 – 256bytes Quadro 3 – 64bytes


Comutação de Pacotes

Circuito Virtual.

Com conexão. Com controle de erros e sequenciamento. Rota escolhida na formação do circuito virtual. Endereço pequeno do circuito virtual.

Exemplo: X.25, Frame Relay.

Datagrama.

Sem conexão. Sem controle de erros e sequenciamento. Rota escolhida pacote a pacote. Endereço de origem e destino completos.

Exemplo: IP, UDP.

4 8

5

Características do uso de conexão

Com conexão • Com garantia de entrega

sequêncial

C D

• Sem conexão Sem garantia de entrega

sequêncial

1 2

3

A B

Modalidades de Comutação

Circuito

Quadros

Células

Pacotes

Mensagem é trocada integralmente após o

estabelecimento de um circuito físico entre os terminais.

Alocação determinística de banda para o circuito.

Rede SDH e

telefonica com

centrais tradicionais.

Rede Frame Relay

Rede ATM

Rede IP, IPX e X.25.

Mensagem é dividida em frações de tamanho fixo

denominadas células que são enviadas após o

estabelecimento de um circuito virtual (conexão) entre os

terminais. A banda é alocada ao longo da rede através de

forma dinâmica e estatisticamente.

Mensagem é dividida em frações de tamanho variável

denominadas quadros que podem ser enviados após o

estabelecimento de um circuito virtual (conexão) entre os

dispositivos terminais. A banda é alocada ao longo da

rede de forma dinâmica e estatísticamente.

Mensagem é dividida em frações de tamanho variável

denominadas pacotes que são enviados entre os

dispositivos terminais podendo ou não utilizar um circuito

virtual entre os mesmos. A banda é alocada ao longo da

rede dinâmica e estatisticamente.

Modalidade Características Exemplos

Modalidades de Comutação Referência: Redes de Computadores – Andrew Tanenbaum

Item Comutação de

Circuito

Comutação de

Pacotes

Caminho de “cobre”

dedicado

Sim Não

Largura de banda

disponível

Fixa Dinâmica

Largura de banda

potencialmente

desperdiçada

Sim Não

Transmissão

store-and-forward

Não Sim

Cada pacote segue a

mesma rota

Sim Não

Configuração de chamada Necessária Desnecessária

Quando pode haver

congestionamento

Durante a configuração Em todos os pacotes

Tarifação Por minuto Por pacote

Agenda

Conceitos de redes de dados

Modelo OSI x TCP/IP

Modelo OSI e dispositivos de rede

Internet Protocol

Intervalo

Roteamento

Rede IP em funcionamento

Protocolos TCP

Voice-sobre-IP (tentativa)

Modelo de referência OSI da ISO

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

OSI – Open System Interconnection

ISO – International Standardization for

Organization

Define uma série de funções necessárias

para a comunicação de elementos de

forma modular e estruturada em

níveis/camadas

A comunicacão entre os elementos é feita

através da técnica de encapsulamento

Modelo não significa implementação

(protocolo)

Rede

Enlace

Físico 1

2

3

4

5

6

7

Funções das camadas

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico 1

2

3

4

5

6

7 Interface entre aplicação e usuário, garantia de recursos, identificação da aplicação

Transmissão de bits brutos no meio físico, Características elétricas, padrões de interface, half/full

duplex, velocidade, paridade

Controle de acesso ao meio físico, divisão em quadros, DTE/DCE, MAC/DLCI/VPI/VCI, controle de

erro (CRC –retransmissão)

Interconexão de redes, Endereço de rede, protocolo superior, identificador de fragmento

Multiplexação, Segmentação, Formato do segmento, sequenciação, controle de fluxo

Estabelecimento/terminação de sessão, gerenciamento de token, sincronização

Syntaxe e semântica de dados entre as aplicações (ASCII – Unicode), compressão e criptografia

Encapsulamento e cabeçalhos

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

A comunicação entre duas ou mais camadas de terminais distintos é feita através

dos chamados Protocol Data Units – PDU.

Uma camada encapsula o PDU da camada superior no payload de seu PDU.

Rede

Enlace

Físico 1

2

3

4

5

6

7

Header Payload

PDU

Controle

Dados

H-Aplic Payload

H-Aplic Payload H-Apres

H-Aplic Payload H-Apres H-Sess

H-Aplic Payload H-Apres H-Sess H-Trans

H-Aplic Payload H-Apres H-Sess H-Trans H-Rede

H-Aplic Payload H-Apres H-Sess H-Trans H-Rede H-Enlac

BITs

T-Enlac

Modelo OSI na prática

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Rede

Enlace

Físico

Rede

Enlace

Físico

Rede

Enlace

Físico

REDE

Host/Server Host/Server

Funções das camadas

Camadas

Superiores

Comunicação

fim-a-fim

Protocolo entre

origem e destino

Camadas

Inferiores

Comunicação

entre vizinhos

(encadeada)

Modelo TCP/IP x Modelo Híbrido

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico 1

2

3

4

5

6

7

OSI

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Modelo Híbrido

Família de

Protocolos

TCP/IP

Modelo TCP/IP

possui uma

única camada

Host to

Network. Não

define esta

camada.

Aplicação

Transporte

Inter-rede

Fibra/Serial/Hub

FR/ATM/802.3 Host To

Network

Modelo TCP/IP

Modelo TCP/IP x Modelo Híbrido

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico 1

2

3

4

5

6

7

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Aplicação

Transporte

Inter-rede

Fibra/Serial/Hub

FR/ATM/802.3

OSI

Família de

Protocolos

TCP/IP

Modelo Híbrido

Host To

Network

Modelo TCP/IP

possui uma

única camada

Host to

Network. Não

define esta

camada.

Modelo TCP/IP

Exemplos de protocolos por camadas

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico 1

2

3

4

5

6

7

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Físico

DNS/FTP/SMTP/

HTTP/Telnet

TCP/UDP

IP

Fibra/Serial/Hub

FR/ATM/802.3

OSI

Família de

Protocolos

TCP/IP

Agenda


Modelo OSI x TCP/IP


Internet Protocol

Intervalo

Roteamento


Protocolos TCP


Equipamentos de Rede x Modelo OSI

Multilayer

switch

7 Aplicação

6 Apresentação

5 Sessão

4 Transporte

3 Rede

2 Enlace

1 Fisico

Switch

Roteador

Bridge

Suportado por:

• Protocolos

• Padrões

• Software

Hub/MUX

Cabos e

Conectores

Elementos de rede da camada

física

Multilayer

switch

Switch

Roteador

Bridge

Suportado por:

• Protocolos

• Padrões

• Software

Hub

Cabos e

Conectores

CAMADA 1

7 Aplicação

6 Apresentação

5 Sessão

4 Transporte

3 Rede

2 Enlace

1 Fisico

Hub

Equipamento do nivel fisico que conecta 2+ equipamentos de rede em um unico segmento – Não inteligente

– Sinal de entrada e repetido para todas as portas

– Amplifica o sinal

– Utilizado como um ponto de concentracao na rede

– Nao faz filtragem de pacotes

– Nao descobre caminhos ou faz switching de pacotes

Usuarios compartilham a banda de rede

Centro de uma topologia em barramento • Tambem chamado de repetidor de multiplas portas ou concentrador (em

Ethernet)

“Domínio de colisão”

Exemplo Hub

123 envia uma mensagem para 122

Hub

121

122

123

124

125 O hub envia a mensagem para todos os sistemas (copia todas as portas)

122 checa por seu endereco e abre a mensagem

Todos os outros descartam a mensagem

Equipamentos de Rede x Modelo OSI

Multilayer

switch

Switch

Roteador

Bridge

Suportado por:

• Protocolos

• Padroes

• Software

Hub

Cabos e

Conectores

CAMADA 2

7 Aplicacao

6 Apresentacao

5 Sessao

4 Transporte

3 Rede

2 Enlace

1 Fisico

Como os switches e bridges

encaminham os quadros

Segmento 1 Segmento 2

F972.5151.0120

F972.5151.0121

F972.5151.0122

F972.5151.0123

F972.5151.0124

F972.5151.0125

Bridge nao transmite entre

estes dois equipamentos.

Somente tráfego entre segmentos passam pela bridge. Bridge transmite

pacotes entre estes equipamentos.

E0: F972.5151.0120

E0: F972.5151.0121

E1: F972.5151.0123

E1: F972.5151.0124

E0 E1

Aprendizado

Transmissão Filtragem

Switches e Bridges

Bridge


Workstation

36

Switch

36


Workstation

32

31 34

35

33 33

32

31 34

35

Bridges—Compartilhado Switches—Dedicado

Loop – Broadcast Storm

Em uma rede camada 2 um loop é desastroso

O tráfego é multiplicado até consumir toda a banda disponível

A maneira efetiva de terminar um broadcast storm é desconectar um dos cabos que

causa o Loop

• A maioria dos switches vai ignorar o gerenciamento, pois estará sobrecarregado com o processamento

do brocast storm

1

2

2

3

3

3

4

4

4 1 - Estação A transmite um

Broadcast (um ARP por exemplo)

Estação A

Estação B

5

5

5

5

Spanning Tree Protocol

Criado para resolver problemas causados por links redundantes (loops)

na rede

Garante uma topologia livre de loops através da ativação de um caminho

único através da rede

Produz uma topologia lógica em árvore a partir de qualquer topologia

física definida pelos Switches

Provê reconfiguração automática em caso de falha de um link ou switch

Spanning Tree Protocol

Definido pela especificação IEEE 802.1d

STP é um protocolo que utiliza quadros chamados BPDU

A topologia lógica em forma de árvore é formada tendo como base, ou

raíz, um switch chamado de ROOT

A correta definição do ROOT é de grande importância

Tempo médio de convergência da rede é de 30/45 segundos utilizando a

configuração padrão

Spanning Tree

Processo de ativação de uma porta no STP

1. Todas as portas iniciam bloqueadas. Não transmitem tráfego, apenas

BPDU.

2. Eleição de ROOT. Todos switches trocam BPDU para eleger ROOT.

3. Não transmitem tráfego, apenas BPDU. Os switches trocam BPDU

para montagem da árvore hierárquica.

4. As portas decidem se ficam Bloqueadas ou Transmitindo. Mesmo

portas Bloqueadas transmitem e processam BPDU.

Spanning Tree

O Spannig Tree foi criado para eliminar Loops em uma rede camada 2

Algumas portas são bloqueadas para o tráfego de modo que a rede

assuma uma topologia em árvore

1 2

3

4

4 Estação A transmite um Broadcast

(um ARP por exemplo)

Estação A

Estação B

Spanning Tree - Terminologia

LAN 1

Bridge 5

Porta A Porta A

LAN 2

LAN 3

LAN 4 LAN 5

Root Bridge

10

10

10

10

5

10

10 10

Bridge 1

Porta B

Bridge 2

Porta B

Bridge 3

Porta B

Porta A

Bridge 4

Porta B

Porta A

Porta B

Porta A

Porta C

=Porta

Bloqueada

Porta para

o Root

Virtual LANs - VLANs

1

2

3

4

5 6 7

A B C

E

D

Agrupa portas de acesso do

switch

Criando segmentos de LAN que

não se comunicam entre si.

VLAN VERDE – 1,3,7,A e B

VLAN VERMELHA – 2,5 e D

VLAN AZUL – 4, 6 e C

VLAN Trunking

1

2

3

4

5 6 7

Numa interface configurada para VLAN

trunking os quadros Ethernet são

modificados com o acréscimo de um TAG

que identifica a VLAN a que eles

pertencem. O 802.1Q é o padrão usado no

mercado.

A B C

E

D

O tráfego de

todas as VLANs

passa pelo

mesmo meio

físico.

Formato do Quadro numa VLAN

Trunking

DESTINO

1111.1111.1111

ORIGEM

2222.2222.2222

DADOS

00101011001100

DESTINO

1111.1111.1111

ORIGEM

2222.2222.2222

DADOS

00101011001100

VLAN

TAG

Quadro Ethernet original na porta de acesso

Mesmo quadro numa interface VLAN Trunking

VID = Vlan ID

12 bits = 4096 vlans

Agenda


Modelo OSI x TCP/IP


Internet Protocol

Intervalo

Roteamento


Protocolos TCP


Equipamentos de Rede x

Modelo OSI

Multilayer

switch

Switch

Roteador

Bridge

Suportado por:

• Protocolos

• Padrões

• Software

Hub

Cabos e

Conectores

CAMADA 3

7 Aplicação

6 Apresentação

5 Sessão

4 Transporte

3 Rede

2 Enlace

1 Fisico

Como surgiu o protocolo IP?

IP = INTERNET PROTOCOL

Especifica a troca de mensagens da chamada Internet

protocolo de camada de rede

D

A

C

B

REDE IP

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Roteador

INTERNET

Características das redes IP

• Camada 3

• Não orientada à conexão

• Endereços de 4 octetos

• Transporte baseado em roteamento

• Não há garantia da qualidade de serviço

A B

Tipos de endereços IP

Cada máquina deve possuir um endereço IP único

Endereço de Broadcast

• Usados para enviar uma mensagem para todos os dispositivos conectados

em um mesmo domínio de colisão

Endereços Unicast

• Usados para enviar uma mensagem a um dispositivo em específico.

Endereços Multicast

• Usados para enviar uma mensagem a um grupo específico de usuários.

Endereçamento IP

O Endereço IP é composto por 4 octetos

Utilizamos a notação Dotted Decimal (decimal com ponto)

Os octetos estão divididos em 2 partes:

• Endereço de rede

• Endereço de host

Associado a um endereço existe sempre uma máscara

• Aplica-se a máscara ao endereço para identificar rede e host

143.107.111.1

143.107.111.1/24 ou 143.107.111.1 / 255.255.255.0

Endereçamento IP

CE

172.16.1.0/24 172.16.1.1/24 172.16.1.2/24

172.16.4.12/30

172.16.3.0/24

172.16.2.0/24

172.16.16.0/24

172.16.4.13/30

172.16.4.14/30

172.16.2.1/24 172.16.3.1/24 172.16.3.2/24 172.16.16.1/24

172.16.2.10/24 172.16.3.32/24 172.16.4.32/24

172.16.17.8/30

172.16.17.9/30

172.16.17.10/30

Exemplo de Rede

Agenda


Modelo OSI x TCP/IP


Internet Protocol

Intervalo

Roteamento


Protocolos TCP


Porque endereços de redes?

E1 E0

Porque um roteador só “roteia”

pacotes entre redes diferentes

Rede A

172.17.0.0 / 255.255.0.0

Rede B

172.16.0.0 / 255.255.0.0

- Rede A = de 172.17.0.0 até 172.17.255.255

- Rede B = de 172.16.0.0 até 172.16.255.255

Funções do roteador de pacotes

Roteamento = contrução de mapas

(tabelas) e definição de direções

(portas) - Camada 3

Switching = mover pacotes entre

interfaces - Camada 2

Switching = Encaminhamento

Funções do roteador de Pacotes

Roteamento

H-IP Payload H-Enlac

H-IP Payload Encaminhamento

H-IP Payload

H-IP Payload H-Enlac

RIB FIB

Layer 2 Layer 2

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Interface 1 Interface X 1

2

3

4

5

6

7

Tabela de Roteamento

Lista de rotas para uma determinada rede de destino

1

4

CE

172.16.1.0/24 172.16.1.1/24 172.16.1.2/24

172.16.4.12/30

172.16.3.0/24

172.16.2.0/24

172.16.4.13/30

172.16.4.14/30

172.16.2.1/24 172.16.3.1/24 172.16.3.2/24

172.16.2.10/24 172.16.3.32/24

172.16.16.0/24

172.16.4.32/24

172.16.17.8/30

172.16.17.9/30

172.16.17.10/30

Tabela de Roteamento

Lista de rotas para uma determinada rede de destino

1

4

172.16.16.1/24

172.16.16.0/24

172.16.3.32/24

172.16.17.8/30

172.16.17.9/30

172.16.17.10/30

Tabela de Roteamento - Roteador X

Rede IP Destino Gateway Métrica

172.16.16.0/24 conectado 0

172.16.17.8/30 conectado 0

172.16.4.12/30 172.16.17.9 2

0.0.0.0 172.16.17.9 1

Construindo a tabela de roteamento

Estáticas • Rotas manualmente definidas

Dinâmicas • Rotas aprendidas dinâmicamente através de um protocolo de roteamento

Rotas estáticas

Rotas configuradas manualmente

Úteis quando existe somente uma rota de saída

Frequentemente usadas como rotas default

Default Routes

Rotas usadas se durante o roteamento de um pacote nenhuma rota mais específica for encontrada para o mesmo (best match)

Pode ser introduzida na tabela por protocolos de roteamento

Protocolos de Roteamento

Os protocolos de roteamento podem ser:

• IGP (Interior Gateway Protocol)

• RIP

• OSPF

• IS-IS

• EGP (Exterior Gateway Protocol)

• BGP-4

Agenda


Modelo OSI x TCP/IP


Internet Protocol

Intervalo

Roteamento


Protocolos TCP


Que endereços identificam as máquinas

Endereço físico identifica

lógicamente a máquina no

segmento físico e é usado

nos quadros ethernet

Endereço IP identifica a

rede, segmento de rede e a

máquina nos pacotes IP

MAC Address

1234.5678.9ABC

0000.0cXX.XXXX

First 24 bits = Manufacture Code

assigned by IEEE

XXXX.XX00.0001

Second 24 bits = Specific interface,

assigned by Manufacture

48 Bit Hexadecimal (Base16) Unique Layer two address

Quadro Ethernet (Camada de Enlace)

DESTINO

1111.1111.1111

ORIGEM

2222.2222.2222

Host A

1111.1111.1111 2222.2222.2222

Host B

DADOS

00101011001100

FFFF.FFFF.FFFF

BROADCAST = DESTINADO A TODAS AS ESTAÇÕES

Host A

1111.1111.1111

3333.3333.3333

R1

2222.2222.2222

Como os end. MAC são aprendidos pelos

computadores e roteadores

ARP = Address Resolution Protocol

Host B quer se comunicar com Host A

Host B envia um ARP REQUEST para o Host A

O ARP REQUEST chega a todas as estações (broadcast)

Host A envia um ARP REPLY para o Host B

Agora, tanto Host A como Host B conhecem seus respectivos endereços MAC

R1 também escutou o broadcast e aprendeu o endereço de B

Os endereços são armazenados durante um tempo fixo no cache local das máquinas

• RFC 826 (não especifica timeout)

Host B

Exemplo

DESTINO

FFFF.FFFF.FFFF

ORIGEM

2222.2222.2222

Host A 20.20.20.1

1111.1111.1111 2222.2222.2222

Host B (20.20.20.2)

DESTINO

20.20.20.1

EXEMPLO: ARP REQUEST

ORIGEM

20.20.20.2

DADOS

ARP REQUEST

DESTINO

2222.2222.2222

ORIGEM

1111.1111.1111

DESTINO

20.20.20.2

ORIGEM

20.20.20.1

DADOS

ARP REPLY

EXEMPLO: ARP REPLY

ARP TABLE DO HOST B:

IP MAC

20.20.20.1 1111.1111.1111

Roteando pacotes entre redes

.1

172.16.15.0/24 172.16.17.8/30

.9 .10

.1 172.16.16.0/24

.32

.2

172.16.16.32 172.16.16.1 DADOS

IP Origem IP Destino DADOS

172.16.16.32 172.16.16.1 DADOS


Tabela de Roteamento - Roteador X


172.16.15.0/24 conectado 0

172.16.17.8/24 conectado 0

0.0.0.0 172.16.17.9 1

172.16.16.32 172.16.15.1 DADOS


Tabela de Roteamento - Roteador Y


172.16.16.0/24 conectado 0

172.16.17.8/30 conectado 0

0.0.0.0 172.16.17.9 1

Y X

Agenda


Modelo OSI x TCP/IP


Internet Protocol

Intervalo

Roteamento


Protocolos TCP / UDP

Voice-sobre-IP

Parte da família de protocolos TCP/IP

Permite a transferência de dados orientada a conexão

RFC 793

Padrão para Internet

Transmission Control Protocol (TCP)

Por que surgiu o protocolo TCP?

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Definir uma comunicação fim-a-fim que garanta a entrega dos pacotes

O que fazem os componentes da camada de transporte:

Recebem dados das aplicações e os segmenta

Podem oferecer detecção e correção de erro de transmissão

Multiplexação

Cobrir algumas funções

inerentemente não realizadas pelo

protocolo IP

TCP recebe dados da aplicação e os segmenta

O tamanho do pacote é definido pela camada de enlace (Ex: Ethernet é 1518 bytes)

O TCP recebe os dados da aplicação (ex: um arquivo de 5K bytes) e o segmenta em pacotes que possam ser transmitidos pelo protocolo da camada de enlace

No receptor, o TCP remonta o arquivo a partir dos pacotes recebidos e o entrega a aplicação destino

Segmentação

O TCP oferece um serviço de transporte orientado a conexão

Antes que qualquer dado seja transferido, os peers TCP trocam informações de configuração e criam uma conexão

A conexão é um acordo para se trilhar os pacotes que são enviados entre os dois peers

O computador que envia o pacote espera receber um reconhecimento do computador destino

Se o computador originador não recebe o reconhecimento, ele reenvia o pacote até que este seja reconhecido ou que seja determinado que a entrega dos dados não seja possível.

Detecção e correção de erro

Aplicação

Rede

Enlace

Física

Transporte

Rede

Enlace

Física

Transporte

Os ports são divididos em grupos:

Well Known Ports: 0 – 1023

Aplicações “Clássicas”

Usualmente privilégio root

Registered Ports: 1024 – 49151

Aplicações proprietárias

Privilégio de usuário

Dynamic Ports: 49152 - 65535

Exemplos:

Telnet – 23

FTP DATA – 20

FTP Control – 21 SMTP - 25

Secure Shell - 22

HTTP - 80

HTTPS - 443

Referências

http://www.iana.org/assignments/port-numbers

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_TCP_and_UDP_port_numbers#.28Registered.29_Ports_1024_to_49151

A1 A2 An

Multiplexação - Portas TCP




http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_TCP_and_UDP_port_numbers

TCP usa um mecanismo de handshake para o estabelecimento de uma conexão chamada 3-way handshake. O mecanismo consiste nos dois sistemas envolvidos no estabelecimento da conexão enviarem mensagens SYN e ACK confirmando sua participação.

TCP conhece o estado da conexão através das mensagens de SYNchronize e ACKnowledge durante seu estabelecimento.

Conexões TCP – Three-way handshake

TCP – Terminação da conexão

Parte da família de protocolos TCP/IP

Permite a transferência de dados não orientada a conexão (Best Effort)

RFC 768

Padrão para Internet

User Datagram Protocol (UDP)

Segmentação

Transferência de único pacote

Registro indivisível – não é um fluxo

Detecção e correção de erro

Deteção através de checksum

Não faz correção

UDP - Segmentação e tratamento de

erros

Connectionless Protocol No connection

No Sequence, Acknowledgement or Flag Fields in packet

Commonly used for broadcasts

Multiplexação

Uses ports like TCP SNMP is UDP port 161

TFTP is UDP port 69

User Datagram Protocol

Agenda


Modelo OSI x TCP/IP


Intervalo

Internet Protocol

Roteamento


Protocolos TCP / UDP

Voice-sobre-IP

Telefonia Hoje

Centrais Digitais

Utilização de TDM

Voz é transmitida em pacotes multiplexados no tempo

Comunicação orientada a conexão

Banda dedicada = garantia de qualidade

Características importantes para voz: • Garantia de banda

• Perda

• Atraso

• Jitter – Variação do atraso

Analog Audio Source

= 0101

Voice to Digits:

Pulse Code Modulation (PCM)

G.711 Pulse Code Modulation (PCM) is the DS0 (64 kbps)

or “channel”

Everything

Is Bits

Sample

Quantize

Encode

Frame

4000 Hz

Analog

Signal

= Sample 8,000/sec

Nyquist Frequency

Quantize 256 Steps

Using 8 Bits

DS0

64 Kbps

Voice CODEC Cheat Sheet

Encoding Compression

G.711

PCM 4.1 64

Mean Opinion Score

Native Bit Rate

Kbps

G.729

CS-ACELP 3.92 8

G.729a

CS-ACELP 3.7 8

G.723.1

ACELP 3.65 5.3

G.726

ADPCM 3.85 32

G.728

LD-CELP 3.61 16

Ch. 1 Ch. 2 Ch. 3 Ch. 4 Ch. 5

Ch. 6

Ch. 24

Chs.

7-23

Analog or Digital

Interface Cards

INPUTS OUTPUT

Ch 1 Ch 2 Ch 3 Ch 4 Ch 5 Ch 6 Ch 24 Chs 7-23

Framing

Bit

(8000 per Second)

Eight Bits from

Each Channel Input

In Sequential Order

Next Frame

Framing

Bit

T1

Multiplexer

Each Input

Represents

64 kbps

64 kbps x 24 = 1.536 Mbps

Add Framing Bits = 8 Kbps

Total Bit Rate: 1.544 Mbps = “T1”

8,000 Frames per Second

(1 Frame per 125 µs)

Ch 1, etc

Aggregating Voice Channels: Time Division Multiplexing (TDM) in a T1/E1 Channel Bank

64 kbps x 32 = 2.048 Mbps = “E1”

with 30 voice, 1 framing & 1 signaling channel

Nota: sistemas modernos podem utilizar apenas um canal de sinalização

Convergência

Voice-sobre-IP (VoIP)

VOIP é a transmissão de voz em uma rede IP

IP não é orientado a conexão

IP não garante as características importantes para voz: • Garantia de banda

• Perda

• Atraso

• Jitter – Variação do atraso

Como garantir a qualidade da voz em redes IP?

Utilizando técnicas de QoS (qualidade de serviço)!

Perguntas

Qual a unidade básica, que representa um canal de voz, em um sistema

de telefonia? Qual a sua banda?

DS0. 64 Kbps.

Qual a banda de um E1? Como são compostos os seus canais?

2 Mbps. 30 canais úteis e 2 de sinalização (podendo ser apenas 1).

Qual o desafio na transmissão de voz em uma rede IP? Como solucionar

este desafio?

Uma rede IP não possui garantia dos requisitos necessários para

qualidade da transmissão da voz, tais como banda, atraso, perda,

latência e jitter. Com a utilização das técnicas de QoS para

proporcionar uma transmissão da voz dentro dos requisitos

mínimos.

Conhecimento Aplicado

Rafael Rocha

Sales Engineer

[email protected]

Servidores Switch Core

116

Exemplo 1

Switches Acesso

Laptop

PC / Workstation

Computadores

Internet

Roteador

Link Wan

UTP

Fibra

Wan

Firewall

117

Exemplo 2

Internet

Matriz

Operadora

UTP

Fibra

Wan

Filial 1

Filial 2

Filial 3

Filial 4

118

Exemplo Prédio

119

Exemplo Prédio

120

Exemplo Prédio

121

Exemplo Prédio

Laptop

PC / Workstation

3 Andar

UTP

Fibra

Wan

PC / Workstation

2 Andar

1 Andar

122

Exemplo Prédio

Laptop

PC / Workstation

Shaft

Cabeamento Horizontal

Cabeamento Vertical / Backbone

PC / Workstation

Sala de Telemática /

Cabeamento / Armário

de Telecomunicações

CPD / Datacenter / Sala de

Equipamentos

Área de

trabalho.

Baias de

funcionários.

123

Redundância

Shaft

Norte

UTP

Fibra

Wan

CPD / Datacenter

Shaft

Sul

De equipamento

De caminho

124

Network Design Flexibility

Application

Servers

Switch Cluster Core

Campus

Large Closet

Chassis

Medium Closet

Stackable Large Closet

Stackable

Small Closet

Stackable

Centralized Core

Or

Distributed Core

Simple Two Tier Architecture

125

Network Design Flexibility

Application

Servers

Switch Cluster Core

Campus

Distribution Switch

Cluster

Distribution

Switch

Optional

Distribution Layer

Add It When You

Need It Centralized

or

Distributed

Layer 3

Campus

Large Closet

Chassis

Medium Closet

Stackable Large Closet

Stackable

Small Closet

Stackable

Centralized Core

Three Tier Architecture

Meio de Transmissão

Normalmente os acessos aos micros, estações e servidores é feito em

cabos de cobre (UTP).

Normalmente os enlaces entre os switches de acesso e core é feito em

cabos de fibra ótica.

A distância máxima que o comprimento de uma interconexão pode

ter depende da velocidade e tipo de mídia.

Existem dois tipos básicos de fibra ótica, multimodo e monomodo.

multimodo: menor custo e menor distância

monomodo: maior custo e maior distância

Par trançado Recomendado para cabeamento vertical

Menor custo

Maior facilidade de operação/manutenção

Menor imunidade a ruídos e interferência

Fibra ótica Recomendado para cabeamento horizontal

Maior custo

Maior complexidade para operação/manutenção

Maior imunidade a ruídos e interferência


Par trançado Formado de 8 fios de cobre divididos em 4 pares

Cada par é trançado para formar um par balanceado – mesma amplitude, fases opostas

Objetivo de reduzir a interferência eletromagnética

UTP – unshielded twisted pair

Um par para transmissão; um par para recepção

Distância máxima de 100 metros

Gigabit Ethernet utiliza 4 pares (8 fios) para transmitir e receber simultaneamente

Conector RJ-45


Categorias de Cabo de Cobre

Categoria Velocidade Máxima Frequência

Cat 5 100 Mbps (2 pares);

1 Gbps (4 pares)

100 MHz

Cat 5e 1 Gbps 100 MHz

Cat 6 1 Gbps 250 MHz

Cat 6e 10 Gbps 500 MHz

Cat 6a 10 Gbps 625 MHz

Fonte: Nortel Data Networking Technology

Especificado pela norma ANSI/TIA/EIA 568-B-2 (2002)

American National Standads Institute (ANSI);

Eletronics Industries Association (EIA);

Telecommunicatioms Indrustry Associantion (TIA).

Recomendado utilizar CAT5e ou superior

Estes padrões utilizam 4 pares trançados e conector RJ-45

Vantagens da Fibra ótica • Maior capacidade

• Grandes distâncias

• Baixa taxa de erros

• Imunidade a ruídos e interferências

• Seguro

• Leve e pequeno


Comunicação Full-Duplex

Par de fibras Uma fibra é RX

Uma fibra é TX


Transceiver

Interface elétrica – ótica; Determina o padrão a ser utilizado

Multimodo ou Monomodo

Distância máxima


GBIC

SFP ou miniGBIC


Tipos diferentes de conectores

IEEE – Nomenclatura Meio Físico Nortel Data Networking Technology

Código Descrição

10 Rede opera a 10 Mbps

G Gigabit Ethernet

Base Sinalização banda básica

T Par trançado

X Full duplex

F Fibra ótica

10Base-T

10 indica a velocidade de 10 Mbps

Base indica a sinalização banda básica

T indica Par Trançado


Mídia Velocidade Padrão Distância Máxima

Cobre 10 Mbps 10Base-T 100 metros

Cobre 100 Mbps 100Base-T 100 metros

Fibra Multimodo 100 Mbps 100Base-FX 2 kilometros

Cobre 1 Gbps 1000Base-T 100 metros

Fibra Multimodo 1 Gbps 1000Base-SX 275 / 550 metros

Fibra Multimodo 1 Gbps 1000Base-LX 550 metros

Fibra Monomodo 1 Gbps 1000Base-LX 10 kilometros

Fibra Monomodo 1 Gbps 1000Base-ZX 70 kilometros

Fibra Multimodo 10 Gbps 10GBase-SR 2-26 / 2-33 metros

Fibra Monomodo 10 Gbps 10GBase-SR 2-66 / 2-82 / 2-300 metros

Fibra Monomodo 10 Gbps 10GBase-LR 10 kilometros

Fibra Monomodo 10 Gbps 10GBase-ER 40 kilometros

Cabeamento Não Estruturado

Imagine o que diria nesta situação ??

Você

Socorro !!!!!!!

Cabeamento Não Estruturado

http://www.mecatronicaatual.com.br/files/image/ethernet_figura_01a.jpg

http://images.quebarato.com.br/photos/big/6/6/163C66_2.jpg

Definição da Wikipedia

Cabeamento estruturado é a disciplina que estuda a disposição organizada e

padronizada de conectores e meios de transmissão para redes de informática e

telefonia, de modo a tornar a infra-estrutura de cabos independente do tipo

de aplicação e do layout. Permitindo a ligação a uma rede de: servidores,

estações, impressoras, telefones, switches, hubs e roteadores. O SCS

(Structure Cabling System) utiliza o conector RJ45 e o cabo UTP como mídias

padrão para transmissão de dados, uma analogia ao SCS é a tomada de

energia que permite a alimentação elétrica de um equipamento independente do

tipo de aplicação.

(07 de Julho de 2010)

Para o Brasil temos a norma técnia da ABNT: NBR 14565.

Cabeamento Estruturado

http://pt.wikipedia.org/wiki/Rede_de_computadores

http://pt.wikipedia.org/wiki/Servidor

http://pt.wikipedia.org/wiki/Esta%C3%A7%C3%A3o_de_trabalho

http://pt.wikipedia.org/wiki/Impressora

http://pt.wikipedia.org/wiki/Telefone

http://pt.wikipedia.org/wiki/Switch

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hub

http://pt.wikipedia.org/wiki/Roteador

http://pt.wikipedia.org/wiki/Conector_RJ45

http://pt.wikipedia.org/wiki/Cabo_de_par_tran%C3%A7ado

Cabeamento Estruturado Nortel Data Networking Technology

ABNT: NBR 14565:2000

NOTA - Os números 1 a 7

identificam os sete subsistemas

de um sistema de Cabeamento

Estruturado de Telecomunicações.

1 - Área de trabalho

2 - Rede secundária

3 - Armário de telecomunicações

4 - Rede primária nível 1

5 - Sala de equipamento

6 - Sala de entrada de

telecomunicações

7 - Cabo de interligação externo


Normalmente, o projeto de cabeamento estruturado é feito juntamente com o

projeto de engenharia civil e/ou arquitetura.

A execução do mesmo, atualmente, acontece como uma das etapas da obra de

contrução ou reforma.

Serviços de Telecomunicações

Enlaces de dados • Ponto a ponto

• Internet

• Frame Relay

• MPLS


Enlaces de dados • Ponto a ponto


Enlaces de dados • Internet


Enlaces de dados • Internet

• Conexão entre sites utilizando VPN Ipsec


Enlaces de dados • Frame Relay


Enlaces de dados • MPLS

Muito obrigado !!!

Rafael Rocha

Sales Engineering Coordinator

[email protected]

Classes de Endereçamento

Class A • 1st bit 0 • 1st octet 00000000 – 01111111

• 1.0.0.0 – 127.255.255.255 • Porção da rede é representada pelo primeiro octeto

Class B • 1st 2 bits 10 • 1st octet 10000000 – 10111111

• 128.0.0.0 – 191.255.255.255 • Porção da rede é representada pelos dois primeiros octetos

Class C • 1st 3 bits 110 • 1st octet 11000000 – 11011111

• 192.0.0.0 – 223.255.255.255 • Porção da rede é representada pelos três primeiros octetos

127.xx.yy.zz reservado para testes de loopback

Regra do

primeiro

octeto

Classe de Endereçamento

Class D • 1st 4 bits 1110

• 1st octeto 11100000 – 11101111 • Range de endereços: 224.0.0.0 – 239.255.255.255

• Reservado para multicast

Class E

• 1st 4 bits 1111

• 1st octeto 11110000 – 11111111 • Range de endereços 240.0.0.0 – 247.255.255.255

• Reservado para uso futuro e experimental

255.255.255.255 reservado como endereço de broadcast

Máscaras Default

Endereços

Classe A

255 0 0 0

11111111 00000000 00000000 00000000

Endereços

Classe B

255 255 0 0

11111111 11111111 00000000 00000000

255 255 255 0

11111111 11111111 11111111 00000000

Endereços

Classe C

Problema com Endereçamento por

Classes – Máscaras Fixas

Número de Redes Número de Hosts

Classe A 126 16.777.214

Classe B 16.382 65.534

Classe C 2.097.152 254

Desperdício de endereços IP

Endereços IP estavam acabando

Eliminação das máscaras fixas

Subnet -> divisão das redes em partes menores

Supernet -> agregação de redes

Solução: CIDR / VLSM

• Classless Interdomain Routing

• Variable Length Subnet Masks

Conceito de subrede

Endereço IP

Classe A

00001010 00000000 00001000 00000101

11111111 11111111 11111000 00000000

10 0 8 5

Consiste em emprestar alguns dos bits da parte do host para

representarem partições (subnets) da rede.

Máscara

default

Máscara

de

subrede

11111111 00000000 00000000 00000000

Endereço IP

binário

REDE SUBREDE HOST

Cálculo do endereço de rede

• Passo 1: Transforme tudo em binário

Endereço IP 10100100 00010000 01111100 00000110

Subnet

Mask 11111111 11111111 11111000 00000000

• Passo 2: Efetue a multiplicação (AND lógico)

Network 10100100 00010000 01111000 00000000

• Passo 3: Volte para decimal

164 16 120 0

164 16 124 6

Problema com Endereçamento por

Classes – Máscaras Fixas

Número de Redes Número de Hosts

Classe A 126 16.777.214

Classe B 16.382 65.534

Classe C 2.097.152 254

Desperdício de endereços IP

Endereços IP estavam acabando

Endereços Privados

Estes não são roteados na Internet; podem ser repetidos livremente

NAT - Network Address Translation

The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved the

following three blocks of the IP address space for private internets:

• 10.0.0.0 - 10.255.255.255 (10/8 prefix)

• 172.16.0.0 - 172.31.255.255 (172.16/12 prefix)

• 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (192.168/16 prefix)

introdução aos conceitos básicos de redes de dadosbr.westcon.com/documents/46343/conceitos de...

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