Aula 1

Redes de computadores

Por: Henrique Quirino Silva

Aula 01- Conceitos Básicos

• LANs• Ethernet• Token Ring• Modelo OSI

O que são redes?

◉ Conjunto de dois ou mais dispositivos (nós) que usamum conjunto de regras em comum para compartilharrecursos (hardware, dados, mensagens)

◉ Exemplos de rede• Rede local de um domícilio• Rede telefônica• Internet

◉ Exemplos de dispositivos (ou nós)• Computadores• Impressoras• Switches• Roteadores

Endereçamento

◉ Cada dispositivo tem uma identificação única, ou seja,um endereço

◉ Os endereços se comunicarão via rede, por meio dosprotocolos de transmissão

◉ Na Internet, endereços utilizados são IP, do protocoloTCP/IP

Protocolo

◉ Protocolos definem as regras de construção deum pacote, criando uma linguagem comumentre diferentes máquinas, que inclui:

• Endereços• Correções de erros• Regras de reconstrução de pacotes• Controle de fluxo

Serviços de rede

◉ Conjunto de operações implementadas por um protocolo◉ Cada serviço pode ser usado por diferentes aplicações◉ Uma aplicação também pode usar vários serviços

• Ex. Browser de internet

◉ Serviços orientados à conexão• Estabelece conexão prévia à transmissão dos dados• Gera uma comunicação de dados confiável• Possibilita correção de erros e controle de fluxo• Gera overhead na comunicação

◉ Serviços sem conexão• Envia dados sem conhecimento prévio• Mais rápido• Menos confiável, pois não há garantia de entrega

Meios

◉ Ambiente físico usado para conectar os nós de uma rede.

◉ Meios físicos são variados:• Cabo coaxial• Cabo par trançado• Fibra óptica• Ondas de rádio• Infravermelho• Outros meios

Classificação das redes

• Por área geográfica• Por topologia da rede

Classificação por área

◉ LAN (Local Area Network)• Permite a conexão de equipamentos em uma pequena região

(até 5‐10km)• Encontrada em lares e escritórios de empresas

◉ MAN (Metropolitan Area Network)• Área de abrangência pouco maior que as LANs• Considere uma empresa na mesma cidade, com várias sedes

◉ WAN (Wide Area Network)• Geograficamente distribuída• Altos custos de comunicação• Velocidades menores


Outras redes

◉ SAN (Storage Area Network) • Rede exclusiva para armazenamento de dados.

◉ GAN (Global Area Network)• Coleções de redes de longa distância ao longo do Globo.


Classificação por topologia

◉ Barramento• Computadores compartilham cabo único• Dados são recebidos por todos, mas só a máquina de destino

aceita• Somente 1 computador por vez pode transmitir dados• Se houver ruptura no cabo, toda rede é afetada• Está em desuso, com popularização da Ethernet/estrela.


◉ Anel• Estações conectadas por um único cabo, em forma de círculo.• Conceito de Token para transmissão• Falha em um computador impacta toda rede


◉ Malha• Utiliza vários segmentos de cabos• Oferece redundância e confiabilidade• Dispendiosa• Geralmente utilizada em conjunto com outras topologias


◉ Estrela• Topologia mais comum na atualidade• Utilizam hubs e switches para intercomunicação• Falha em um cabo não paralisa toda rede• Ponto único de falha: Switch ou Hub

Formas de transmissão

◉ Simples• Ocorre em apenas uma direção.• Exemplo: TV Aberta.

◉ Half-Duplex• Ocorre em ambas as direções, mas um evento de

cada vez• Exemplo: Rádio amador.

◉ Full Duplex• Recepção e envio ocorrem simultaneamente• Exemplo: TV a cabo

Colisões

◉ Ocorrem quando dois ou mais computadores enviam dados ao mesmo tempo• Ocorre somente em half-duplex.

◉ CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / CollisionDetection)• Dispositivos são avisados da colisão e aguardam

tempo aleatório para retransmitir• Não efetivo em redes muito longas ( a detecção

é feita pela estação que irá transmitir)

◉ CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)• Manda um “aviso” de transmissão• Mais eficaz, porém aumenta o tráfego na rede

◉ Prioridade de demanda

• Surgiu com as redes Fast Ethernet.• Padrão IEEE 802.12.• Se dois computadores enviam pedidos ao mesmo

tempo, o switch atenderá primeiro o pedido com maior prioridade.

• Se a prioridade é idêntica, são servidos com alternância.

Colisões

Cabeamento

• Usados nas redes com topologia de barramento• Baixo custo, alta flexibilidade• Utiliza conectores BNC• Necessita terminador na rede

Cabeamento - Coaxial

• Tecnologia mais comum na atualidade• Pode ser blindado (STP) ou não (UTP)• Tamanho máximo: 100 metros• Cat 5 – certificada para 100 Mbps / Cat 5e – 1 Gbps• Conector: RJ45

Cabeamento – Par Trançado

◉ Tecnologia mais cara, mas atinge maiores distâncias

◉ Fibra monomodo• Caminho único do feixe de laser• Usada para comunicação de longa distância• Mais difícil conexão – núcleo da fibra é mais fino

◉ Fibra multimodo• Diversos caminhos para o feixe• Usada para distâncias mais curtas• A fibra é mais cara, mas a implementação é mais

barata• Núcleo maior permite uso de lasers mais baratos• Conectores mais confiáveis e baratos

Cabeamento – Fibra Óptica

Cabeamento – Fibra Óptica

Modelo OSI

◉ Padronização de protocolos e padrões pela ISO para Interconexão de sistemas abertos

◉ Sistema aberto, não vinculado a hardware

◉ Sozinho não define arquitetura da rede (Não diz como fazer, apenas o que fazer)

◉ Divisão em 7 camadas

• “Dividir para conquistar”

• Estabelece uma interface bem definida entre as camadas

• Vantagens: • Implementação independente das camadas; • Reutilização de código; • Adaptabilidade.

Modelo OSI

◉ Camadas parceiras se comunicam por um objeto chamado entidade da camada

◉ Entidade pode ser elemento de hardware ou de software

◉ Entidade significa: Capacidade de comunicação

• Ex: Protocolo IP, roteador, etc

◉ Comunicação entre camadas verticais: Serviços

◉ Comunicação entre camadas horizontais: Protocolos

Camadas - Comunicação

Camadas

Camadas OSI

Camada Exemplos Funcionalidades

Aplicação E‐mail, Web, ftp, etc Aplicações

Apresentação Encriptação e compressãode dados

Sessão Controlar as sessões

Transporte TCP/UDP Conectividade virtual pontoa ponto

Rede IP, X.25 Roteamento

Enlace Ethernet, PPP, ATM Comunicação com correção de erros

Física Transmissão do sinal

Camada Física

◉ Fluxo de bits pelo meio físico

◉ Totalmente orientada a HW e trata dos aspectos do link físico entre dois computadores

◉ Define, dentre outras coisas:• Técnica de transmissão dos dados (half duplex, etc)• Pinagem do conector• Níveis do sinal elétrico• Como estabelecer e cancelar a conexão

◉ Não trata:• Significado do que está sendo transmitido• Erros de transmissão

Camada de enlace

◉ Detecta e corrige os erros de transmissão da camada física

◉ Controle de Fluxo

◉ Delimitação de quadros

◉ Bits são organizados em frames, com frame check sequence

• FCS – Controle de erros (CRC, etc)

◉ Fornece ao nível de rede 3 tipos de serviços:

• Sem conexão e sem reconhecimento: Demora na transmissão é pior que perda de dados (Ex. Voz)

• Sem conexão com reconhecimento: Mais confiável – frames incorretos são descartados e retransmitidos

• Orientado à conexão: Garante entrega dos quadros na ordem correta e “error free” à camada de rede

◉ Subcamadas MAC (acesso ao meio) e LLC (interface com as demais camadas e controle de erros e de fluxo)

Camada de rede

◉ Transparência com relação às camadas inferiores

◉ Função: Transporte de pacotes

◉ Comunicação se torna ponto a ponto

• Nos níveis anteriores, comunicação era apenas com o próximonó

◉ Funções principais• Endereçamento• Roteamento• Tradução de endereços lógicos em físicos (enlace)• Controle de congestionamento

◉ Normalmente não orientado à conexão, mas pode existir o contrário• Ex. Protocolo X.25

Camada de transporte

◉ Principal função: garantir confiabilidade dos dados

◉ Particionamento da mensagem em segmentos

◉ Garante a comunicação entre os hosts

• Reconhece o recebimento de pacotes• Controle de fluxo• Sequenciamento e retransmissão de pacotes• Pode ser orientado ou não à conexão

Camada de sessão

◉ Conexão entre duas aplicações que residem emcomputadores diferentes

◉ Gerenciamento do “diálogo” entre essas máquinas

◉ Pontos de sincronização

• Ex. Transmissão de um arquivo muito grande ou envio de mensagens de correio

◉ Atividade – cada ponto de sincronização é uma unidade de diálogo. Cada grupo de unidades é uma atividade

◉ Estabelece direitos de atividades prioritárias (acessos de administrador, por exemplo)

Camada de apresentação

◉ Um grande “tradutor”

◉ Define formato para trocas de mensagens

◉ Funções principais

• Tradução de protocolos• Conversão de padrões (ASCII, ANSI, etc)• Criptografia• Compressão de dados

Camada de aplicação

◉ “Janela” onde as aplicações conversam com a rede

◉ Identificação dos parceiros na comunicação

◉ Determinação dos níveis de serviço aceitáveis

• Retardo, tempo máximo de espera, taxa de erro tolerável

◉ Segurança de acesso e integridade dos dados

Relacionamento entre camadas

◉ Comunicação virtual entre pares de camadas

◉ Pacotes são encapsulados da camada mais alta até a mais baixa, adicionando informações em cada camada

◉ O processo se repete até a camada física, onde os dados são enviados

◉ No host de destino, acontece o procedimento inverso

PDU

◉ Protocol Data Unit

◉ É a informação transmitida como uma unidade em uma rede, que pode transportar informações de controle ou dados

◉ Conforme a camada do modelo OSI, tem diferentes nomes:

• Camada física – bit• Camada de enlace – frame (quadro)• Camada de rede – packet (pacote)• Camada de transporte – segmento• Demais – dados

Redes Ethernet

Redes Ethernet

◉ Camada 2 do modelo OSI

◉ Utilizada em pequenas e grandes redes

◉ Padronizado pela IEEE – especificação 802.3

◉ Velocidade: 10/100 Mbps e 1/10 Gbps

◉ Pode utilizar tanto cabos coaxiais quanto pares trançados

◉ Frames com tamanhos variando entre 64 e 1518 bytes. 18 bytes são usados pelo próprio frame.

◉ Topologia lógica: barramento

◉ Uso de CSMA/CD em half duplex

◉ Camada MAC faz encapsulamento e transmissão dos frames

◉ Pacotes enviados a toda a rede

◉ MTU – Maximum transfer Unit – delimita o tamanho máximo do frame

Redes Ethernet - Características

Redes Ethernet - Frame

◉ Preamble: seqüência de bytes para sincronizar comunicação

◉ SOF – Start of frame: delimitador

◉ Endereços: usam os MACs das placas

◉ Type: Indica o tipo, para formatos opcionais

◉ Dados: Dados propriamente ditos

◉ FCS: Checagem de CRC

◉ Tamanho do frame: 64 (mín.) ou 1518 (máx) bytes• Jumbo Frames: Não aceito pela ISO 802.3, permite até 9000 bytes

Padrões Ethernet – 10Mbps

◉ 10BaseT

• Sistema de sinalização – barramento (normalmente se configura estrela ‐ hub)

• Cabo par trançado UTP ou STP

• Nós finais da rede: Os computadores

• Segmento máximo: 100 metros


◉ 10Base2

• Cabo coaxial fino


• Comprimento mínimo: 0,50 metros entre estações

• Máximo de 30 computadores por segmento

• Máximo de 5 segmentos interligados por 4 repeaters

• Performance melhora caso se divida os segmentos (bridges)


◉ 10Base5

• Cabo coaxial grosso


• Máximo de 100 nós (computadores e repetidores) por segmento

• Máximo de 5 segmentos interligados por 4 repeaters

• Comum utilização de coaxiais finos e grossos na mesma rede (Tv a Cabo)


◉ 10BaseFL

• Cabo coaxial grosso

• Fibra óptica

• Vantagem: Grande comprimento

• Desvantagem: Custo

• Segmento máximo: 2 km

Fast Ethernet – 100Mbps

◉ Mantém formato do frame, MTU e mecanismos MAC

◉ Capacidade de operação full duplex• Aumento de velocidade e eliminação de colisões

◉ 100BaseTX ou FX (Fast Ethernet)• TX: Cabos par trançado cat 5

○ São usados apenas 2 pares (Pinos 1e2; 3e6)

• FX: Fibra ótica multimodo

• Extensão do padrão original 10BaseT (CSMA/CD)• Full Duplex (802.3x) – somente switches

◉ Topologia física em estrela

Gigabit Ethernet

◉ Norma: Operação full duplex, com switches◉ Com half duplex:

• Carrier extension para que o frame atinja tamanho mínimo de 512 bytes; ou

• Frame bursting: envia múltiplos pequenos frames até o limite de 1500 bytes, sem controle CSMA/CD entre frames

◉ Utiliza fibra ótica ou par trançado

◉ Cabos UTP mínimos de categoria 5• Cat 5e ou 6 são recomendados

◉ Velocidade 1 Gbps

◉ Usado para grandes backbones, no início

Padrões Gigabit Ethernet

◉ 1000‐BaseT• Utiliza os 4 pares do cabo UTP• Auto negociação é requerida• Padrão bastante sensível ao cabeamento

• Cabos cat 5 de baixa qualidade geram errosde conexão

◉ 1000‐BaseTX• Utiliza apenas 2 pares do cabo UTP• Exige UTP Cat 6• Menos sucesso comercial (mais caro e a exigência

cat.6)

Padrões Gigabit Ethernet

◉ 1000‐BaseCX• Padrão inicial do GbE• Utiliza cabos STP• Distância máxima: 25m

◉ 1000‐BaseLX• Fibra ótica com laser de comprimento de onda longo• Especificação: 5km; Na prática: até 10 ou 20 km• Funciona também na fibra multimodo: 550m

◉ 1000‐BaseSX• Fibra ótica multimodo com comprimento de onda curto• Especificaçao: 220m; Prática: até 550m• Popular para ligação intra‐edifício em largas corporações

10G Ethernet

◉ Suporta apenas full duplex

• Não suporta half duplex e nem CSMA/CD

◉ Conexões apenas com switches

• Hubs e pontes não são usados

◉ Cabos UTP mínimos de categoria 6

• Categoria 6a recomendada

◉ Velocidade 10 Gbps

◉ Usado para backbones de corporações

◉ Utiliza fibra ótica ou cabos UTP/STP

Padrões 10G Ethernet

◉ 10GBASE‐T

• Cabos par trançado UTP ou STP• Distância: 100m• Autonegociação também presente

◉ 10GBASE‐SR

• Fibra ótica multimodo(Short Range)• Distância típica: até 85m

◉ 10GBASE‐LR

• Fibra ótica monomodo (Long Range)• Distâncias típicas: 10 a 25 km

Auto Negociação

◉ Alta complexidade por várias taxas de dados e configurações de duplex diferentes

◉ Utilizados em cabos de par trançado (fibra ótica não suporta)

◉ Assim que o link for detectado, o processo começa

◉ É negociada sempre a melhor combinação velocidade/duplex possível

Redes Token Ring

Redes Token Ring

◉ Criada pela IBM nos anos 80

◉ Características

• Topologia em anel estrela (anel lógico em que o anel físico está no HUB)

• Método de acesso baseado na passagem do Token

• Cabo par trançado UTP ou STP (specs IBM)

• Taxa de Transferência de 4 e 16 Mbit

Redes Token Ring

◉ Funcionamento

• Token percorre a rede até que uma estação se apodera

• Apenas a máquina que detém o token pode transmitir

• O frame percorre o anel até a máquina de destino e o retorno à máquina de origem com o status

• Máquina de origem então libera o Token

• Só há um Token por anel e ele só percorre a rede em uma direção (horário ou anti‐horário)

• Monitoração ou beaconing: Feito pelo primeiro computador que fica online, assegura entrega dos frames e existência de apenas um token na rede

Redes Token Ring

◉ Cabeamento• IBM 1,2 e 3• MSAU = Hubs da tecnologia• Conectores de interface de mídia para cabos tipo 1 e 2• RJ‐45 para tipo 3• Fibra ótica também é utilizada (maiores custo e alcance)

◉ Utilização bastante restrita atualmente• Gerenciamento mais oneroso• Congestionamento das pontes• Velocidade inferior aos principais concorrentes.

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