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Aula de introdução à redes de computadores para compreensão dos assunto relacionados ao armazenamento distribuído, clusters e grids
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ACII:
Introdução a redes de computadores
02 de Maio de 2011
Prof. Rafael Marrocos Magalhãesrafael@dce.ufpb.br
Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Aplicadas e Educação
Departamento de Ciências Exatas
UFPB - CCAE - DCE
1domingo, 1 de maio de 2011
Motivação
O que fazemos com oscomputadores hoje em dia?
2domingo, 1 de maio de 2011
Sumário
Conceitos sobre comunicação
Protocolos
Arquitetura TCP/IP
Modelo de Referência ISO/OSI
Histórico das redes
3domingo, 1 de maio de 2011
O que é a internet (elementos básicos)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
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laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
hosts, aplicação de redeenlace, largura de bandacomutação de pacotes
comutadores, roteadorestaxa de transmissão
rota, caminhoISPs, IP
Padrões de InternetIETF (RFCs), W3C
4domingo, 1 de maio de 2011
Utensílios
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85',*904+*":0';(4*<"3("=,5'),'5"
Menor servidor Web do mundo http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Quadro de imagens IP http://www.ceiva.com/
Tostadora preparada para Internet + previsor de tempo
Telefones de Internet
5domingo, 1 de maio de 2011
O que é a internet (serviços)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
infraestrutura de comunicação
- aplicações distribuídas
serviços de comunicação fornecidos às aplicações
- entrega de dados confiável da origem ao destino- entrega de dados pelo “melhor esforço”
6domingo, 1 de maio de 2011
Visão mais próxima da rede
borda da rede-aplicações e hospedeiros
redes de acesso- enlaces de comunicação
borda da rede- roteadores, redes interconectadas
7domingo, 1 de maio de 2011
Borda da redesistemas finais (hosts)
modelo cliente/servidor
modelo peer-to-peer
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cliente/servidor
peer-peer
! modelo cliente/servidor " hospedeiro cliente solicita,
recebe serviço de servidor sempre ativo
" p. e. navegador/servidor Web; cliente/servidor de e-mail
! modelo peer-peer: " uso mínimo (ou nenhum) de
servidores dedicados " p. e. Skype, BitTorrent
8domingo, 1 de maio de 2011
Sistemas de acesso
modem
Digital Subscriber Line (DSL)
Cabo e HFC
9domingo, 1 de maio de 2011
Modem
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rede de telefone Internet
modem discado doméstico
modem do ISP (p. e., AOL)
PC doméstico
escritório central
! usa infraestrutura de telefonia existente ! casa conectada ao escritório central
! até 56 kbps de acesso direto ao roteador (geralmente menos)
! não pode navegar e telefonar ao mesmo tempo: não está “sempre ligado”
8+3'9"34*.(3+"
10domingo, 1 de maio de 2011
ADSL
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rede telefônica
modem DSL
PC residencial
telefone residencial
Internet
DSLAM
Linha telefônica existente: Telefone 0-4 KHz; dados upstream 4-50 KHz; dados downstream 50 KHz-1 MHz
distribuidor
central telefônica
84945(0":;<*.)4<')"=4,'">8:=?"
! também usa infraestrutura de telefone existente ! até 1 Mbps upstream (hoje, normalmente < 256 kbps) ! até 8 Mbps downstream (hoje, normalmente < 1 Mbps) ! linha física dedicada à central telefônica
11domingo, 1 de maio de 2011
Cabo e HFC
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casa rede de distribuição de cabo
Canais
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
D A D O S
D A D O S
C O N T R O L E
1 2 3 4 5 6 7 8 9
FDM (mais adiante):
Terminal de distribuição
12domingo, 1 de maio de 2011
Ethernet
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100 Mbps
100 Mbps
100 Mbps 1 Gbps
servidor
Switch Ethernet
roteador institucional
Ao ISP da instituição
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Sem Fio
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estação base
hosts móveis
roteador LAN (WiFi)
HSDPA, 3G
WiMAX
14domingo, 1 de maio de 2011
Acesso Típico!
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ponto de acesso sem fio
laptops sem fio
roteador/ firewall
modem a cabo
de/para extremidade
a cabo
Ethernet
15domingo, 1 de maio de 2011
Meios Físicos
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16domingo, 1 de maio de 2011
Meios Físicos
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
17domingo, 1 de maio de 2011
Meios Físicos
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
18domingo, 1 de maio de 2011
Conceitos Iniciais
• Sistemas de comunicações
• comutação de circuitos e de pacotes
• Tipos de comunicações
• síncrono, assíncrono, persistentes, transientes
19domingo, 1 de maio de 2011
Meios Físicos
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<)+<(>(GH+:"– )'I'JH+""– +E*5)AGH+"<+)"+EK'5+*"– 4,5')F')L,.4("
Radio link types: ! micro-ondas terrestre
" p. e. até canais de 45 Mbps ! LAN (p. e., Wifi)
" 11 Mbps, 54 Mbps ! área ampla (p. e., celular)
" celular 3G: ~ 1 Mbps ! satélite
" canal de Kbps a 45Mbps (ou múltiplos canais menores)
" atraso fim a fim de 270 msec " geoestacionário versus baixa
altitude
20domingo, 1 de maio de 2011
O Núcleo da rede
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Comutação de circuitos
X
Comutação de pacotes
21domingo, 1 de maio de 2011
Comutação de Circuito
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22domingo, 1 de maio de 2011
Comutação de Circuito
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8+9:5(;<+"3'".4).:45+*=">?@"'"2?@"
FDM
frequência
tempo TDM
frequência
tempo
4 usuários
Exemplo:
23domingo, 1 de maio de 2011
Comutação de Circuito
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O(:+*")'*+06')P"
24domingo, 1 de maio de 2011
Comutação de Pacotes
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• .(3("?(.+5'"<*("0()G<)("3'"H(,3("5+5(0"3+"',0(.'""
• )'.<)*+*"<*(3+*"-."/0$1/&#&''2)3$'"
disputa por recursos: ! demanda de recurso
agregado pode exceder quantidade disponível
! congestionamento: fila de pacotes, espera por uso do enlace
! store and forward: pacotes se movem um salto de cada vez " Nó recebe pacote completo
antes de encaminhar
Divisão da largura de banda em “pedaços” Alocação dedicada
Reserva de recursos
25domingo, 1 de maio de 2011
Comutação de Pacotes
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B'C;D,.4("3'">(.+5'*"E"F"G",=+"5':">(3)=+"H@+I"0()J;)("3'"K(,3(".+:>()-0L(3(">+)"3':(,3("!"!"#$%#&'()*+,&-.(/-$0(1"
2MN?".(3("L+*>'3'4)+")'.'K'":'*:+"*0+5"J4)(,3+"C;(3)+"2MN1"
A
B
C Ethernet 100 Mb/s
1,5 Mb/s
D E
multiplexação estatística
fila de pacotes esperando pelo enlace de saída
26domingo, 1 de maio de 2011
Comutação de Pacotes
!"#$%$"&'()*+,"&)',-.'"/(001"2+3+*"+*"34)'45+*")'*')6(3+*1"*043'"78"
9+:;5(<=+"3'">(.+5'*""!"#$%$&.+:;5(<=+"3'".4).;45+*"
• ',0(.'"3'"%"?@A*"
• .(3(";*;B)4+C""– %$$"D@A*"E;(,3+"F(-6+G"– (-6+"%$H"3+"5':>+"
• '()%*+,-(&."&'/#'%/*($""– %$";*;B)4+*"
• '()%*+,-(&."&0+'(*"$1""– .+:"7I";*;B)4+*J"
>)+@(@4043(3'"K"%$"(-6+*"(+":'*:+"5':>+"L":',+)"E;'"$J$$$M"
2()%*+,-(&."&0+'(*"$&0"#)/*"&3%"&)+/$&%$%4#/($&%$")&+&#"."5&
N usuários enlace 1 Mbps
P: Como obtivemos o valor 0,0004?
27domingo, 1 de maio de 2011
Qual é melhor?
Comutação de circuitos
X
Comutação de pacotes
28domingo, 1 de maio de 2011
Redes de Computadores
29domingo, 1 de maio de 2011
O que é um protocolo?
30domingo, 1 de maio de 2011
O que é um protocolo?
“Um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais
entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento
de uma mensagem ou outro evento.”
James F. Kurose e Keith W. Ross em 2005
31domingo, 1 de maio de 2011
Analogia
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9):(,4;(<=+"3("64(:'>""(?)'("
• @>("*?)4'"3'"A(**+*"
passagem (comprar)
bagagem (verificar)
portões (embarcar)
decolagem na pista
rota da aeronave
passagem (reclamar)
bagagem (retirar)
portões (desembarcar)
pouso na pista
rota da aeronave
rota da aeronave
32domingo, 1 de maio de 2011
Arquitetura TCP/IP
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Solicitação
Resposta Camadas}33domingo, 1 de maio de 2011
A borda das redes de computadores
34domingo, 1 de maio de 2011
Camada de Aplicação
• Application layer
• Pacote - Mensagem (message)
• Aplicações de rede e seus protocolos
• Navegadores, Comunicadores Instantâneos, Compartilhadores, Softphones
• Interação
• HTTP, FTP, SMTP, SSH, DNS
35domingo, 1 de maio de 2011
Camada de Transporte
• Transport layer
• Pacote - Segmento (segment)
• Oferta de serviço de comunicação fim-a-fim
• (De)multiplexação de comunicação
• TCP - Garantia de entrega, fragmentação de msgs, Controle de fluxo e de congestionamento.
• UDP - Sem conexão, menor carga (proc. e rede)
• Depende da aplicação
36domingo, 1 de maio de 2011
O núcleo das redes de computadores
37domingo, 1 de maio de 2011
Camada de Rede• Network layer
• Pacote - Datagrama (datagram)
• Transporte de remetente ao destinatário
• Comunicação host-a-host
• Endereço IP xxx.xxx.xxx.xxx (0-255), máscara, rede
• Exemplo: 200.189.10.1
• Protocolo IP
• cabeçalho datagrama
• roteamento
38domingo, 1 de maio de 2011
Camada de Enlace
• Link layer
• Pacote - Quadro (frame)
• Comunicação host-a-host
• Entrega garantida nível de host
• Ethernet, PPP
• Diferentes padrões para enlace
• 802.X (Ethernet, Wi-fi, Wimax, Bluetooth, Zigbee)
39domingo, 1 de maio de 2011
Camada Física
• Physical layer
• Dispositivos de conexão
• Comunicação em nível de bits
• Representação, codificação, modulação
• Protocolos dependem do enlace e do meio
• guiados: trançado, coaxial, ópticos
• sem fios: espectro eletromagnético, rádio, microondas
40domingo, 1 de maio de 2011
Encapsulamento
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Mensagem
Segmento
Datagrama
Quadro
Nome do pacote Camada da RedeCabeçalho / Header
dados
dados
dados
dados
Head
Head
Head
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Head
Head
41domingo, 1 de maio de 2011
As várias camadas
42domingo, 1 de maio de 2011
Arquitetura em Camadas
• Qual o benefício da arquitetura em camadas?
• Exemplo: companhia de transporte aéreo e de alimentos
43domingo, 1 de maio de 2011
Pilha de Protocolos
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
44domingo, 1 de maio de 2011
TCP/IP X RM-ISO/OSI
RM-OSI/ISO - Reference Model - Open Systems Interconnection / International Organization for Standardization
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace / Física
Apresentação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Sessão
TCP / IP RM-OSI
45domingo, 1 de maio de 2011
Histórico
• 1961 - Estudos sobre a eficiência de comutação de pacotes, Leonard Kleinrock
• 1969 - ARPAnet, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)
• UCLA (Los Angeles)
• SRI (Stanford)
• UCSB (Santa Bárbara)
• Universidade de Utah
46domingo, 1 de maio de 2011
Histórico
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1961-1972: Princípios da comutação de pacotes
47domingo, 1 de maio de 2011
Histórico
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1972-1980: Inter-rede, redes novas e proprietárias
48domingo, 1 de maio de 2011
Histórico
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1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
49domingo, 1 de maio de 2011
Histórico
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1990, 2000’s: comercialização, a Web, novas aplicações
50domingo, 1 de maio de 2011
Histórico
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51domingo, 1 de maio de 2011
Recapitulando
• Comunicação entre computadores
• Arquitetura TCP / IP
• Camadas da arquitetura TCP / IP
• Modelo RM-OSI
• Histórico
52domingo, 1 de maio de 2011
Dúvidas
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53domingo, 1 de maio de 2011
Referências
Rede de camadas: págs. 29 - 34Histórico da internet: págs. 40 - 44
54domingo, 1 de maio de 2011
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