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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)
�(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)
�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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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
�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 - 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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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•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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