redes 20112 aula02

Introdução

Introdução às Redes de Computadores

Edmar José do NascimentoRede de Computadores

http://www.univasf.edu.br/˜edmar.nascimento

Universidade Federal do Vale do São FranciscoColegiado de Engenharia Elétrica

Introdução

Roteiro

1 IntroduçãoUso das Redes de ComputadoresHardware de RedeSoftware de RedeModelos de ReferênciaExemplos de Rede

Introdução

Uso das Redes de Computadores

Roteiro


Introdução


Definições

Uma rede de computadores é formada por um conjunto demódulos processadores capazes de trocar informações ecompartilhar recursos, interligados por um sistema decomunicação (meios de transmissão e protocolos).

Introdução


Usos das Redes de Computadores

As redes de computadores possuem diversas aplicaçõescomerciais e domésticasAs aplicações comerciais proporcionam

Compartilhamento de recursos: impressoras, licenças desoftware, etc.Maior confiabilidade por meio de replicação de fontes dedadosEconomia de dinheiro: telefonia IP (VoIP), vídeoconferência, etc.Meio de comunicação eficiente entre os empregados daempresa: e-mail, redes sociais, etc.Comércio eletrônico

Introdução


Modelo Cliente-Servidor

Uma configuração muito comum em redes decomputadores emprega o modelo cliente-servidor

O cliente solicita o recurso ao servidor

Introdução


Modelo Cliente-Servidor

No modelo cliente-servidor, um processo cliente em umamáquina se comunica com um processo servidor na outramáquina

O termo processo se refere a um programa em execuçãoUma máquina pode rodar vários processos clientes eservidores simultaneamente

Introdução


Aplicações Domésticas

As aplicações domésticas proporcionamAcesso a informações remotas: jornais, bibliotecas digitais,etc.Comunicação entre as pessoas: twitter, orkut, facebook,messenger, etc.Entretenimento interativo: distribuição de músicas, filmes,etc.Comércio eletrônicoJogos

Introdução


Usuários Móveis

Recentemente, a parcela de usuários móveis conectadosàs redes aumentou significativamente

Notebooks superaram os desktops em quantidade devendasTablets e smartphones se tornaram os novos sonhos deconsumoMódulos de GPS se tornaram indispensáveis nas grandescidades

As aplicações para usuários móveis estão aumentando acada dia

Pagamento de contas com o celularParquímetros sem fio

Introdução


Questões Sociais

Com a popularização e a massificação das redes decomputadores surgiram questões de natureza social queaté então não eram notadas

Pontos de vista polêmicos abordando temas como sexo,política, religião ou racismoApologia a "coisas"proibidasPirataria fora de controlePolíticas de espionagem das empresasGrandes corporações como o Google traçando perfis apartir do comportamento dos usuáriosRoubo de identidade (phishing)

Introdução

Hardware de Rede

Roteiro


Introdução

Hardware de Rede

Hardware de Rede

O hardware de rede varia bastante de acordo com o tipode rede

Dentre os muitos critérios para classificar uma rede,destacam-se: a tecnologia de transmissão e a escalaSegundo a tecnologia de transmissão, as redes sãoclassificadas em

Redes de difusão (broadcast)Redes ponto-a-ponto

Segundo a escalaRedes pessoaisRedes locaisRedes metropolitanasRedes a longas distânciasRedes interligadas

Introdução

Hardware de Rede

Tecnologia de Transmissão

Redes de difusãoTodas as máquinas compartilham um único canalComunicação por meio de pacotes endereçadosO endereçamento pode ser

Para uma máquina específica (unicast)Para todas as máquinas da rede (broadcast)Para um subconjunto de máquinas da rede (multicast)

Redes ponto-a-pontoConexões entre pares de máquinasOcorre o roteamento roteamento dos dados

Introdução

Hardware de Rede

Escala

Em relação a escala, as redes são classificadas de acordocom a tabela abaixo

Introdução

Hardware de Rede

Redes Pessoais

As redes pessoais (PAN - Personal Area Networks)permitem que dispositivos se comuniquem pelo alcancede uma pessoaSão exemplos de redes pessoais

Computador ligado aos seus periféricosFone ligado ao celular via Bluetooth

Introdução

Hardware de Rede

Redes Locais

As redes locais (LAN - Local Area Networks) sãonormalmente redes privativas que permitem ainterconexão de equipamentos presentes em umapequena região (um prédio ou uma universidade ou quetenha poucos quilômetros de extensão)

As LANs podem ser cabeadas, sem fio ou mistasAtualmente as LANs cabeadas mais usadas usam opadrão IEEE 802.3

Para melhorar a eficiência, cada computador é ligado porum cabo a uma porta de um comutador (switch)Dependendo do cabeamento e tecnologia usados, essasredes atingem velocidades de 100Mbps, 1Gbps ou até10GbpsHoje em dia, hubs raramente são usados

Introdução

Hardware de Rede

Redes Locais

Com a preferência do consumidor por notebooks, as LANssem fio ficaram bastante populares

O padrão mais utilizado é o IEEE 802.11 conhecido comoWiFi

A versão mais recente, o 802.11n, permite alcançarvelocidades da ordem de 300Mbps

LANs sem fio são geralmente interligadas à rede cabeadaatravés de um ponto de acesso

Introdução

Hardware de Rede

Redes Metropolitanas

Uma rede metropolitana (MAN - Metropolitan AreaNetwork) é basicamente uma grande versão de uma LANonde a distância entre os equipamentos ligados à redecomeça a atingir distâncias metropolitanas (uma cidade)

Exemplos de MANs são as redes de TV a cabo e as redesIEEE 802.16 (WiMAX)

Introdução

Hardware de Rede

Redes a Longas Distâncias

Uma rede a longas distâncias (WAN - Wide Area Network)é uma rede que cobre uma área geográfica grande,usualmente um país ou continente. Os hospedeiros darede são conectados por uma sub-rede de comunicação

A sub-rede é composta de dois elementos: linhas detransmissão e elementos de comutação (roteadores)

Introdução

Hardware de Rede

Redes a Longas Distâncias

Nos enlaces de longa distância em redes WAN sãousadas tecnologias que permitem o tráfego de grandesvolumes de dados: SONET, SDH, etc.

Quando não há cabos, satélites podem ser utilizados emparte dos enlaces

A sub-rede é em geral operada por uma grande empresade telecomunicações conhecida como provedor de serviçode Internet (ISP - Internet Service Provider)

Introdução

Hardware de Rede

Redes Interligadas

Redes heterogêneas espalhadas pelo mundo podes serinterconectadas umas as outras formando uma redeinterligada ou internet

Para se referir à rede mundial de computadores se utiliza apalavra Internet com "i"maiúsculo

Introdução

Software de Rede

Roteiro


Introdução

Software de Rede

Hirarquia de Protocolos

A maioria das redes é organizada como uma pilha decamadas (níveis) colocadas umas sobre as outras

Cada camada oferece alguns serviços para as camadassuperiores escondendo os detalhes de implementaçãodesses serviços

A camada n de uma máquina se comunica com a camadan de outra máquina

As regras e convenções usadas na comunicação entrecamadas de mesmo nível são conhecidas como umprotocolo da camada n

As entidades que ocupam as mesmas camadas emdiferentes máquinas são chamadas de pares

Introdução

Software de Rede


Camadas, protocolos e interfaces

Introdução

Software de Rede


A transmissão de dados ocorre realmente de uma camadapara a camada imediatamente inferior ou superior

Entre camadas adjacentes existe uma interface

Uma interface define um conjunto de operações e serviçosque a camada inferior tem a oferecer à camada superior

As interfaces devem ser claras de modo a reduzir o fluxode dados e simplificar a substituição da implementação dacamada

As implementações dos protocolos podem ser diferentes,contanto que os serviços sejam oferecidos

Introdução

Software de Rede


Um conjunto de camadas e protocolos é chamado dearquitetura de rede

Os detalhes da implementação nem a especificação dasinterfaces pertencem à arquitetura

Uma lista com os protocolos usados em um determinadosistema é chamada de pilha de protocolos (um protocolopor camada)

Introdução

Software de Rede


Exemplo de uma comunicação em camadas: arquiteturafilósofo-tradutor-secretária

Introdução

Software de Rede


Cada camada acrescenta o seu cabeçalho a fim depermitir que a mensagem seja entregue corretamenteCabeçalhos podem conter endereços, números deseqüência, tamanhos, etc.

Introdução

Software de Rede

Questões de Projeto

Existem algumas questões fundamentais de projeto deredes de computadores que estão presentes em diversascamadas

Detecção e correção de erros para aumentar aconfiabilidadeNecessidade de mecanismos de endereçamentoEscalabilidade para lidar com o crescimento das redesEscolha de rotas (roteamento)Lidar com os problemas de interligação de redes(fragmentação, ordenação, etc.)Controle de fluxo quando o transmissor e o receptoroperam em velocidades diferentesQualidade de serviçoAcesso ao meio compartilhadoConfidencialidade

Introdução

Software de Rede

Serviços Orientados e não Orientados a Conexões

As camadas podem oferecer dois tipos diferentes deserviços às camadas superiores

Serviços orientados a conexõesServiços não orientados a conexões

Um serviço orientado a conexões segue a mesma idéia dosistema telefônico

Uma conexão deve ser estabelecida antes de se iniciar acomunicaçãoDepois de utilizada, a conexão é liberadaUma conexão funciona como um tubo ligando as duasextremidadesAs partes podem negociar os parâmetros da conexão

Introdução

Software de Rede


Um serviço não orientado a conexões segue a mesmaidéia do sistema postal

Cada mensagem carrega o endereço de origem e o dedestinoCada mensagem (pacote) é independente e dessa forma,pode seguir rotas diferentes

Esses dois tipos de serviços podem ainda ser confiáveisou não confiáveis

Em um serviço confiável, a mensagem sempre é entregueA confiabilidade requer a confirmação do recebimento

Introdução

Software de Rede


Seis diferentes tipos de serviço

Introdução

Software de Rede

Relacionamento entre Serviços e Protocolos

Serviços e protocolos são conceitos distintosUm serviço é um conjunto de primitivas (operaçõesbásicas) que uma camada oferece à camada situada acimaUm protocolo é um conjunto de regras que controla oformato e o significado dos pacotes ou mensagens que sãotrocadas pelas entidades pares em um camadaO protocolo pode ser alterado, desde que os serviços nãosejam alterados

Introdução

Modelos de Referência

Roteiro


Introdução



Dois modelos de referência para arquiteturas de redesmerecem destaque: OSI e TCP/IPModelo de referência ISO OSI (Open SystemsInterconnection)

Modelo destinado à interconexão de sistemas abertosPossui 7 camadas: física, enlace de dados, rede,transporte, sessão, apresentação e aplicação

Introdução


Modelo OSI

Modelo OSI com as suas sete camadas

Introdução


Modelo OSI

Para se chegar nas sete camadas do modelo OSI, foramaplicados os seguintes princípios

Uma camada deve ser criada onde houver necessidade deoutro grau de abstraçãoCada camada deve executar uma função bem definidaA função de uma camada deve ser escolhida tendo emvista a definição de protocolos padronizadosinternacionalmenteOs limites das camadas devem ser escolhidos paraminimizar o fluxo de informações pelas interfacesO número de camadas deve ser grande o bastante paraque funções distintas não precisem serdesnecessariamente colocadas na mesma camada epequeno o suficiente para que a arquitetura não se tornedifícil de controlar

Introdução


Modelo OSI

O modelo OSI não é uma arquitetura de rede, pois nãoespecifica os serviços e protocolos que devem ser usadosem cada camada

O modelo OSI informa apenas o que cada camada devefazerCamada física

A sua função é assegurar o transporte de bits através deum meio de transmissãoDessa forma, as questões de projeto dessa camada estãoligadas a níveis de tensão, tempo de bit, interfaces elétricase mecânicas, quantidade de pinos, sentidos dacomunicação, etc.

Introdução


Modelo OSI

Camada de enlace de dadosA sua principal função é transmitir quadros entre duasmáquinas ligadas diretamente, transformando o canal emum enlace de dados confiávelDivide os dados em quadros e os envia seqüencialmenteRegula o tráfegoDetecta a ocorrência de erros ocorridos na camada físicaEm redes de difusão, uma subcamada de controle deacesso ao meio é inserida para controlar o acesso ao canalcompartilhado

Introdução


Modelo OSI

Camada de redeA sua função é encaminhar pacotes entre a máquina deorigem e a máquina de destinoO roteamento pode ser estático ou dinâmicoRealiza o controle de congestionamentoResponsável pela qualidade de serviçoTem que permitir que redes heterogêneas se comuniquem,sendo assim, deve lidar com questões comoendereçamento, tamanho dos pacotes e protocolosheterogêneos

Introdução


Modelo OSI

Camada de transporteA sua função básica é efetuar a comunicação fim-a-fimentre processos, normalmente adicionando novasfuncionalidades ao serviço já oferecido pela camada deredePode oferecer um canal ponto a ponto livre de erros comentrega de mensagens na ordem correta

Camada de sessãoA sua função é controlar quem fala e quando, entre aorigem e o destino (analogia com operações críticas embancos de dados)

Introdução


Modelo OSI

Camada de apresentaçãoA sua função básica é transformar a sintaxe dos dados(forma de representação) sem afetar a semânticaGerencia estruturas de dados abstratas

Camada de aplicaçãoContém uma série de protocolos necessários para osusuáriosÉ nessa camada que o usuário interage

Introdução


Modelo TCP/IP

Arquitetura voltada para a interconexão de redesheterogêneas (ARPANET)

Posteriormente, essa arquitetura ficou conhecida comomodelo TCP/IP graças aos seus principais protocolos

O modelo TCP/IP é composto por quatro camadas:enlace, internet, transporte e aplicação

Introdução


Modelo TCP/IP

Camada de enlaceNão é uma camada propriamente dita, mas uma interfaceentre os hospedeiros e os enlaces de transmissão

Camada internet (camada de rede)Integra toda a arquitetura, mantendo-a unidaFaz a interligação de redes não orientadas a conexãoTem o objetivo de rotear as mensagens entre hospedeiros,ocultando os problemas inerentes aos protocolos utilizadose aos tamanhos dos pacotesTem a mesma função da camada de rede do modelo OSIO protocolo principal dessa camada é o IP

Introdução


Modelo TCP/IP

Camada de transportePermite que entidades pares (processos) mantenham umacomunicaçãoForam definidos dois protocolos para essa camada: TCP(Transmission Control Protocol) e UDP (User DatagramProtocol)O TCP é um protocolo orientado a conexões confiável quepermite a entrega sem erros de um fluxo de bytesO UDP é um protocolo não orientado a conexões, nãoconfiável e bem mais simples que o TCP

Camada de aplicaçãoContém todos os protocolos de nível mais alto

Introdução


Modelo TCP/IP

Modelo TCP/IP e seus protocolos

Introdução



O modelo de referência usado no livro do Tanenbaum e doKurose é um modelo em cinco camadas: física, enlace,rede, transporte e aplicação

Introdução


OSI versus TCP/IP

O modelo OSIO modelo foi concebido antes dos protocolosO modelo explicita a distinção entre serviços, interfaces eprotocolosPossui 7 camadasNa camada de rede podem existir serviços orientados àconexão e não orientados à conexãoNa camada de transporte só existem serviços orientados àconexão

Introdução


OSI versus TCP/IP

O modelo TCP/IPOs modelo protocolos foram concebidos antes do modeloPossui 4 camadasNa camada de rede só existe serviço não orientado àconexãoNa camada de transporte podem existir serviçosorientados à conexão e não orientados à conexão

Introdução


OSI versus TCP/IP

Nem o OSI nem o TCP/IP são modelos perfeitos, sendocada um alvo de críticasO modelo OSI não se tornou popular por algumas razões

O modelo OSI foi lançado em um momento ruim em que osprotocolos TCP/IP já estavam sendo bastante utilizadosTecnologia ruim: a escolha das sete camadas foi uma falhagrave no modelo, além do fato dele ser bastante difícil deimplementarImplementações ruins: os protocolos do OSI eram bastantelentos e pesados se comparados com os protocolos doTCP/IPPolítica ruim: o TCP/IP era implementado no UNIX, alémde ser considerado uma criação de burocratas europeus

Introdução


OSI versus TCP/IP

O modelo TCP/IP apesar de ser bastante popular enfrentaalguns problemas

Ele falha em ser geral, ou seja, é complicado utilizá-lo parao projeto de novas redesEle não diferencia claramente os conceitos de serviços,interfaces e protocolosEle não faz distinção entre as camadas física e de enlacede dados

Introdução

Exemplos de Rede

Roteiro


Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

A Internet não é uma rede propriamente dita, mas sim umvasto conjunto de redes diferentes com protocolos eserviços comuns

A Internet teve suas origens no final da década de 1950 evem passando por diversas transformaçõesA Arpanet foi a precursora da Internet

Rede criada pela ARPA (Advanced Research ProjectsAgency) ligada ao departamento de defesa dos EstadosUnidosRede com comutação de pacotes com tolerância a falhasUniversidades americanas que tinham contratos com odepartamento de defesa atuavam no seu desenvolvimento

Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

A idéia era que a Arpanet pudesse resistir a guerras

Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

A sub-rede da Arpanet consistia de minicomputadores (osIMPs) conectados por linhas de 56 kbps (as melhores queo dinheiro podia comprar naquela época)

Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

Testes de comunicação entre hospedeiros situados emdiferentes universidades mostraram a necessidade dedesenvolver protocolos adequados

O TCP/IP foi implementado em diferentes plataformas

A versão 4.2BSB do Unix desenvolvido pela universidadede Berkeley vinha com o TCP/IP com uma interface desoquetes

A medida que a rede cresceu, foi necessário desenvolvero sistema de nomes de domínio DNS (Domain NameSystem)

Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

O crescimento da Arpanet (1969, 1970, 1971 e 1972)

Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

A Arpanet teve um impacto considerável nas pesquisasnos Estados Unidos, mas estava restrito às universidadescom contratos militaresA NSF (National Science Foundation) desenvolveu umrede que se integrou a Arpanet e depois decidiudesenvolver uma rede sucessora da ArpanetA NSF desenvolveu um backbone que permitia ligar váriasuniversidades, laboratórios de pesquisa e museusA rede da NSF era chamada de NSFNETCom a entrada de grandes empresas privadas, a rede seampliou formando a ANSNETA partir daí, os serviços de rede passaram a seroferecidos comercialmenteA partir de 1990, com o surgimento da World Wide Web, aInternet explodiu

Introdução

Exemplos de Rede

A Internet

O backbone da NSFNET em 1988

Introdução

Exemplos de Rede

Arquitetura da Internet

Atualmente, a Internet possui uma arquitetura similar àfigura abaixo

Introdução

Exemplos de Rede

Arquitetura da Internet

Para entrar na Internet, um usuário precisa se conectar aum ISP (Internet Service Provider)A forma como o usuário se conecta ao ISP varia

DSL (Digital Subscriber Line)Conexão discada (dial-up)CaboFTTH (Fiber to the home)

Os ISPs conectam suas redes nos IXPs (InterneteXchange Points)

Sala cheia de roteadores conectados por uma LAN de altavelocidade

No topo estão os ISPs da camada 1 que formam obackbone principal da Internet

Introdução

Exemplos de Rede

Redes de Telefonia Móvel 3G

O número de usuários de telefonia móvel supera com folgao número de computadores e de linhas de telefone fixosA evolução do sistema de telefonia móvel passou por 3gerações

1a geração: AMPS (Advanced Mobile Phone System)2a geração: D-AMPS, CDMA e GSM (Global System forMobile Communications)3a geração: UMTS (Universal Telecommunications System)também chamado de WCDMA (Wideband Code DivisionMultiple Access)

Introdução

Exemplos de Rede


O ponto de destaque de uma rede de telefonia móvel é areutilização do espectro

Introdução

Exemplos de Rede


Arquitetura da rede de telefonia móvel 3G UMTS

Introdução

Exemplos de Rede

LANs sem Fios: 802.11

As redes 802.11 (WiFi) operam em uma faixa defreqüências do espectro não licenciada (2,4 - 2,5 GHz ou5,725 - 5,825 GHz)

A potência de transmissão deve ser limitada a fim de queos dispositivos possam coexistir

A estrutura da rede pode incluir pontos de acesso (APs)ou não (redes ad hoc)Dependendo da versão, o esquema de modulação usadovaria

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) éusado no 802.11g

O 802.11n utiliza até quatro antenas a fim de alcançarvelocidades maiores

Introdução

Exemplos de Rede


Configurações de redes sem fio

Introdução

Exemplos de Rede


A transmissão sem fio enfrenta mais desafios que atransmissão guiada

Atenuação e desvanecimento de multipercursosTerminais ocultosNecessidade de mobilidade

Outro fator que merece destaque é a segurança, já que omeio físico é a princípio acessível a todos

Técnicas de criptografia como WEP (Wired EquivalentPrivacy) e WPA/WPA2 (WiFi Protected Access) sãoutilizadas

Introdução

Exemplos de Rede


Desvanecimento de multipercurso

Introdução

Exemplos de Rede


Problema do terminal oculto

Introdução

Exemplos de Rede

RFID e Redes de Sensores

A identificação por radiofreqüência (RFID - RadioFrequency IDentification) permite que objetos comunsfaçam parte de uma rede de computadores

Uma etiqueta RFID contém um pequeno microchip comum identificador exclusivo e uma antena que recebetransmissões de rádio

A tecnologia RFID pode ser passiva ou ativa (precisa deuma fonte de energia)Tipos de RFID

UHF RFID - carteiras de habilitaçãoHF RFID - passaportes, cartões de crédito, livros esistemas de pagamento sem contatoLF RFID - rastreamento de animais

Introdução

Exemplos de Rede


RFID em objetos

Introdução

Exemplos de Rede


Uma extensão das redes RFID são as redes de sensores

Introdução

Exemplos de Rede

Padronização de Redes

Várias organizações mundiais operam na padronização deredes e da Internet

ITU (International Telecommunication Union)ISO (International Standards Organization)IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)IETF (Internet Engineering Task Force)IAB (Internet Architecture Board)

Protocolos da Internet são descritos nos RFCs (Requestfor Comments)

Introdução

Exemplos de Rede

Grupos IEEE

redes 20112 aula02

Documents