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Redes de Computadores
Introdução - Capítulo 1
Professores: Solange da Silva
Wilmar Oliveira de Queiroz
Histórico de Redes de Computadores• Século XVIII - era de grandes sistemas mecânicos
(Revolução Industrial)• Século XIX - era das máquinas a vapor• Século XX - principais conquistas foram no campo da
aquisição, processamento e da distribuição das informações:
– Instalação de Redes de telefonia em escala mundial– Invenção do rádio e da televisão– Nascimento e crescimento da indústria de
Informática– Lançamento de Satélites de comunicação– Internet
Conceito de Redes de Computadores• Conceito - conjunto de computadores autônomos
interconectados. 2 computadores estão interconectados quando podem trocar informações.
• Vantagens:– Compartilhamento de recursos– Segurança e confiabilidade do sistema– Grupo de trabalho– Compartilhamento de informações– Etc.
OrigemOrigemTransTrans
missormissor
Sistema de Sistema de TransmissãoTransmissão
RecepRecep
tortorDestinoDestino
Sistema de Origem Sistema de Destino
Evolução das Redes de Computadores (1)
Evolução das Redes de Computadores (2)
Evolução das Redes de Computadores (3)
Evolução das Redes de Computadores (4)
Evolução das Redes de Computadores (5)
Uso de Redes de Computadores
• Aplicações comerciais
• Aplicações residenciais
• Usuários móveis
• Questões sociais
Aplicações Comerciais de Redes
Uma rede com dois clientes e um servidor.
Aplicações Comerciais de Redes (2)
O modelo cliente-servidor envolve solicitações e respostas.
Aplicações Residenciais de Redes
• Acesso à informações remotas
• Comunicação entre pessoas
• Entretenimento interativo
• Comércio eletrônico
Aplicações Residenciais de Redes (2)
Em um sistema não-hierárquico não existem clientes e servidores fixos.
Aplicações Residenciais de Redes (3)
Algumas formas de comércio eletrônico (e-commerce).
Abreviação Nome completo Exemplo
B2C Business-to-consumer Pedidos de livros on-line
B2B Business-to-businessFabricante de automóveis solicitando pneus a um fornecedor
G2C Government-to-consumerGoverno distribuindo eletronicamente formulários de impostos
C2C Consumer-to consumer Leilões on-line de produtos usados
P2P Peer-to-peer Compartilhamento de arquivos
Redes de Usuários Móveis
Combinações de redes sem fio (wireless) e computação móvel.
Sem fio Móvel Aplicações
Não Não Computadores de desktop em escritórios
Não Sim Um notebook usado em um quarto de hotel
Sim Não Redes em edifícios mais antigos que não dispõem de fiação
Sim Sim Escritório portátil; PDA para registrar estoque de uma loja
Hardware de Rede• Local Area Networks (LANs) – Redes Locais
• Metropolitan Area Networks (MANs) - Redes Metropolitanas
• Wide Area Networks (WANs) – Redes Geograficamente Distribuídas
• Redes Sem Fio
• Redes Domésticas
• Internetworks – Inter-redes
Tipos de tecnologias de transmissão
• Links de difusão (broadcast)
• Links ponto-a-ponto
Hardware de Rede (2)
Difusão
• Pacote é transmitido a todas as máquinas da rede, mas somente a máquina-destino a recebe
• Várias máquinas compartilham o mesmo meio físico
Ponto-a-ponto
• O pacote é transmitido da origem até o destino através do caminho (rota) mais curto
Hardware de Rede (3)
Hardware de Rede (4)
Classificação dos processadores interconectados por escala.
Distância entre processadores
Processadores localizados no(a)
mesmo(a)Exemplo
1 m Metro quadrado Rede Pessoal
10 m Sala
Rede Local100 m Edifício
1 km Campus
10 km Cidade Rede Metropolitana
100 km PaísRede Geograficamente Distribuída
1.000 km Continente
10.000 km Planeta Internet
Local Area Networks
(a) Barramento; (b) Anel
Computadores estão fisicamente próximos Altas taxas de transmissão Menor taxa de erros Redes de difusão ou ponto-a-ponto Ex: Ethernet
Duas redes de difusão (broadcast).
Redes Metropolitanas (MANs)
Uma Rede Metropolitana baseada na TV a cabo.
Redes Geograficamente Distribuídas - WANs
Relação entre hosts em LANs e a subrede. Computadores estão fisicamente distantes Menores taxas de transmissão Maior taxa de erros Ponto-a-ponto
Redes Geograficamente Distribuídas WANs (2)
Um fluxo de pacotes indo do transmissor até o receptor.
Redes Sem Fio
São divididas em 3 Categorias Principais:
• Interconexão de Sistemas
• LANs Sem Fio
• WANs Sem Fio
Redes Sem Fio (2)
(a) Configuração Bluetooth(b) LAN sem fio
Redes Sem Fio (3)
(a) Computadores móveis individuais(b) Uma LAN móvel
Categorias de Redes Domésticas• Computadores (PC de mesa, notebook, PDA, periféricos
compartilhados)• Entretenimento (TV, DVD, VCR, câmeras de vídeo e
fotográfica, equipamento estéreo, MP3)• Telecomunicações (telefone, celular, intercomunicador,
fax)• Eletrodomésticos (microondas, refrigerador, relógio,
forno, ar condicionado, lâmpadas)• Telemetria (medidores de consumo de serviços de
utilidade pública, alarmes de fumaça/arrombamento, termostato, câmeras para monitorar bebês).
Software de Rede
• Hierarquias de Protocolos• Questões de projeto relacionadas às camadas• Serviços Orientados à Conexão e Sem Conexões• Primitivas de Serviço• O relacionamento entre Serviços e Protocolos
“Camadas” de Protocolos
As redes são complexas!
muitos “pedaços”:
– hosts– roteadores– enlaces de diversos meios– aplicações– protocolos– hardware, software
Organização de uma viagem aérea Uma série de passos/ações
Organização de uma Viagem Aérea - Serviços
Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens
transporte de bagagens
transferência de pessoas: entre portões
transporte do avião de pista a pista
roteamento do avião da origem ao destino
Funcionalidade de uma linha aérea em camadas
Camadas: cada camada implementa um serviço– através de ações internas à camada
– depende dos serviços providos pela camada inferior
bilhete (compra)
bagagem (check in)
portão (embarque)
subida
roteamento do avião
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrissagem
roteamento do avião
roteam. aviões
aero
port
o d
e
saíd
a
aero
port
o d
e
chegada
localidades intermediárias de tráfego aéreo
roteam. aviões roteam. aviões
Organização de uma Viagem Aérea – Implementação distribuída das funcionalidades das camadas
Por que dividir em camadas?Lidar com sistemas complexos:
estrutura explícita permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema complexo
– modelo de referência em camadas para discussãomodularização facilita a manutenção e atualização do sistema
– mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema
– ex., mudança no procedimento no portão não afeta o resto do sistema
divisão em camadas é considerada prejudicial?
Pilha de protocolos Internet• aplicação: dá suporte a aplicações de rede
– FTP, SMTP, HTTP
•transporte: transferência de dados host-a-host
– TCP, UDP
• rede: roteamento de datagramas da origem até o destino
– IP, protocolos de roteamento
• enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos
– PPP, Ethernet
• física: bits “no fio”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
O Modelo de Referência OSI
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
Cada camada:
distribuída
as “entidades” implementam as funções das camadas em cada nó
as entidades executam ações, trocam
mensagens entre parceiras
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dadosEx.: transporte
recebe dados da aplicação
adiciona endereço e verificação de erro para formar o “datagrama”
envia o datagrama para a parceira
espera que a parceira acuse o recebimento (ack)
analogia: correio
dados
transporte
transporte
ack
Camadas: comunicação física
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dados
mensagemsegmento
datagrama
quadro
origemaplicaçãotransporte
redeenlacefísica
HtHnHl M
HtHn M
Ht M
M
destino
HtHnHl M
HtHn M
Ht M
M
redeenlacefísica
enlacefísica
HtHnHl M
HtHn M
HtHnHl M
HtHn M
HtHnHl M HtHnHl M
roteador
switch
Encapsulamento
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
Software de Rede Hierarquias de Protocolos
Camadas, protocolos e interfaces.
O que é um protocolo?protocolos humanos:
“que horas são?”
“tenho uma dúvida”
apresentações
… msgs específicas são enviadas
… ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos
Protocolos de rede:
máquinas ao invés de pessoas
todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos
protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de msgs
O que é um protocolo?um protocolo humano e um protocolo de rede:
P: Apresente outro protocolo humano!
Oi
Oi
Que horassão, por favor?
2:00
sol. conexão TCP
resposta deconexão TCPGet http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
<arquivo>tempo
Hierarquias de Protocolos (2)
A arquitetura filósofo-tradutor-secretária.
Hierarquia de Protocolos (3)Exemplo de fluxo de informações que admite a comunicação virtual na camada 5.
Cabeçalho H inclui informações de controle, como nº de seqüência, por exemplo, a fim de permitir que a camada 4 do destino possa repassar a mensagem na ordem correta.
Cabeçalho pode conter hora, tamanho e outros campos de controle
Questões de Projeto relacionadas às Camadas
• Endereçamento• Controle de Erros• Controle de Fluxo• Multiplexação e demultiplexação• Roteamento
Serviços Orientados à Conexão e Serviços Sem Conexão
Seis tipos diferentes de serviços.
Serviço Exemplo
Orientado à conexão
Fluxo de mensagens confiável Sequência de páginas
Fluxo de bytes confiável Logon remoto
Conexão não-confiável Voz digitalizada
Sem conexão
Datagrama não-confiável Lixo de correio eletrônico
Datagrama confirmado Correspondência registrada
Solicitação/resposta Consulta a banco de dados
Primitivas de Serviço
Cinco primitivas de serviço para implementação
de uma conexão simples.
Primitiva Significado
LISTEN Espera bloqueada por uma conexão de entrada
CONNECT Estabelece uma conexão com um par que está à espera
RECEIVE Espera bloqueada por uma mensagem de entrada
SEND Envia uma mensagem ao par
DISCONNECT Encerra uma conexão
Primitivas de Serviço (2)
Pacotes enviados em uma interação cliente/servidor simples em uma rede
orientada à conexão.
Relacionamento entre um Serviço e um Protocolo
SERVIÇO é um conjunto de primitivas que uma camada oferece à camada situada acima dela. Define as operações que uma camada oferece.
PROTOCOLOS são utilizados pelas entidades pares contidas nas camadas para implementar suas definições de serviço. Protocolos podem ser trocados, desde que não altere o serviço oferecido pela camada. Portanto, Serviços e Protocolos são independentes um do outro;
Modelos de Referência
• O Modelo de Referência OSI
• O Modelo de Referência TCP/IP
• Comparando os Modelos OSI e TCP/IP
• Uma crítica aos Protocolos e ao Modelo OSI
• Uma crítica ao Modelo de Referência TCP/IP
Modelos de Referência O modelo de referência OSI.
Modelos de Referência (2)
• Interface física entre o computador e a rede• Responsabilidade:
• transmissão de bits em um canal de comunicação
• Questões a definir:• interfaces elétricas e mecânicas • taxa de transmissão• distâncias
Modelos de Referência (3) – Camada Física
Modelos de Referência (4) – Camada de Enlace de Dados
• Ativação, manutenção e desativação de um enlace confiável
• Responsabilidade:• transmissão dos dados livre de erros para as camadas
superiores
• Tarefas:• enquadramento (divisão dos dados em pedaços)
– bits de cabeçalho e trailer
• endereçamento• controle de fluxo e detecção erros
10110110101 01100010011 10110000001
CAMADA DE REDE
• Seleção do melhor caminho entre duas entidades fins (roteamento)
• Fragmentação e remontagem de pacotes
• Compatibilização entre redes de tecnologias diferentes
• Não é necessária em enlaces diretos
CAMADA DE TRANSPORTE
• Provê de ligação virtual fim-a-fim entre entidades fins
• Controle de erro e fluxo fim-a-fim
• Tem uma qualidade de serviço associada
Modelos de Referência (5) – Camadas de Rede e de Transporte
CAMADA DE SESSÃO
• estabelece, gerencia e finaliza sessões entre aplicações
• recupera a sessão em caso de interrupção
• muitos modelos não incluem uma camada de sessão
CAMADA DE APRESENTAÇÃO
• uniformiza o formato de dados
• compressão e criptografia de dados
• muitos modelos não incluem uma camada de apresentação
CAMADA DE APLICAÇÃO
• interface com o usuário
• fornece serviços básicos necessários para uma variedade de aplicações
• Ex: transferência de arquivos (FTP), acesso remoto (HTTP), correio eletrônico
Modelos de Referência (6) – Camadas de Sessão, de Apresentação e de Aplicação
Modelos de Referência (7)
O modelo de referência TCP/IP.
Modelos de Referência (8)Redes e Protocolos no Modelo TCP/IP.
Comparando os Modelos OSI e TCP/IPConceitos fundamentais do modelo OSI• Serviços
– Conjunto de operações que uma camada oferece para a camada acima dela;
– A definição do serviço informa o que a camada faz;
• Interfaces– A interface de uma camada informa como os processos
acima dela podem acessá-la
• Protocolos– Conjunto de regras que controla o formato e o
significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocadas pelas entidades partes contidas em uma camada
Uma Crítica ao Modelo e Protocolos OSI
Por quê o mundo não assumiu o modelo OSI?• Momento ruim
– Demorou a sair do papel
• Tecnologia ruim– Complexidade, funções repetidas
• Implementações ruins– Lentas, pesadas e gigantescas
• Políticas ruins– Imagem associada a burocracia
Momento ruim
O apocalipse dos dois elefantes. O Modelo OSI demorou a sair do papel
Uma Crítica ao Modelo de Referência TCP/IP
Problemas:• Serviço, interface e protocolo não diferenciados com clareza
• Não é um modelo geral
• “Camada” host-rede não é realmente uma camada e sim uma interface (entre as camadas de redes e de enlace)
• Nenhuma distinção entre as camadas física e de enlace
• Protocolos secundários profundamente enraizados, e de difícil substituição
Modelo Híbrido
O modelo de referência híbrido que será usado neste livro.
Exemplos de Redes
• The Internet
• Redes Orientadas à Conexão: X.25, Frame Relay e ATM
• Ethernet
• Wireless LANs: 802:11
The ARPANET
(a) Estrutura do sistema telefônico.(b) Sistema de comutação distribuído proposto por Baran.
The ARPANET (2)
O projeto original ARPANET.IMP – Interface Message Processors
The ARPANET (3)
Crescimento da ARPANET (a) Dezembro 1969. (b) Julho 1970.
(c) Março 1971. (d) Abril 1972. (e) Setembro 1972.
NSFNET
O backbone NSFNET em 1988.
Uso da Internet
Aplicações Tradicionais (1970 – 1990)
• Correio eletrônico
• Newsgroups (fóruns especializados)
• Login remoto (telnet, rlogin ou ssh)
• Transferência de arquivos (FTP)
Arquitetura da Internet
Visão da Internet.POP – Point of presence; NAP – Network access point
Circuitos Virtuais ATM
Um circuito virtual.
Circuitos Virtuais ATM (2)
Uma célula ATM.
O Modelo de Referência ATM
O modelo de referência ATM.
O Modelo de Referência ATM (2)
As camadas, subcamadas ATM e suas funções.
Ethernet
Arquitetura original da Ethernet.
Wireless LANs
(a) Redes Wireless com uma estação base (802.11).(b) Rede Ad hoc.
Wireless LANs (2)
O alcance de um único rádio pode não cobrir todo o sistema.
Wireless LANs (3)
Uma rede multicélula 802.11.
Padronização de Redes
• Quem é quem no mundo das Telecomunicações• Quem é quem no mundo dos Padrões Internacionais• Quem é quem no mundo dos Padrões Internet
ITU
• Principais setores• Radiocomunicações (ITU-R)• Padronização de Telecomunicações (ITU-T)• Desenvolvimento (ITU-D)
• Classes dos Membros• Governos Nacionais• Membros Setoriais• Membro Associados• Agências Reguladoras
IEEE 802 Standards
Os grupos de trabalho 802. Os mais importantes são marcados com *. Os marcados com estão hibernando. O grupo marcado com †
está desativado.
Unidades MétricasOs principais prefixos métricos.
História da Internet
1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes
1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares
1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Research Projects Agency)
1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet
1961-1972: Estréia da comutação de pacotes
História da Internet
1972:
• demonstração pública da ARPAnet• NCP (Network Control Protocol)
primeiro protocolo host-host• primeiro programa de e-mail• ARPAnet com 15 nós
1961-1972: Estréia da comutação de pacotes
Princípios de interconexão de Cerf e Kahn:
– minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes
– modelo de serviço best effort
– roteadores sem estados– controle descentralizado
definem a arquitetura atual da Internet
História da Internet
1970: rede de satélite ALOHAnet no Havaí
1973: Metcalfe propõe a Ethernet em sua tese de doutorado
1974: Cerf e Kahn - arquitetura para a interconexão de redes
fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA
fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM)
1979: ARPAnet com 200 nós
1972-1980: Interconexão de redes novas e proprietárias
História da Internet
1983: implantação do TCP/IP
1982: definição do protocolo SMTP para e-mail
1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP
1985: definição do protocolo FTP
1988: controle de congestionamento do TCP
novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel
100.000 hosts conectados numa confederação de redes
1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
História da Internet
início dos anos 90: ARPAnet desativada1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995)início dos anos 90 : Web
– hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s]
– HTML, HTTP: Berners-Lee
– 1994: Mosaic, posteriormente Netscape
– fim dos anos 90: comercialização da Web
Final dos anos 90:
est. 50 milhões de computadores na Internet
est. mais de 100 milhões de usuários
enlaces de backbone a 1 Gbps
1996: criação do projeto INTERNET2
novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P2P
Anos 90: comercialização, a Web
Evolução do Número de Hosts
Internet/BR• Aberta para uso comercial em 1994• A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989.• Posição absoluta (Network Wizards, 01/07):
– Número de hosts: 7.442.440– 8o do Mundo– 2o das Américas (Canadá em 2o lugar com
6.697.570)– 1o da América do Sul (Argentina em 2o lugar com
1.837.050)• IBOPE/NetRatings (3/07):
– 16,3 Milhões de Internautas residenciais ativos– 25 milhões de brasileiros têm acesso a computador
nos seus domicílios– 32,9 milhões têm acesso em qualquer ambiente
Fonte: www.cetic.br