1Unidade 01 Fundamentos de Redes Faculdade Pitágoras Prof. Fabricio Lana Pessoa [email protected] Rede de Computadores Fundamentos de Redes

1Unidade 01

Fundamentos de Redes

Faculdade Pitágoras

Prof. Fabricio Lana [email protected]

Rede de ComputadoresRede de Computadores

Fundamentos de RedesFundamentos de Redes

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Objetivo

• Conhecer o histórico da evolução dos sistemas computacionais e dos meios de comunicação

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Primordios da comunicação

• Desde os tempos mais remotos, o homem anseia comunicar-se à longa distância.

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• Acesso a informação a qualquer lugar, a qualquer

momento• Redes Celular, Wifi, WiMax, 3G.• Todos querem estar em rede.

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“Redes de Computadores é um conjunto de equipamentos que são capazes de trocar informações e compartilhar recursos entre

si, utilizando protocolos para se comunicarem e interligados por meios de

comunicação.”

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Exemplo

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Elementos de uma Rede• Equipamentos– Qualquer dispositivo capaz de se

comunicar através do sistema de comunicação disponível. Ex. Roteadores;

• Sistema de comunicação– São os meios de transmissão. Ex.

cabo, fibra óptica, ondas de rádio;

• Protocolos– Conjunto de regras com o fim de

organizar a comunicação. Ex. TCP/IP.

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O surgimento das redes

Anos 50 - Processamento e acesso centralizados

•Um único computador de grande porte mantinha, processava e disponibilizava as informações . Processamento em lote (batch).

•Terminais começam a ser instalados a distância e se comunicar com um computador central

•Surge a necessidade de segurança e redundância de dados, compartilhamento de conhecimento e recursos, mobilidade.

•Em meados da década de 1960, o governo dos EUA., por intermédio do Departamento de Defesa, iniciou estudos relacionadas à viabilidade do desenvolvimento de redes de computadores. Surge a ARPANET, que se transformaria mais tarde na Internet

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• Anos 60:

– Surgiram os terminais interativos.– Acesso ao computador central por meio de linhas de

comunicação.– Processamento em tempo compartilhado (time-sharing).

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• Anos 70:

– Descentralização:– Minicomputadores e microcomputadores podiam se

comunicar com o computador de grande porte.– Mais acessíveis e mais fáceis de utilização pelos

usuários.

• Anos 80:– Evolução dos sistemas de comunicação de dados para

longa distância;– Expansão de linhas dedicadas.– Uso de satélites.– Integração dos micros às redes de comunicação

corporativas (além do processamento local).

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• Anos 90:– Compartilhamento de periféricos, programas

aplicativos e informações de banco de dados entre microcomputadores.

– Interconectividade entre redes.

• Atualmente:– Internet Ultra-Rápida.– Servidores de usos diversos.– Redes privadas virtuais.– Voz sobre IP.– Evolução do terminal multifuncional.

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Evolução dos Sistemas Computacionais

Computador Móvel

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Questões para Discussão:

1 - Que motivações levaram ao surgimento das redes?

2 - De acordo com o conceito apresentado, quais componentes constituem uma rede?

3 - Qual é a tendência atual na forma de se organizar as redes ?

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O que compartilhar?

• Os computadores que fazem parte de uma rede podem compartilhar:– Dados (arquivos Word, Excel, Powerpoint, etc);– Mensagens e-mail;– Impressoras;– Aparelhos de fax;– Modens (Internet);– Outros recursos de Hardware e Software.

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Exemplo

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VideoConferência

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Acesso Remoto

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Uso das redes de computadores

• Aplicações Comerciais:– Compartilhamento de recursos: Troca de

arquivos e compartilhamento de periféricos;– Modelo Cliente/Servidor;– Meio de Comunicação entre pessoas. Ex.: E-

mail.

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Compartilhamento de Arquivos e Recursos

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Compartilhamento de Conexão

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Uso das redes de computadores• Aplicações Domésticas:

– Acesso a dados remotos;– Comunicações entre pessoas;– Entretenimento interativo;– Comércio eletrônico;

• Aplicações Móveis: – Celular;– PDA;– etc.

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Jogos em Rede

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Princípios de Comunicação em Redes

• As redes possibilitam que várias pessoas compartilhem dados e periféricos simultaneamente;

• Os computadores são dispositivos digitais, ou seja, representa dados através de dígitos binários (bits, 0 ou 1);

• Transmitir dados através de uma rede, significa enviar bits de um computador para o(s) outro(s) através de um meio de transmissão.

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Tipos de Sinais Sinal AnálógicoSinal Análógico

F=1/T

T

Frequência: variação ciclica de uma função no tempo, em Hz ( É a quantidade de ciclos/s)

Período: intervalo de tempo em que uma função náo se repete.

1 0 11 0 1 00 1 1 1 000 1 1 1 000 11 t

Sinal DigitalSinal Digital

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Princípios de Comunicação em Redes

• As redes podem oferecer dois tipos de serviço de comunicação:– Serviços orientados à conexão;– Serviços sem conexão.

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Orientada a Conexão• Análogo ao sistema telefônico:

– Tira o telefone do gancho e disca um número → Estabelece uma conexão;

– Fala → Usa a conexão;– Desliga → Libera a conexão;

• A conexão funciona como um caminho único entre origem e destino, onde ao se inserir bits numa extremidade os mesmos serão recebidos pelo receptor na outra extremidade, na mesma ordem em que foram inseridos;

• Pode ser Permanente ou Temporária.

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Não Orientada a Conexão• Análogo ao sistema postal:

– Cada correspondência possui o endereço de destino;– Se duas ou mais correspondências forem enviadas a partir de

um mesmo emissor, para o mesmo destino, podem chegar fora de ordem;

• Não existe uma conexão criada entre origem e destino, sendo assim, os pacotes podem ser encaminhados por caminhos diferentes e chegarem, em ordem diferente à emitida, no destino;

• Exemplo: Internet.

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Comunicação Assíncrona e Síncrona

• Na comunicação assíncrona, um remetente e um receptor não sincronizam antes de cada transmissão, ou seja, não existe um intervalo de tempo fixo entre os bits ou dados transmitidos. Utilizada em redes mais antigas e de baixa velocidade (linha discada);

• Na comunicação síncrona, o remetente e o receptor devem estar sincronizados, ou seja, os bits serão enviados sempre em intervalos de tempo constantes. Quando não houver dados a serem enviados, o transmissor continua enviado algum caracter na linha mantendo o “ritmo” da transmissão. Utilizada em redes de maior velocidade (Ex.: 2 Mbps).

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Comunicação• Na comunicação de dados existe sempre

um transmissor e um receptor. Os modos de comunicação são definidos pela quantidade de transmissores, esses modos são conhecidos como:– Simplex, – Half duplex e – Full duplex.

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A comunicação pode ocorrer de diferentes modos:

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Modos de transmissão (analógico e/ou digital)

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Modos de transmissão (analógico e/ou digital)

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Simplex, Half-duplex e Full-duplex

• Outros exemplos?– Televisão;– Modem;– Placa de rede;– Telex;– Código morse;– Telefone.

Simplex

half

half

half

half

full

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Tipo de Processamento

• Processamento Centralizado: Todo processamento é feito em uma única localização ou instalação, possibilitando um maior controle (Exemplo: instituições financeiras) – Redes do tipo Cliente Servidor;

• Processamento Descentralizado: Os equipamentos de processamento encontram-se dispostos em localizações distintas e remotas, sendo que as operações de cada um deles é independente das outras (Exemplo: cadeia de farmácias);

• Processamento Distribuído: As informações são espelhadas por diversos locais remotos, mas elas são conectadas umas às outras para constante atualização e supervisão. (Exemplo: uma empresa com a matriz em um estado e várias filiais em outros estados).

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Tipos de Redes(Área de Abrangência)

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Área de Abrangência• LAN (Local Area Network): Pequeno número de

computadores em áreas restritas, dentro de uma área limitada (pequenas distâncias entre eles). Redes Locais;

• MAN (Metropolitan Area Network): Médio número de computadores em áreas de grande porte (cidades). Redes Metropolitanas;

• WAN (Wide Area Network): Grande número de computadores em áreas envolvendo várias cidades e/ou países. Redes de Amplo Alcance, rede remota.

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Área de Abrangência

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Redes Cliente ServidorRedes Ponto a Ponto

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O que são Servidores?• São computadores ou equipamentos que

disponibilizam seus recursos para outros computadores;

• Exemplos:• Servidor de arquivos: seus discos rígidos podem ser

acessados por outros computadores;• Servidor de impressão: suas impressoras e/ou plotters

podem ser usados por outros computadores;• Servidor de “back-up”: suas unidades de fita magnética,

discos ópticos ou outros dispositivos de armazenamento podem ser usados por outros computadores.

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O que são computadores Clientes?

– São os computadores que usam os recursos dos servidores;

– Também podem ser chamados em alguns casos de “estações de trabalho”;

– Tipos de operação:• Somente como cliente;• Cliente e Servidor simultâneos (servidor não dedicado),

comum em redes pequenas.

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Servidor Não-Dedicado

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Servidor Dedicado

TOPOLOGIAS DE REDES

Topologia de Conexão

• A topologia de uma rede é um diagrama que descreve como seus elementos estão conectados (disposição geométrica). Esses elementos são chamados de nós, e podem ser computadores, impressoras e outros equipamentos.

• Seja qual for a topologia utilizada, é preciso que sempre exista um caminho através de um meio de transmissão, ligando cada equipamento a todos os demais equipamentos da rede.

• A topologia física é determinada pela maneira como os equipamentos são fisicamente conectados.

• Esta relacionada a modo pelo qual são distribuídos, organizados e conectados cabos e placas de rede.

Topologia Física

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Topologia Física

Barramento• Também conhecida como linear, na topologia em barra todos

os computadores são conectados ao mesmo meio de transmissão em SÉRIE.

Apresenta uma dificuldade de expansão: se um novo equipamento for adicionado à rede, pode ser preciso fazer um remanejamento de cabos.

Se um cabo for desconectado, toda a rede fica inoperante.

Cada nó conectado à barra pode “ouvir” todas as informações transmitidas.

Ex. Redes de cabo coaxial. Antiga Ethernet (IEEE 802.3) 10base2 e 10base5

Barramento

Colisão no Barramento

• A colisão é um evento que ocorre freqüentemente nestas redes, quando dois computadores tentam enviar informações no mesmo instante

• Elas são normais no funcionamento da topologia “barramento”, mas se forem muito freqüentes, o desempenho da rede será prejudicado

•

Tratamento da Colisão• Quando um computador deseja transmitir, ele avalia se a

linha está disponível e inicia a transmissão

• Se dois computadores iniciarem a transmissão ao mesmo tempo utilizando o mesmo barramento, haverá a “colisão”

• Os computadores envolvidos na colisão irão aguardar um intervalo de tempo aleatório e tentar novamente

• Esse método é o utilizado pelo CSMA/CD em redes locais, que será visto com mais detalhes nas unidades seguintes.

CSMA / CD• Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection - Acesso

Múltiplo com Detecção de Portadora e Colisão;

• Analogia: Uma conversa educada à mesa de jantar:– Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as

pessoas conversando educadamente;– A expressão múltiplo acesso (multiple access) quer dizer que

quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que, quando uma pessoa fala todos as outras pessoas à mesa escutam.

CSMA / CD– Agora vamos imaginar que você esteja à mesa e tenha algo a dizer. No

momento, entretanto, existe uma outra pessoa falando;– Como esta é uma conversa educada, em vez de imediatamente você

falar e interromper o outro, você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier sense (detecção de portadora);

– Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado para transmitir.

(Nick Pidgeon. "HowStuffWorks - Como funciona a Ethernet". Fonte: <http://informatica.hsw.uol.com.br/ethernet7.htm> Acesso em:

29 jan. 2009)

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Observação...

O IEEE 802.3 é uma especificação com padrões sobre o funcionamento das redes locais. Esta especificação, inclui vários subpadrões de acordo com o tipo de cabo utilizado (coaxial fino ou grosso, par trançado, etc). Exemplo:

De um modo geral, o 802.3 refere-se a redes locais que utilizam protocolo Ethernet, tendo ficado conhecido então como o padrão Ethernet de redes locais.

Estrela

Estrela

• Nesta topologia existe um dispositivo central, comumente chamado de concentrador, por onde passa todo o tráfego da rede.

• Normalmente apresenta uma maior confiabilidade, já que a parada de uma única estação não prejudica toda a rede.

• Proporciona maior facilidade de manutenção, uma vez que permite a identificação setorizada de problemas e para as intervenções não é necessário parar toda a rede.

• Apresenta uma maior quantidade de cabos e a falha do equipamento central pode provocar a paralisação total da rede

Anel

Anel• As ligações são ponto-a-ponto e operam num único sentido de

transmissão (comunicação simplex)

• Uma mensagem deverá circular pelo anel até que chegue ao módulo de destino, sendo passada de estação em estação, obedecendo ao sentido definido pelo anel

• A comunicação é baseada na troca de “tokens” (“fichas”) autorizações para comunicação. Cada máquina só irá transmitir no momento que ocorrer a passagem do “token” na sua “porta”

• Um bom exemplo são as redes Token Ring (IEEE 802.5) que utilizam topologia física em anel.

Comparação entre as Topologias

• As topologias lógicas descrevem a maneira como a rede transmite informações de um equipamento para outro.

• Esta relacionada ao modo pelo qual os equipamentos fazem acesso ao meio de transmissão.

• Isto determinará o protocolo que será utilizado, o formato do pacote, o método de transferência, entre outras informações.

• Vale observar que para uma mesma configuração de topologia, poderemos ter diferentes classificações para sua disposição física e lógica, conforme apresentado a seguir e detalhamento dos protocolos na unidade 2.

Topologia Lógica

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Topologia Física em estrela e lógica em barramento

HUB

Topologia lógica em Estrela, física em estrela

Swicth

Neste caso não há problemas com a colisão O switch faz o chaveamento direto entre os membros da comunicação, criando um caminho exclusivo para os pacotes.

Topologia lógica em Anel

Física em Estrela

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Topologia lógica em Anel

Um bom exemplo para esta topologia são as redes FDDI. Estas redes também utilizam mecanismo de Token, semelhante as redes token ring, mas admitem a existência de vários tokens circulando na rede.

Este padrão foi derivado das especificações do IEEE mas acabou sendo padronizado pela ANSI.

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