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INFINF--207207

Sistemas ComputacionaisSistemas Computacionais

para Processamento Multimpara Processamento Multimíídiadia

RedesRedes de de ComputadoresComputadoresVisãoVisão GeralGeral

22°°°°°°°°QQ--20102010

Prof. Roberto Prof. Roberto JacobeJacobe (roberto.jacobe@gmail.com)

Prof. Marcelo Z. do Prof. Marcelo Z. do NascimentoNascimento ((marcelo.ufabc@gmail.com)

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Roteiro

•Uso de Redes de Computadores

•Hardware de Rede–Tecnologia de transmissão–Escala (Distância)

•Software de Rede–Protocolo–Camadas–Serviços: Orientado a Conexão / sem Conexão–Modelos de Referência: OSI – TCP/IP–Tecnologias de Multiplexação–Ethernet

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Introdução

••Redes de computadores: Redes de computadores: grupo de sistemas com propósito de compartilhar informações.

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Hardware de Rede

•Não existe nenhuma taxonomia de aceitação geral no qual todas as redes de computadores possam ser classificados, no entanto:

�A tecnologia de transmissão e a escala;

•Há 2 tipos de tecnologia de transmissão:

�Links de difusão;

�Links ponto a ponto;

•A escala está relacionada ao tamanho físico:

• A distância é importante como uma métrica

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Redes de Difusão

�Têm apenas um canal de comunicação, compartilhado por todas as máquinas da rede;

�Mensagens curtas, chamadas de pacotes, enviadas por qualquer máquina são recebidas por todas;

�O campo de endereço dentro do pacote específica o destinatário

�A máquina verifica o campo de endereço:

�Será processado, se o pacote se destinar a está máquina;

�Analogia: Uma pessoa gritando no final do corredor de uma série de salas

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Redes de Difusão

�Oferece a possibilidade de endereçamento de um pacote a todos os destinos:

�Utilizando um código especial no campo de endereço;

�Todas as máquinas processam esse pacote;

�Operação de difusão (broadcasting).

�Pode ser transmitido para um subconjunto de máquinas:

�Multidifusão (multicasting);

�Reserva um bit para indicar a multidifusão;

�Pacote deverá ser entregue a um determinado grupo.

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Redes Ponto a Ponto

�Consiste em muitas conexões entre pares de máquinas individuais;

�Para ir da origem ao destino, pode visitar primeiro uma ou mais máquinas intermediárias;

�Pode haver várias rotas com diferentes tamanhos;

�Redes maiores geograficamente em geral são redes ponto a ponto;

�Também chamada de unicasting.

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Escala de Redes (distância)

�Redes Locais (LANs)

�Redes privadas contidas num espaço com até alguns quilômetros de extensão;

�As LANs tem 3 características que distinguem das outras:

�Tamanho: tamanho restrito, o pior tempo de transmissão élimitado e conhecido com antecedência;

�Tecnologia: quase sempre consiste em cabo, ao qual as máquinas estão conectadas;

�Velocidades de 1Gbps, baixo retardo, e contém poucos erros

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Escala de Redes (distância)

�Topologias: as LANs de difusão admitem diversas topologias:

�Barramento:

�No máximo uma máquina desempenha a função de mestre e pode realizar a transmissão;

�Mecanismo arbitragem para resolver conflitos quando 2 ou mais máquinas quiserem fazer uma transmissão simultânea;

�Exemplo IEEE 802.3 – padrão Ethernet

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Escala de Redes (distância)

�Padrão Ethernet

�Rede de difusão de barramento com controle descentralizado;

�Se 2 ou mais pacotes colidirem cada computador aguardará um tempo aleatório e fará nova tentativa;

�Anel

�Cada bit se propaga de modo independente;

�Cada bit percorre todo o anel no intervalo de tempo em que alguns bits são enviados;

�IEEE 802.5 (token ring da IBM) operando em 16 Mbps.

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Escala de Redes (distância)

Redes Locais (LANs)

Barramento Anel

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Escala de Redes (distância)

�(LANs) - Difusão

�Difusão: dependendo do modo como o canal é alocado, podem ser divididas:

�Alocação estática: o tempo é dividido em intervalos discretos e será utilizado um algoritmo de rodízio, permitindo que uma máquina transmita apenas num intervalo de tempo;

�Alocação dinâmica: pode ser centralizada, onde uma unidade de arbitragem do barramento define quem transmitirá, ou descentralizada, não existe unidade central.

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Escala de Redes (distância)

�Redes metropolitana (MANs)

�Rede de televisão a cabo;

�Acesso à Internet de alta velocidade sem fio – IEEE 802.16

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Escala de Redes (distância)�Redes geograficamente distribuídas (WANs)

�Abrange uma grande área geográfica,

�Contém um conjunto de máquinas cuja finalidade éexecutar os programas do usuário;

�Hosts estão conectados por uma sub-rede de comuniçação;

�Sub-rede pertence a uma empresa de telefonia ou provedor

�Na maioria das redes, a sub-rede consistem em 2 componentes: linhas de transmissão e elementos de comutação

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Escala de Redes (distância)

�Redes geograficamente distribuídas (WANs)

�Linhas de transmissão transportam os bits entre as máquinas;

�Fios de cobre, fibra óptica, enlaces de rádio;

�Elementos de comutação: são equipamentos responsáveis por conectar 3 ou mais linhas de transmissão (roteadores);

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Escala de Redes (distância)

Redes geograficamente distribuídas (WANs)

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Escala de Redes (distância)

�Redes geograficamente distribuídas (WANs)

�A sub-rede pode ser organizada por meio de comutação de pacotes;

�Divide a mensagem em pacotes, cada um contendo seu número de seqüencial;

�São injetados na rede um de cada vez;

�São transportados individualmente pela rede e depositados no host receptor, onde são montados para formar a mensagem original.

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Escala de Redes (distância)

Redes geograficamente distribuídas (WANs)

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Inter-redes

Pessoas distintas precisam comunicar entre si.

Estabelecer conexões entre redes quase sempre incompatíveis, por isso, uma máquina deve ser usado: máquinas Gateway;

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Software de Rede

�A maioria das redes é organizada como uma pilha de camadas ou níveis:

�Objetivo é oferecer determinados serviços a camada superiores, isolando essas camadas dos detalhes de implementação;

�Cada camada trabalha como uma especie de máquina virtual;

�As regras e convenções usadas são conhecidas como protocolo da camada n.

�Protocolo é um acordo entre as partes que se comunicam;

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Software de Rede

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Software de Rede

�Não são transferidos diretamente da camada n de uma máquina para camada n de outra máquina (dados);

�Dados são fornecidos para camada abaixo

�Entre cada camada adjacente há uma interface

�Define as operações e serviços

�Arquitetura de rede consiste num conjunto de camadas e protocolos;

�Uma lista de protocolos usados por um determinado sistema, um protocolo por camada é conhecido como pilha de protocolos

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Software de Rede

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Software de Rede - Camadas

Precisam de um mecanismo para identificar transmissor e receptor (endereçamento);

Transferência de dados: podem ser em apenas um sentido ou ambos os sentidos. Os canais lógicos e prioridades;

Controle de erros – devido ao meio físico usado para comunicação;

Remontar de forma adequada os fragmentos recebidos, através de numeração dos fragmentos;

Quantidade excessiva de dados entre transmissor e receptor (Controle de fluxo).

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Software de Rede - Camadas

Dividir a conexão para diversas conversações não relacionadas (multiplexação e demultiplexação);

Quando houver vários caminhos é necessário selecionar um circuito de acordo com a carga de tráfego (roteamento).

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Serviço Orientado a Conexão

Primeiro deve ser estabelecido uma conexão, utiliza a conexão e depois libera a conexão;

Pode ocorrer uma negociação sobre os parâmetros a serem usados, como tamanho máximo das mensagens, a qualidade do serviço;

Exemplo: transferência de arquivos

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Serviço Sem Conexão

Cada mensagem carrega o endereço do destino completo e cada uma delas é roteada através do sistema, independente de toda as outras

Aplicados em aplicações onde o retardos introduzidos pelas confirmações são inacentuáveis;

Exemplo: tráfego de voz digital.

Serviços sem conexão não confiáveis: serviços de datagramas;

Serviços de datagramas confiáveis: aplicado quando a confiabilidade é essencial.

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Serviços

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Primitivas de Serviço

Conjunto de primitivas permite que um processo de usuário acesse o serviço;

O conjunto de primitivas de um serviço orientado a conexão é diferente de um serviço sem conexão:

Primitivas

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Modelo de ReferênciaModelo de referência OSI (Open System Interconnection)

Proposta desenvolvida pela ISO (International Standards Organization).

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Modelo de Referência - OSI�Camada física:

�Transmissão de bits brutos por um canal de comunicação;

�Deve garantir que o bit 1 enviado de um lado possa chegar de outro lado com valor 1;

�As questões mais comuns são a voltagem a ser usada, a quantidade de nanosegundos que um bit deve durar e o fato de uma transmissão poder ser realizada nos 2 sentidos;

�Forma como a conexão será estabelecida;

�Quantos pinos os conectores terão e qual a finalidade de cada um;

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Modelo de Referência - OSI•Camada Enlace de Dados:

�Transformar um canal de transmissão bruto em uma linha que pareça livre de erros de transmissão não detectado para a camada de rede;

�Divide os dados de entrada em quadros de dados;

�Se o serviço for confiável, o receptor confirmar a recepção correta enviando um quadro de confirmação

�Impedir que um transmissor rápido envie uma quantidade excessiva de dados ao receptor lento;

�Redes de difusão ainda tem que controlar o acesso ao canal compartilhado.

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Modelo de Referência - OSI•Camada de Rede:

�Controla a operação de sub-rede

�Se houver muitos pacotes numa sub-rede ao mesmo tempo, dividirão os mesmo (controle de congestionamento);

�Permitir que uma rede heterogênea seja interconectada;

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Modelo de Referência - OSI•Camada de Transporte:

�Aceitar dados da camada acima dela, dividi-los em unidades menores caso seja necessário, repassar essas unidade à camada de rede e assegurar que todos os fragmentos chegarão corretamente a outra extremidade;

�Especifica o tipo de serviços que deve ser fornecido a camada de sessão (canal ponto a ponto livre de erros na ordem em que foram enviados);

�Camada fim a fim, que liga a origem ao destino.

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Modelo de Referência - OSI•Camada de Sessão:

�Permite que usuários de diferentes máquinas estabeleçam sessões;

�Oferece controle de diálogo – quem deve transmitir a cada momento;

�Gerenciamento de token – tentar executar a mesma operação crítica ao mesmo tempo;

�Sincronização – permitir que continue a partir do ponto e que estava quando ocorre uma falha.

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Modelo de Referência - OSI•Camada de Apresentação:

�Preocupa-se com a movimentação dos bits;

�A sintaxe e semântica das informações transmitidas;

�Para permitir a comunicação entre diferentes computadores com diferentes representações de dados, as estruturas de dados a serem intercambiadas pode ser definidas de maneira abstrata;

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Modelo de Referência - OSI•Camada de Aplicação:

�Protocolos comumente necessários para o usuário;

�São usados para transmissão de arquivos, correio eletrônico e transmissão de notícias pela rede.

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Modelo de Referência - TCP/IP�Usado na “avó” de todas as redes de computadores (ARPANET);

•Camada de inter-redes:

�Permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer rede e garantir que eles trafegarão independentemente até o destino;

�Formato de pacote oficial e um protocolo chamado IP (Internet Protocol)

�Entregar pacotes IP onde forem necessários.

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Modelo de Referência - TCP/IP

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Modelo de Referência - TCP/IP•Camada de transporte:

�Tem a função de permitir que o host de origem tenha uma conversa com host de destino;

�TCP (transmission Control Protocol) – protocolo orientado a conexão confiável que permite a entrega sem erros de um fluxo de bytes. Também controla o fluxo de dados.

�UPD (User Datagram Protocol) protocolo sem conexão e não confiável destinado a aplicação que não querem controle de fluxo nem manutenção da seqüências das mensagens enviadas (transmissão de voz e vídeo).

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Modelo de Referência - TCP/IP•Camada de aplicação:

�Encontra os protocolos de alto nível: FTP, DNS, HTTP:

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Comparação entre OSI e TCP/IP

�Modelo OSI tem 3 conceitos fundamentais:

�Serviços (o que a camada faz),

�Interfaces (informa como acessá-la),

�Protocolos (viabilizar a realização do trabalho).

�Modelo TCP/IP não distingue isso com clareza;

�Modelo OSI foi concebido antes de os protocolos correspondentes terem sido criados (redes ponto a ponto, criação da rede de difusão, necessidade de adaptação).

�TCP/IP foi ao contrário.

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Crítica ao Modelo TCP/IP

Não diferencia com clareza os conceitos de serviço, interface e protocolo;

Não consegue descrever outras pilhas de protocolos que não a pilha TCP/IP – ex. Bluetooth

Camada host/rede não é realmente uma camada no contexto de protocolos hierarquizados, tratá-se de uma interface;

Não faz distinção entre camada física e enlace de dados;

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Sumário

•Uso de Redes de Computadores:–Informações corporativas: Áudio, Dados, Imagem e Vídeo –Taxa de transmissão x tamanho da informação•Hardware de Rede–Tecnologia de transmissão–Escala (Distância)•Software de Rede–Protocolo–Camadas–Serviços: Orientado a Conexão / sem Conexão–Modelos de Referência: OSI - TCP/IP

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Leituras Sugeridas

TANENBAUM, A. S., Redes de Computadores. 4 ed. Rio de Janeiro, Campus, 2003.

STALLINGS, W. Redes e sistemas de comunicação de dados: teoria e aplicações corporativas.Rio de Janeiro: Elsevier, 2005.