Fundamentos de Rede

Aula 01 - Introdução e Redes

Contextualização

• Séculos XVIII e XIX - Revolução Industrial– máquinas mecânicas, taylorismo, fábricas– hierarquia, centralização da decisão, mainframes

• Séculos XX e XXI - Era do conhecimento (obtenção, processamento e distribuição)

– sistema telefônico– redes de rádio e televisão– satélites– nascimento e maturação da indústria da computação– redes de computadores e sistemas distribuídos– CONVERGÊNCIA e DESCENTRALIZAÇÃO

Contextualização

Ano Evento 1838 Introdução do telégrafo (Samuel Morse) 1876 Invenção do telefone (Alexander Graham Bell) 1897 Invenção do telégrafo sem-fio (Guglielmo Marconi) 1906 Invenção da válvula (Lee De Forest) 1938 Broadcasting da televisão 1940-45 Invenção do RADAR 1948 Invenção do transistor 1959 Invenção do circuito integrado 1962 Telstar, satélite de comunicação comercial, lançado 1968 Introdução da fibra ótica

The Essence of Communications

Terminologia

• Teleprocessamento: processamento à distância (telecomunicações + processamento)

• Necessidade de se utilizar recursos e capacidades de um computador central em localidades distantes

• Termo oriundo da centralização do poder de processamento (mainframe)

• Hoje em dia, temos vários sistemas autônomos (com poder de processamento) interligados, formando uma Rede de Computadores

• Teleprocessamento = Comunicação de Dados para esta disciplina

Terminologia

CPU

terminal

terminal

terminal

CPU

terminal

terminal

FILIAL

meio de transmissão

MATRIZ

MATRIZ

CPUcentralizada

CPUcentralizada eterminaisdescentralizados(teleprocessamento)

Evolução

• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?– teoria da informação, amostragem, processamento de sinais,

multiplexação, correção de erros, controle de fluxo...

• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de uma rede de comunicação– comutação de pacotes, teoria das filas...

• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de redes interconectadas de comunicação?– internetworking, sistemas distribuídos...

50-60

60-70

80-00

Evolução

• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?– teoria da informação, amostragem, processamento de sinais,

multiplexação, correção de erros, controle de fluxo...

• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de uma rede de comunicação– comutação de pacotes, teoria das filas...

• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de redes interconectadas de comunicação?– internetworking, sistemas distribuídos...

50-60

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Nosso problema...

A Bmeio de transmissão

dispositivo dispositivo

Engenharia de ComunicaçãoComunicação de Dados

Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?

Revisão Unidades

Telecomunicações (vazão)

1Kbps = 1000 bps = 103 bps1Mbps = 1000000bps = 106 bps1Gbps = 1000000000bps = 109 bps

Informática (tamanho)

1KB = 1024 bytes = 8192 bits1MB = 1048576 bytes1GB = 1073741824 bytes

Tempo

1ms = 10-3s1s = 10-6s1ns = 10-9s

Exercício:

Calcule o tempo necessário para enviar um arquivo de 1,5MB em em enlace ótico de 50Gbps.

Modelo de Comunicação

• Fonte

– gera os dados a serem transmitidos

• Transmissor

– converte os dados em sinais transmissíveis

• Sistema de Transmissão

– transmite os dados

• Receptor

– converte os sinais recebidos em dados

• Destino

– recebe os dados

Teleprocessamento

Modelo simplificado de comunicação

Tarefas de um sistema de comunicação

Flow control – controle de fluxo

Network managementError detection and correctionDetecção e correção de erros

SecurityExchange management – ger. da troca de dados

Message formatting – formato da mensagem

Synchronization - sincronismo

Recovery – recuperação da conexão

Signal generationGeração do sinal

Routing – escolha de rotasInterfacing - conexão

Addressing - endereçamentoTransmission system utilization

Modelo simplificado de comunicação

1) envio de mensagem de correio eletrônico2) sistema telefônico

Redes de Comunicação de Dados

• A comunicação ponto-a-ponto às vezes não é prática– Dispositivos estão distantes– Grande número de dispositivos pode necessitar de várias

conexões

• A solução é uma rede de comunicação de dados– Wide Area Network (WAN)– Local Area Network (LAN)

Taxonomia para as redes

• Quanto à tecnologia de transmissão– Redes broadcast– Redes ponto-a-ponto

• Quanto a escala– LANs– MANs– WANs– Redes de redes (=Internetworking)

Redes broadcast

• Redes compostas por um meio físico compartilhado por todas as máquinas da rede

• Mensagens enviadas por uma máquinas são “escutadas” por todas as máquinas da rede– campo de endereço para determinar o destinatário da mensagem

• Valores especiais para indicar que:– mensagem é destinada a todas as máquinas da rede (broadcast)

– mensagem é destinada a um sub-conjunto de máquinas (multicast)

• Tendência– ser utilizada em redes de pequena escala

Redes ponto-a-ponto

• Redes compostas por um conjunto de conexões entre vários pares de máquinas

• Para ir da fonte ao destino, um pacote deve passar por uma série de máquinas intermediárias

• Múltiplas rotas, de diferentes tamanhos, são possíveis– algoritmo de roteamentos desempenham papel importante

• Tendência– ser utilizada em redes de grande escala

Possíveis topologias (redes ponto-a-ponto)

a) estrelab) anelc) árvored) completa (full-meshed)e) anéis c/ intersecçãof) irregular

Quanto à escala

LANs - Local Area Networks

• Redes geograficamente limitadas (prédios ou campus) pertencendo normalmente a uma mesma organização (poucos km)

• Utilizadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho para o compartilhamento de informações e recursos

• Apresentam altas taxas de transmissão de dados, baixa taxa de erros e tendem a utilizar broadcast

• Exemplos– Redes Ethernet (IEEE 802.3)– Redes Token Ring (IEEE 802.5)

MANs - Metropolitan Area Networks

• Resultado de uma expansão de uma ou mais LANs em um local geograficamente próximo (cidade)

• Rede privada ou pública

• Pode suportar voz e dados– rede de televisão a cabo pode ser considerada MAN

• Não contém elementos de comutação

• Exemplos:– IEEE 802.6 (DQDB - Distributed Queue Dual Bus)

– Redes ATM Metropolitanas

MANs - Metropolitan Area Networks

Arquitetura de uma MAN baseada em DQDB

WANs - Wide Area Networks

• Redes que cobrem grandes áreas geográficas (estado, país, continente)

• Geralmente utiliza meios compartilhados (comuns)– backbones, satélites, cabos óticos transoceânicos

• hosts (end-systems) comunicam-se através de uma sub-rede destinada somente ao tratamento dos aspectos da comunicação (ex: sistema telefônico)

• sub-rede = linhas de transmissão + equipamentos de comutação (ou roteadores)

• Exemplos: X.25, Frame Relay, MPLS, Renpac

WANs - Wide Area Networks

Relação entre hosts e a sub-rede em uma WAN

WANs - Wide Area Networks

• Comutação de circuitos (circuit switching)– Há o estabelecimento de uma sessão (=reserva de recursos) antes da

transmissão dos dados

– A informação é comutada sempre pelo mesmo caminho dentro da rede

– Sem informação de endereçamento (a sessão já foi aberta entre os dois pontos)

– Multiplexação determinística - menor eficiência na alocação de recursos

– Ex: Sistema telefônico

WANs - Wide Area Networks

• Comutação de pacotes (packet switching)– Sem estabelecimento de conexão a priori

– A informação é dividida em pacotes independentes e comutada em cada elemento interno

– Cada pacote pode trafegar por caminhos diferentes até chegar ao seu destino

– Cada pacote carrega informações de endereçamento

– Multiplexação estatística - maior eficiência na alocação de recursos

– Ex: Internet

Rede de redes (internetwork)

• Conjunto de redes interconectadas entre si– redes diferem entre si em hardware e software– necessitam de máquinas especiais para a interconexão de

redes distintas (gateways)

• A Internet é um tipo de internetwork– conjunto de redes privadas e públicas (LANs, MANs,

WANs) interligadas umas às outras– a interligação é realizada por um conjunto de programas

padronizados de comunicação (protocolos)– abrangência mundial (WAN das WANs)

Padronização (standards)

• Os padrões são acordos documentados que contém especificações técnicas ou outros critérios precisos que são usados como regras, guias ou definições de características de modo a garantir que materiais, produtos, processos e serviços sirvam a seus propósitos.

• Vantagens– melhoria da qualidade e confiabilidade– possibilita a interoperabilidade e compatibilidade entre produtos e

serviços– simplificação melhora a usabilidade

– redução do número de modelos -> redução de custos– aumento da eficiência de distribuição

Alguns organismos de padronização

• ISO (International Standards Organization)– Modelo OSI, Modelo de Gerenciamento de redes

– http://www.iso.org

• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) – Ethernet, Token Ring, Token Bus,...

– http://www.ieee.org

• ATM Forum (Redes ATM)– associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a

promoção de redes ATM

– http://www.atmforum.org

• Frame Relay Forum (Redes Frame Relay)– associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a

promoção de redes Frame Relay

– http://www.frforum.com

• ITU (International Telecommunication Union) (ex-CCITT)– ITU-T é responsável pela padronização do sistema telefônico e de

alguns aspectos da comunicação de dados em redes WAN

– http://www.itu.ch

• TIA (Telecommunications Industry Association)

– produtos de comunicação para TI e Telecom

– http://www.tiaonline.org

• EIA (Electronics Industries Alliance)– desenvolvimento da indústria eletrônica

– http://www.eia.org

Alguns organismos de padronização

• Os padrões Internet estão definidos em documentos públicos chamados de RFC (Request for Comments). Um RFC não define necessariamente um padrão.– http://www.ietf.org/rfc

• Internet Society – http://www.isoc.org

• IETF (Internet Engineering Task Force)– http://www.ietf.org

• IAB (Internet Activities Board)– http://www.iab.org

• IESG (Internet Steering Group)– http://www.ietf.org/iesg.html

Alguns organismos de padronização