Informática para Ciências e Engenharias

2013/14

Teórica 6

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Na aula de hoje...

Introdução às redes de computadores e à Internet:• Redes de computadores e seus protocolos

• Obtenção de dados da Internet usando MATLAB/Octave.

Revisão: for, if, matrizes, gráficos• Cálculo de áreas por Monte Carlo

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Redes de computadores

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Redes de computadores

Um conjunto de computadores pode ser interligado com o objectivo de trocar informação e partilhar recursos, transferindo dados entre si.• Exemplo: pesquisa no Google

• enviamos os termos a pesquisar, usamos os recursos do motor de pesquisa, obtemos de volta o resultado.

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Redes de computadores

Numa transferência intervêm dois computadores e a rede.• Nó emissor : produz uma sequência de bytes

(mensagem)

• Nó receptor : recebe essa sequência de bytes

• A rede, a infraestrutura que inclui• Meios de interligação: cabos, atmosfera, …

• Computadores dedicados a encaminhar a mensagem do nó emissor ao nó receptor.

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Relação Cliente Servidor

ProgramaCliente

ProgramaServidor

Pedido (request)

Resposta (response)

Um servidor podeservir vários clientes em simultâneo.

Por exemplo,Browser

Por exemplo,Servidor Web

Em muitos casos, a relação é assimétrica

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Relação Cliente Servidor

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O servidor gere um recurso e fornece um serviço aos clientes manipulando esse recurso.

Um servidor Web pode gerir recursos com dados ou programas que executa por conta dos clientes.

• Um Servidor FTP ou de email funciona de forma análoga.

3. Servidor envia a resposta

Recurso

2. Servidorprocessa o pedido4. Cliente

processa a resposta

1. Cliente envia pedido

ProgramaCliente

ProgramaServidor

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Relação Cliente Servidor

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Exemplo• O browser pede uma página de um blog

• O servidor do blog recebe o pedido, obtém o conteúdo da base de dados • Texto, comentários, imagens, etc

• O servidor envia essa informação, devidamente estruturada

• O browser processa a informação e apresenta a página.

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Relação entre pares

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Ligação peer-to-peer • (par-a-par, P2P)

• Neste tipo de relação, todos os participantes funcionam como clientes e como servidores

• O esforço é partilhado, não exigindo servidores com capacidades especiais

• Napster foi o primeiro exemplo notório (mas era centralizado)

• BitTorrent é um dos mais conhecidos, e pode ser descentralizado.

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Redes de computadores

Nos nós terminais• Placa ethernet

• sinais por cabo

• Placa Wi-Fi• sinais por ondas rádio

Rede local• LAN, Local Area Network

• ~1km; os computadores estão ligados directamente.

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Redes de computadores

LAN

• Cobre um edifício, ou edifícios próximos

WAN

• Wide Area Network

• Liga redes locais

Encaminhador

• Router, gateway

• máquina dedicada que liga redes diferentes (e.g. LAN a WAN)

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Redes de computadores

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Nó Nó

Nó Router

Nó Nó

Router Nó

Router

Ethernet ou WiFI

Ethernet ou WiFi

Ligação via satélite

Ligação fibra óptica

Duas LAN ligadas por 3 encaminhadores (routers).

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Redes de computadores

Poder enviar sinais não basta. É preciso saber

• Remetente e destinatário

• Controlar o tráfego

• Como interpretar o conteúdo, etc.

Ou seja, é preciso protocolos

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Protocolos Internet

Nível físico• Sinais entre os nós da rede

• Modulação e conversão• Fibra óptica, telefone, cabo, ethernet, ...

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Protocolos Internet

Nível físico Nível da ligação

• Transmissão de conjuntos de bits entre nós da rede• Correcção de erros, gestão de filas de espera, ...

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Protocolos Internet

Nível físico Nível da ligação Nível IP (Internet Protocol)

• Gere os pacotes de bytes, endereçamento e reencaminhamento• A informação é dividida em pacotes (sequências

de bytes), encaminhados individualmente ao destino.

• Cada máquina tem um endereço e cada pacote tem o endereço do destinatário

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Protocolos Internet

Internet Protocol (IP)• o protocolo IP (versão 4) especifica um endereço

único com 32 bits para cada máquina• (128 bits no IPv6)

• mas permite redes privadas• e.g. em cada casa o router doméstico cria uma rede com

os endereços 192.168.0.(0 – 255), e o ISP fornece um outro endereço para toda essa rede.

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Protocolos Internet

Nível físico Nível da ligação Nível IP (Internet Protocol) Nível de transporte (TCP).

• Gere o transporte de dados, encarregando-se da gestão de pacotes, detecção e recuperação de erros, etc.

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Protocolos Internet

Nível físico Nível da ligação Nível IP (Internet Protocol) Nível de transporte (TCP). Nível da aplicação

• Protocolos destinados a gerir a comunicação entre aplicações ou com o utilizador.

• E.g HTTP, DNS, ...

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Protocolos Internet

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Protocolos Internet

Normalmente não vemos endereços IP Usamos endereços simbólicos

• Strings associadas aos endereços IP• e.g. www.google.com

• O DNS (Domain Name System) é um sistema hierárquico de servidores que mapeia os endereços simbólicos em endereços IP.

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Top level domains

Top Level Domain Utilização

biz Negócios

com Comercial (EUA)

edu Educação (EUA)

info Informação

gov Governo (EUA)

mil Militar (EUA)

net Rede

org Sem fins lucrativos

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Top level domains

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Fora dos Estados o TLD é o código (com 2 letras) do país.

País TLD

pt Portugal

uk Reino Unido

es Espanha

fr França

nz Nova Zelândia

cn China

… …

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Domain Name System

Domínio raiz

Top-level domains edu gov com …

uk pt …

utl unlcmu

csfe fct

di

google ibm

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Protocolos Internet

Endereços simbólicos, exemplo• nslookup (no command prompt ou consola)

~$ nslookup fct.unl.pt...Name: fct.unl.ptAddress: 193.136.126.43

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Nome do nó

asc.di.fct.unl.pt

Top level domain (TLD)

OrganizaçãoNome da máquina

~$ nslookup asc.di.fct.unl.pt...asc.di.fct.unl.pt canonical name = di78.di.fct.unl.pt.Name: di78.di.fct.unl.ptAddress: 193.136.122.78

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Internet

Reenvio de pacotes• O remetente envia cada pacote ao router na sua

rede.

• Cada router reenvia os pacotes ao router que (estima) está mais próximo do destinatário• Pelo endereço IP e tempos de transmissão

• Este processo é dinâmico, permitindo gerir o tráfego e contornar falhas pontuais na rede.

• Eventualmente, o pacote chega a um router que o envia ao destinatário

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Internet

Desta forma, a rede de redes pode crescer

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Programas servidores

Nos servidores há programas que esperam por pedidos (programas servidores)• São executados em background, sem interacção

directa com utilizadores (deamons)

• Aguardam pedidos dirigidos a portas específicas• Uma porta é um endereço dentro da própria máquina

• Exemplos• Servidor Web (porta 80)

• Servidor File Transfer Protocol (FTP, portas 20 e 21)

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Programas servidores

Exemplos:• Servidor Web (porta 80)

• Recursos: ficheiros, programas, páginas dinâmicas

• Serviços: obter ficheiros e executar programas CGI a pedido do cliente.

• Servidor FTP (portas 20 e 21)• Recursos: ficheiros

• Serviços: leitura e escrita de ficheiros

• Servidor de Mail (porta 25, SMTP)• Recursos: ficheiro spool de email.

• Serviços: armazena as mensagens no ficheiro spool

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Programas clientes

Exemplos:• Browser, ftp, ssh,

Encontra o programa servidor• Pelo endereço da máquina onde o programa

servidor está a ser executado

• Pela porta associada ao protocolo e serviço

• e.g. O browser contacta a máquina com aquele endereço IP na porta 80 para o protocolo HTTP.

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World Wide Web

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World Wide Web

1989• Tim Berners-Lee (no CERN) escreve uma

proposta para desenvolver um sistema distribuído de hiper-texto. Ligar uma “web of notes with links” para ajudar os físicos do CERN a partilhar informação em grandes projectos.

1990• Tim B-L escreve um browser com interface

gráfica.

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World Wide Web

A Web (teia)

• Documentos interligados e sofware para consultar e manipular essa informação.

Protocolos da Web

• Protocolos de aplicação que gerem a partilha da informação.

Página Web

• Documento com dados e, normalmente, ligações (link) a outros documentos.

Link (elo)

• Ligação entre duas páginas Web.

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World Wide Web

Site Web

• Conjunto de páginas Web relacionadas e, geralmente, armazenadas na mesma máquina.

Servidor Web - servidor

• Programa, na máquina que aloja a informação, que responde a pedidos de acesso às páginas Web.

Browser Web - cliente

• Ferramenta que pede páginas Web e as mostra.

• Indica a localização desse recurso ao servidor: URL

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World Wide Web

A Web não é a Internet• a Internet inclui muito mais do que a Web

• a Web existe sobre a Internet

Três elementos centrais da Web são• Uniform Resource Locator

• (ou endereço Web)

• HTML• linguagem das páginas Web

• HTTP• Hypertext Transfer Protocol

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URL: Uniform Resource Locator

http://asc.di.fct.unl.pt/~pm/index.htmlProtocolo Máquina

Endereço IP:x.x.x.xNome DNS

Ficheiro

/home/pm/public-html/index.html

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Forma normalizada de especificar a localização de um recurso na Web.• Protocolo (pode ser omitido);

• Nome da máquina;

• Recurso (e.g. um ficheiro no servidor).

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HTML

Hypertext Markup Language (HTML)• Linguagem usada para criar páginas Web.

• é uma markup language porque usa marcas (tags) para anotar a informação.

Tags (marcas)• Especificam a interpretação do conteúdo

• A forma concreta como a informação é mostrada no ecrã é decidida pelo browser.

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HTML

Código fonte da página, HTML

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HTML

Representação da página pelo browser

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HTML

Marcas (tags)• Colocadas entre os símbolos < e >

• A marca final distingue-se da inicial pela </..>

Elementos• Os elementos da página são definidos por uma

marca inicial e final ladeando o conteúdo.

• e.g. <TITLE>Título</TITLE>

• Ou podem ser vazios: <BR>

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HTML

Exemplos• <P> ... </P> especifica um parágrafo separado.

• <BR> indica uma mudança de linha.

• <CENTER> ... </CENTER> centra o conteúdo.

• <I> … </I> conteúdo em itálico.

• <B> … </B> conteúdo em negrito (bold).

• <HR> insere um separador horizontal a toda a largura da página (mudança de contexto).

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HTML

Exemplos• <UL> … </UL> define uma lista de itens.

• <LI>…</LI> define um item.

• <H1> … </H1> Formatação do texto no estilo H1 –relevo máximo (dimensão das letras …).

• …

• <H8> … </H8> Formatação do texto no estilo H8 – relevo mínimo.

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HTML

Nota:• No standard HTML5 a ênfase é na semântica

e não no aspecto visual.

• Várias tags foram delegadas para folhas de estilo (e.g. CENTER) ou têm significado diferente (e.g. HR)

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HTML

A tag pode ter também atributos• informação adicional acerca do elemento.

• nome-do-atributo="valor"

Exemplo• Imagem:

• <IMG SRC="imagem.gif">

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HTML

Links (hiper-ligação)• Tag A (âncora)

Exemplo<A HREF = "http://ssdi.di.fct.unl.pt/ice/b/praticas.html"> página das práticas de ICE-B</A>

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Protocolo HTTP

Browser Servidor

Pedido

Resposta

GET /index.html HTTP/1.1Linhas com informação sobre o pedido e o browserLinha em brancoMais linhas opcionais

200 OK HTTP/1.1Linhas com informação sobre a resposta e o servidorLinha em brancoMais linhas opcionais<html>…</html>

Pedidos e respostas são codificados em blocos de texto

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World Wide Web

Utilizador especifica URL, o browser pede o recurso ao servidor, este envia os dados com o texto, imagens, etc.

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Conteúdo estático

O conteúdo pode ser estático • é enviado um ficheiro que existe no servidor

• Exemplos: ficheiros HTML, imagens, audio clips.

• URLs para conteúdos estáticos:• http://www.cs.cmu.edu:80/index.html

• http://www.cs.cmu.edu/index.html

• http://www.cs.cmu.edu

• Identificam o ficheiro index.html gerido pelo servidor em www.cs.cmu.edu à escuta na porta 80.

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Conteúdo dinâmico

O conteúdo pode ser dinâmico• Quando é pedido um recurso dinâmico, o servidor

executa um programa que o gera no momento.• Por exemplo, páginas de um blog, Facebook, etc

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Usar recursos remotos em MATLAB

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Acesso a recursos remotos

O MATLAB (e Octave) inclui funções para aceder a recursos pelo URL[conteudo, sucesso] = urlread( url )

• A função urlread acede ao URL url e retorna:• na string conteudo o conteúdo obtido;

• no booleano sucesso o valor true (1), se a operação teve sucesso, e o valor false (0), se a operação não teve sucesso.

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Acesso a recursos remotos

[nComp,sucesso]=urlwrite(url,nomeFich)

• A função urlwrite acede ao URL url, grava o conteúdo no ficheiro nomeFich e retorna:• na string nComp o nome completo do ficheiro local,

incluíndo o caminho;

• no booleano sucesso o valor true (1), se a operação teve sucesso, e o valor false (0), se a operação não teve sucesso.

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Exemplo: Pauta

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Exemplo: pauta

As notas dos trabalhos e testes estão num servidor:• http://ctp.di.fct.unl.pt/~mm/ice/teoricas/notasAC.txt

50123 12.5 14.1 16.4 9.9;50224 8.1 10.3 5.5 8.2;51001 7.7 4.4 15.1 12.0

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Exemplo

Compreender o problema Caracterizar:

• Entrada: URL

• Saída: pauta com as avaliações

Tarefas• Obter os dados remotos (urlread) e converter numa

matriz (Já vamos ver como...)

• Calcular a pauta

• Já resolvemos este problema na aula 4

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Exemplo

Assinaturas das funções• Ler as notas

• function notas=lenotas(url)• Da aula 4

• function pauta = calculapauta(notas)• function nota = calculanota(notas)• function res=arredonda(valor,casasDec)

• Juntar tudo• function pauta = calculapautaurl(url)

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Exemplo

Converter string em números:• str2num

octave:11> a=str2num(s)a = 123octave:12> a+1ans = 124octave:13> mStr='1,2,3;4,5,6;7,8,9'mStr = 1,2,3;4,5,6;7,8,9octave:14> m=str2num(mStr)m =

1 2 3 4 5 6 7 8 9

octave:9> s='123's = 123octave:10> s+1ans =

50 51 52

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Exemplo

Os dados no servidor são fáceis de converter:

50123 12.5 14.1 16.4 9.9;50224 8.1 10.3 5.5 8.2;51001 7.7 4.4 15.1 12.0

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Exemplo

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Exemplo

octave-3.6.4.exe:3>ns=lenotas('http://ctp.di.fct.unl.pt/~mm/ice/teoricas/notasA.txt')Falhou a leitura do URL http://ctp.di.fct.unl.pt/~mm/ice/teoricas/notasA.txtns = [](0x0)octave-3.6.4.exe:4>ns=lenotas('http://ctp.di.fct.unl.pt/~mm/ice/teoricas/notasAC.txt')ns =

5.0123e+004 1.2500e+001 1.4100e+001 1.6400e+001 9.9000e+000 5.0224e+004 8.1000e+000 1.0300e+001 5.5000e+000 8.2000e+000 5.1001e+004 7.7000e+000 4.4000e+000 1.5100e+001 1.2000e+001

Testar a função lenotas:

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Exemplo

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Exemplo

Testar calculapautaurl:> url='http://ctp.di.fct.unl.pt/~mm/ice/teoricas/notasAC.txt'

> pauta=calculapautaurl(url)

pauta =

50123 13

50224 7

51001 -1

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Nota: http:// ou file://

O URL pode ser usado para designar um ficheiro local• Nesse caso o protocolo não será http mas

sim file.

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Nota: http:// ou file://

Por exemplo, guardamos notasAC.txt na pasta de trabalho:

octave:11> url='file://notasAC.txt';octave:12> pauta=calculapautaurl(url)pauta = 50123 13 50224 7 51001 -1

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Cálculo de áreas por Monte Carlo

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Estimar π

Círculo de raio 1, área = π• quadrado área = 1

• quarto, área = π/4

1

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Estimar π

Algoritmo (Monte Carlo)• N pontos ao acaso

• contar d dentro

• π ~ (d/N)*4

1

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Calculo de áreas por MC

Em geral• N pontos ao acaso numa região conhecida

que inclua a região de interesse• pseudo aleatórios

• contar quantos incidem na área de interesse

• a área de interesse será essa fracção, aproximadamente, da área conhecida

• funciona melhor quanto maior for N e quanto maior for a fracção na área de interesse.

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Calculo de áreas por MC

Função estimapi• recebe o número de pontos a gerar para a

estimativa

• devolve • o valor estimado de pi

• duas matrizes com os pontos (x,y) que calharam dentro e fora da área de interesse, para o gráfico.

Assinatura da função:function [res, ptsDentro, ptsFora] = estimapi(N)

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Cria os vectores de saída (no máximo N linhas) e os contadores que indicam quantos pontos e em que linha vamos, em cada caso.

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Ciclo principal para disparar N pontos

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Função rand simula números aleatórios(pseudo-aleatória)0 <= rand < 1

octave:46> randans = 0.30517octave:47> randans = 0.73012octave:48> randans = 0.76470octave:49> randans = 0.083024

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O ponto gerado a cada iteração conta dentro se a distância à origem não ultrapassar a unidade, fora se ultrapassar.Incrementando as variáveis ixDentro e ixFora mantemos a contagem e o índice do ponto na matriz respectiva.

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O resultado, a estimativa de π, é o quádruplo da área estimada pela proporção de pontos dentro.

É preciso também redimensionar as matrizes dos pontos de acordo com o número efectivo de pontos (N linhas era o máximo possível, para evitar redimensionar as matrizes muitas vezes durante o ciclo).

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Estimar π

Script de testes

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Estimar π

N=100

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Estimar π

N=500

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Estimar π

N=5000

80

Estimar π

N=25000

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Estimar π

Mais pontos, mais rigor:

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Trabalho Prático 1

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Trabalho Prático 1

Obter dados de um servidor (URL) Processar os dados

• matrizes, cálculos, …

Gerar gráficos Enunciado depois do teste

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Trabalho Prático 1

Aulas práticas• Apoio nas próximas semanas

Entregas• Versão intermédia, 27 de Abril

• não conta para nota

• para “ensaiar” e para seguirmos o progresso

• Versão final • Limite: 4 de Maio, recomendado: ~2 de Maio

• esta é que conta.

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Dúvidas