Redes de Comunicao FEUP - web.fe.up.ptweb.fe.up.pt/~ssn/disciplinas/crc/redes-de- de Comunicao Computadores e Redes de Comunicao Mestrado em Gesto de Informao, FEUP 2004/07 Srgio Sobral Nunes mail: @fe.up.pt

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  • Redes de Comunicao

    Computadores e Redes de ComunicaoMestrado em Gesto de Informao, FEUP 2004/07

    Srgio Sobral Nunesmail: sergio.nunes@fe.up.ptweb: www.fe.up.pt/~ssn

    Baseado em Computer Networks and Internets, Douglas E. Comer. Prentice-Hall, 2004.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 2

    Sumrio

    Motivao e histria Ferramentas de gesto e diagnstico Transmisso de dados Comutao de pacotes Topologias de rede Protocolos Interligao de Redes Protocolos TCP/IP Aplicaes e Servios de Rede

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 3

    Motivao As primeiras redes locais foram implementadas para aumentar

    instalaes existentes. Por exemplo, atravs da partilha de dispositivos, impressoras ou discos externos.

    As redes de larga escala surgiram como resposta necessidade de partilha de poder computacional, associado ao elevado custo dos primeiros computadores digitais.

    A investigao desenvolvida pela ARPA foi determinante para o futuro das redes de comunicao. Desenvolvimento da ARPANET nos anos 70.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 4

    Breve Histria 60-70

    Partilha de dispositivos. Redes locais.

    70 Partilha de poder computacional. Departamento de Defesa dos EUA ARPANET.

    70-80 Investigao governo e academia. Protocolos TCP/IP.

    90 World Wide Web. Explorao comercial. Migrao para redes no governamentais.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 5

    Crescimento da Internet

    Crescimento da Internet, medido pelo nmero de computadores ligados rede (1981 a 2003).

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 6

    Comando ping ping envia uma mensagem e espera por uma resposta.

    Apresenta sumrios relativos aos tempos de transferncia (ida e volta). Ferramenta de diagnstico simples mas muito utilizada.

    gnomo> ping www.up.ptPING www.up.pt (193.137.55.13) 56(84) bytes of data.64 bytes from 193.137.55.13: icmp_seq=1 ttl=252 time=1.85 ms64 bytes from 193.137.55.13: icmp_seq=2 ttl=252 time=2.06 ms64 bytes from 193.137.55.13: icmp_seq=3 ttl=252 time=2.01 ms64 bytes from 193.137.55.13: icmp_seq=4 ttl=252 time=4.25 ms64 bytes from 193.137.55.13: icmp_seq=5 ttl=252 time=2.63 ms

    --- www.up.pt ping statistics ---5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4040msrtt min/avg/max/mdev = 1.853/2.563/4.250/0.884 ms

    gnomo> ping www.google.comPING www.google.akadns.net (66.102.11.104) 56(84) bytes of data.64 bytes from 66.102.11.104: icmp_seq=1 ttl=236 time=104 ms64 bytes from 66.102.11.104: icmp_seq=2 ttl=236 time=87.2 ms64 bytes from 66.102.11.104: icmp_seq=3 ttl=236 time=86.2 ms64 bytes from 66.102.11.104: icmp_seq=4 ttl=236 time=86.6 ms64 bytes from 66.102.11.104: icmp_seq=5 ttl=236 time=86.4 ms

    --- www.google.akadns.net ping statistics ---5 packets transmitted, 5 received, 0% packet loss, time 4044msrtt min/avg/max/mdev = 86.246/90.200/104.407/7.120 ms

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 7

    Comando traceroute traceroute permite determinar as mquinas intermdias no

    caminho para um destino remoto. No Windows tracert. Cada linha representa um computador intermdio no caminho

    entre a origem e o destino especificado (hop).gnomo> traceroute www.netbook.cs.purdue.edutraceroute to lucan.cs.purdue.edu (128.10.19.20), 30 hops max, 38 byte packets1 193.136.28.254 (193.136.28.254) 0.638 ms 0.372 ms 0.363 ms2 193.136.28.252 (193.136.28.252) 1.154 ms 0.769 ms 0.837 ms3 193.136.25.81 (193.136.25.81) 3.990 ms 1.622 ms 8.557 ms4 ROUTER15.GE.Porto.fccn.pt (193.136.4.37) 2.533 ms 3.272 ms 2.641 ms5 ROUTER11.GE.Porto.fccn.pt (193.137.4.2) 4.811 ms 4.778 ms 3.193 ms6 ROUTER8.GE.Lambda.Lisboa.fccn.pt (193.137.1.241) 7.858 ms 9.867 ms 8.369 ms7 ROUTER1.GE.Lisboa.fccn.pt (193.137.0.11) 10.322 ms 14.628 ms 8.169 ms8 fccn.pt1.pt.geant.net (62.40.103.177) 8.221 ms 8.484 ms 9.101 ms9 pt.uk1.uk.geant.net (62.40.96.69) 34.965 ms 38.954 ms 58.354 ms10 uk.ny1.ny.geant.net (62.40.96.169) 106.332 ms 109.594 ms 105.548 ms11 198.32.11.61 (198.32.11.61) 104.110 ms 105.105 ms 104.741 ms12 chinng-nycmng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.82) 134.299 ms 133.923 ms 137.245 ms13 iplsng-chinng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.77) 161.063 ms 138.466 ms 143.481 ms14 192.12.206.250 (192.12.206.250) 138.362 ms 145.344 ms 138.276 ms15 tel-210-m10-01-gp.tcom.purdue.edu (192.5.40.129) 139.315 ms 139.177 ms 139.618 ms16 tel-210-c6509-01-campus.tcom.purdue.edu (192.5.40.53) 140.527 ms 140.039 ms 141.898 ms17 * * *18 lucan.cs.purdue.edu (128.10.19.20) 140.650 ms 140.423 ms 140.937 ms

  • Transmisso de Dados

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 9

    Transmisso de Dados Ao nvel mais baixo, todas as comunicaes entre

    computadores, envolvem a codificao dos dados numa forma de energia e o envio dessa energia atravs de um meio de transmisso.

    Meios de transmisso Cabos de cobre Fibra ptica Rdio Satlite Micro-ondas Infravermelhos Laser

    Uso de voltagens para a transmisso de bits.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 10

    Cabos de Cobre Meio mais usado para ligar computadores. Vrios tipos de

    cabos tendo em vista a minimizao das interferncias: Unshielded Twisted Pair (UTP) Cabo Coaxial Shielded Twisted Pair (STP)

    Vantagens Boa condutividade. Baixo custo. Fcil instalao.

    Desvantagens Vulnervel ao rudo electromagntico.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 11

    Fibra ptica

    Emisso de um impulsos de luz atravs de uma fibra de vidro flexvel.

    Vantagens Imunes a interferncias

    electromagnticas. Menores perdas. Maior dbito.

    Desvantagens Interfaces dispendiosas. Resoluo de problemas difcil.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 12

    Rdio

    Utilizao da radiao electromagntica para transmisso de dados entre computadores. Uma rede deste tipo funciona numa determinada rdio frequncia.

    A dimenso da antena emissora/receptora determina o alcance da rede.

    No necessria uma ligao fsica directa.

    As redes wireless so um exemplo de aplicao.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 13

    Satlite Utilizados para transmisso ao longo de grandes distncias.

    Dois tipos em funo da altura da rbita: Geoestacionrios mantm-se sincronizados com a rotao da

    Terra. Instalados a 36.000Km de altura. Baixa rbita Terrestre Prxima dos 700Km.

    Uma configurao em malha pode ser utilizada com os satlites de baixa rbita, permitindo uma cobertura permanente. Nestes casos, uma comunicao em particular por recorrer a vrios satlites.

    Devido ao custo elevado de instalao inicial, comum vrias ligaes serem partilhadas pelo mesmo satlite.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 14

    Satlite

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 15

    Micro-Ondas

    Recurso radiao electromagntica em gamas de frequncia para alm daquelas utilizadas pela rdio ou televiso.

    Uma transmisso micro-ondas pode ser direccionada, ao contrrio do que acontece com as outras ondas. Permitem tambm o transporte de mais informao.

    Mais susceptveis a interferncias. A instalao feita com linha de vista.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 16

    Infravermelhos Tecnologia de radiao electromagntica usada nos

    telecomandos.

    Vantagens: Boa segurana. Ausncia dos problemas de interferncia. Espectro no licenciado.

    Desvantagens: Limitada a distncias curtas. Transmisso em linha de vista ou por reflexo.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 17

    Laser

    Um feixe de luz direccionado atravs do ar pode ser usado para transmitir dados.

    A transmisso feita em linha recta e no pode ser bloqueada.

    Muito vulnervel a interferncias por isso de uso limitado.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 18

    Sinal Contnuo Oscilatrio Uma corrente elctrica no pode ser propagada uma distncia

    arbitrria. H uma perda de sinal em funo da distncia devido resistncia.

    Os protocolos utilizados para comunicao local (p.e. RS-232) no podem ser utilizados em grandes distncias.

    Em transmisses de longa distncia um sinal contnuo oscilatrio propaga-se melhor do que outro tipo de sinais.

    Em vez de enviar um sinal que muda apenas com o valor, nas comunicaes de longa distncia, utilizado um sinal contnuo oscilatrio (portadora).

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 19

    Modulao

    Para enviar dados, o sinal alterado. De uma forma geral, estas alteraes so designadas por modulao.

    Tecnologia desenvolvida no contexto dos telefones, rdio e televiso.

    (a) Sinal digital. (b) Onda que resulta com a modulao. Valor 1 codificado reduzindo a 2/3 a onda, o valor 0 reduzindo a 1/3.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 20

    Modulao e Desmodulao

    Um aparelho que recebe uma sequncia de bits e aplica modulao a uma portadora de acordo com os bits recebidos, chamado modulador.

    Um aparelho que recebe uma portadora modulada e recria a sequncia de bits original, chamado desmodulador.

    Na prtica, as redes de comunicao funcionam nos dois sentidos por isso mais econmico juntar num nico aparelho as duas funes modem.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 21

    Multiplexagem

    Dois ou mais sinais que usem portadoras com frequncias diferentes, podem ser transmitidos em simultneo no mesmo meio sem interferncia.

    Multiplexagem permite que mltiplos pares de emissores/receptores, comuniquem sobre o mesmo meio em simultneo. Por diviso de frequncia, por diviso de tempo.

  • Transmisso de Pacotes

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 23

    Comutao de Pacotes A maioria das redes de computador no transfere os dados como uma

    cadeia de bits contnuos. Como, por exemplo, a rede telefnica tradicional ou as primeiras redes de computadores.

    Os dados so divididos em pequenos blocos, designados por pacotes, e enviados individualmente. Da as designaes de redes de pacotes e redes de comutao de pacotes.

    (1) A diviso em pequenos blocos, permite uma melhor deteco dos blocos que chegaram sem erros, e aqueles que no.

    (2) O recurso a pequenos blocos, permite a partilha equitativa dos recursos disponveis. Os recursos no so bloqueados por longos perodos.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 24

    Comutao de Circuitos

    Os recursos so reservados antecipadamente para a durao da conversao.

    A reserva esttica de recursos no adequada para suportar comunicao de dados entre computadores.

    Rede telefnica, RDIS.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 25

    Comutao de Pacotes

    A informao enviada em unidades de dados que competem pelos recursos de rede.

    Cada pacote contm um cabealho com informao que permite o seu encaminhamento pela rede. Os pacotes so enviados individualmente segundo uma lgica de store and forward.

    X.25, IP.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 26

    Erros de Transmisso

    Como o equipamento electrnico susceptvel a interferncias electromagnticas, os dados transferidos podem ser distorcidos ou perdidos.

    As interferncias podem ser interpretadas pelo receptor como informao vlida.

    Para a deteco dos erros de transmisso, o emissor calcula e envia informao adicional que permite a verificao dos dados por parte do receptor.

    Nenhum mecanismo perfeito pois os prprios dados de controlo podem sofrer interferncias.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 27

    Erros de Transmisso Bit de paridade

    Duas formas de paridade, par ou mpar. Par: 0100101 1; 0101101 0. No consegue detectar erros que alterem um nmero par de bits.

    Checksum Os dados so tratados como uma sequncia de inteiros e

    calculada a soma. No detecta todos os erros.

    Cyclic Redundacy Check (CRC) Detecta mais erros do que os dois mtodos anteriores. Clculos complexos mas simples de implementar em hardware.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 28

    Ligaes Directas Os primeiros sistemas de computadores utilizavam ligaes

    directas (ponto-a-ponto). Cada canal ligava exactamente dois computadores.

    (1) O hardware e as especificaes a utilizar podem ser as mais adequadas para a comunicao particular.

    (2) Para alterar os detalhes da implementao basta o acordo dos dois intervenientes.

    (3) mais fcil implementar mecanismos de segurana e privacidade.

    Os problemas surgem quando se procura ligar mais do que dois computadores.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 29

    Ligaes Directas

    Numa rede com ligaes ponto-a-ponto, o nmero total de ligaes necessrias pode exceder o nmero total de computadores a ligar.

    2

    2 NN

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 30

    Partilha do Meio Fsico Houve uma alterao radical nos anos 60 e 70 com o desenvolvimento

    das redes locais Local Area Networks (LAN). O conceito base reside na partilha da rede de comunicao. Como h uma eliminao da duplicao, a partilha resulta na reduo

    de custos.

    A necessidade de coordenao impede que estas tecnologias sejam utilizadas em redes de longa distncia. Devido aos atrasos, o tempo gasto na coordenao seria superior aquele gasto na comunicao real.

    As tecnologias de redes locais (LAN) so a forma mais popular de rede de computadores. As LAN ligam mais computadores do que qualquer outro tipo de rede.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 31

    Topologias de Rede As redes locais so agrupadas em categorias de acordo com a

    forma genrica, ou topologia. Representam conceitos lgicos, a implementao real (fsica)

    pode variar.

    As principais topologias utilizadas so: Estrela Anel Barramento

    Cada topologia apresenta vantagens e desvantagens. Futuro: redes sem fios.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 32

    Topologia em Estrela

    Cada computador ligado a um ponto central. O elemento central pode ser um repetidor multiporta (hub) ou

    um comutador. A falha parcial de uma ligao no tem impacto sobre a rede. Exemplo: Redes ATM.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 33

    Topologia em Anel

    Os computadores so ligados num circuito fechado. Existncia de repetidores em cada ponto.

    Coordenao de acessos simplificada. Baixa tolerncia a falhas nas ligaes.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 34

    Topologia em Anel

    Mecanismo de acesso mais utilizado passagem do testemunho (token).

    Redes token ring. Utilizao de um testemunho para controlar a utilizao da rede.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 35

    Topologia em Barramento

    Ligao atravs de um nico cabo, ao qual os computadores so ligados.

    Requer menos cabo na instalao. Baixa tolerncia a falhas nas ligaes.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 36

    Ethernet

    Inventada nos anos 70 na Xerox Parc. Actualmente a norma controlada pelo IEEE. Utiliza uma topologia em barramento.

    Implementao original 10 Mbps Fast Ethernet 100 Mbps Gigabit Ethernet 1000 Mbps / 1 Gbps

    Tecnologia de rede local mais utilizada.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 37

    Ethernet

    Enquanto um computador utiliza o meio, todos os outros esperam.

    So necessrios mecanismos para controlar a transmisso. Ex: CSMA/CD.

  • Srgio Nunes Comunicaes e Redes de Computadores 38

    Topologia Fsica A diferena de velocidade entre o CPU e a rede de

    comunicao um problema importante.

    (1) No faz sentido limitar a rede velocidade do CPU mais lento. (2) No faz sentido impor uma velocidade fixa para todos os

    computadores numa rede.

    A existncia de um equipamento especfico placa/carta de rede, permite que o computador lide com redes mais rpidas do que o CPU seria c...

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