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1Unidade 01
Fundamentos de Redes
Faculdade Pitágoras
Prof. Fabricio Lana [email protected]
Rede de ComputadoresRede de Computadores
Fundamentos de RedesFundamentos de Redes
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2Unidade 01
Fundamentos de Redes
Objetivo
• Conhecer o histórico da evolução dos sistemas computacionais e dos meios de comunicação
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3Unidade 01
Fundamentos de Redes
Primordios da comunicação
• Desde os tempos mais remotos, o homem anseia comunicar-se à longa distância.
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4Unidade 01
Fundamentos de Redes
• Acesso a informação a qualquer lugar, a qualquer
momento• Redes Celular, Wifi, WiMax, 3G.• Todos querem estar em rede.
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5Unidade 01
Fundamentos de Redes
“Redes de Computadores é um conjunto de equipamentos que são capazes de trocar informações e compartilhar recursos entre
si, utilizando protocolos para se comunicarem e interligados por meios de
comunicação.”
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6Unidade 01
Fundamentos de Redes
Exemplo
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7Unidade 01
Fundamentos de Redes
Elementos de uma Rede• Equipamentos– Qualquer dispositivo capaz de se
comunicar através do sistema de comunicação disponível. Ex. Roteadores;
• Sistema de comunicação– São os meios de transmissão. Ex.
cabo, fibra óptica, ondas de rádio;
• Protocolos– Conjunto de regras com o fim de
organizar a comunicação. Ex. TCP/IP.
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8Unidade 01
Fundamentos de Redes
O surgimento das redes
Anos 50 - Processamento e acesso centralizados
•Um único computador de grande porte mantinha, processava e disponibilizava as informações . Processamento em lote (batch).
•Terminais começam a ser instalados a distância e se comunicar com um computador central
•Surge a necessidade de segurança e redundância de dados, compartilhamento de conhecimento e recursos, mobilidade.
•Em meados da década de 1960, o governo dos EUA., por intermédio do Departamento de Defesa, iniciou estudos relacionadas à viabilidade do desenvolvimento de redes de computadores. Surge a ARPANET, que se transformaria mais tarde na Internet
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9Unidade 01
Fundamentos de Redes
• Anos 60:
– Surgiram os terminais interativos.– Acesso ao computador central por meio de linhas de
comunicação.– Processamento em tempo compartilhado (time-sharing).
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10Unidade 01
Fundamentos de Redes
• Anos 70:
– Descentralização:– Minicomputadores e microcomputadores podiam se
comunicar com o computador de grande porte.– Mais acessíveis e mais fáceis de utilização pelos
usuários.
• Anos 80:– Evolução dos sistemas de comunicação de dados para
longa distância;– Expansão de linhas dedicadas.– Uso de satélites.– Integração dos micros às redes de comunicação
corporativas (além do processamento local).
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11Unidade 01
Fundamentos de Redes
• Anos 90:– Compartilhamento de periféricos, programas
aplicativos e informações de banco de dados entre microcomputadores.
– Interconectividade entre redes.
• Atualmente:– Internet Ultra-Rápida.– Servidores de usos diversos.– Redes privadas virtuais.– Voz sobre IP.– Evolução do terminal multifuncional.
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12Unidade 01
Fundamentos de Redes
Evolução dos Sistemas Computacionais
Computador Móvel
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13Unidade 01
Fundamentos de Redes
Questões para Discussão:
1 - Que motivações levaram ao surgimento das redes?
2 - De acordo com o conceito apresentado, quais componentes constituem uma rede?
3 - Qual é a tendência atual na forma de se organizar as redes ?
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14Unidade 01
Fundamentos de Redes
O que compartilhar?
• Os computadores que fazem parte de uma rede podem compartilhar:– Dados (arquivos Word, Excel, Powerpoint, etc);– Mensagens e-mail;– Impressoras;– Aparelhos de fax;– Modens (Internet);– Outros recursos de Hardware e Software.
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15Unidade 01
Fundamentos de Redes
Exemplo
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16Unidade 01
Fundamentos de Redes
VideoConferência
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17Unidade 01
Fundamentos de Redes
Acesso Remoto
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18Unidade 01
Fundamentos de Redes
Uso das redes de computadores
• Aplicações Comerciais:– Compartilhamento de recursos: Troca de
arquivos e compartilhamento de periféricos;– Modelo Cliente/Servidor;– Meio de Comunicação entre pessoas. Ex.: E-
mail.
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19Unidade 01
Fundamentos de Redes
Compartilhamento de Arquivos e Recursos
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20Unidade 01
Fundamentos de Redes
Compartilhamento de Conexão
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21Unidade 01
Fundamentos de Redes
Uso das redes de computadores• Aplicações Domésticas:
– Acesso a dados remotos;– Comunicações entre pessoas;– Entretenimento interativo;– Comércio eletrônico;
• Aplicações Móveis: – Celular;– PDA;– etc.
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22Unidade 01
Fundamentos de Redes
Jogos em Rede
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23Unidade 01
Fundamentos de Redes
Princípios de Comunicação em Redes
• As redes possibilitam que várias pessoas compartilhem dados e periféricos simultaneamente;
• Os computadores são dispositivos digitais, ou seja, representa dados através de dígitos binários (bits, 0 ou 1);
• Transmitir dados através de uma rede, significa enviar bits de um computador para o(s) outro(s) através de um meio de transmissão.
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24Unidade 01
Fundamentos de Redes
Tipos de Sinais Sinal AnálógicoSinal Análógico
F=1/T
T
Frequência: variação ciclica de uma função no tempo, em Hz ( É a quantidade de ciclos/s)
Período: intervalo de tempo em que uma função náo se repete.
1 0 11 0 1 00 1 1 1 000 1 1 1 000 11 t
Sinal DigitalSinal Digital
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25Unidade 01
Fundamentos de Redes
Princípios de Comunicação em Redes
• As redes podem oferecer dois tipos de serviço de comunicação:– Serviços orientados à conexão;– Serviços sem conexão.
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26Unidade 01
Fundamentos de Redes
Orientada a Conexão• Análogo ao sistema telefônico:
– Tira o telefone do gancho e disca um número → Estabelece uma conexão;
– Fala → Usa a conexão;– Desliga → Libera a conexão;
• A conexão funciona como um caminho único entre origem e destino, onde ao se inserir bits numa extremidade os mesmos serão recebidos pelo receptor na outra extremidade, na mesma ordem em que foram inseridos;
• Pode ser Permanente ou Temporária.
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27Unidade 01
Fundamentos de Redes
Não Orientada a Conexão• Análogo ao sistema postal:
– Cada correspondência possui o endereço de destino;– Se duas ou mais correspondências forem enviadas a partir de
um mesmo emissor, para o mesmo destino, podem chegar fora de ordem;
• Não existe uma conexão criada entre origem e destino, sendo assim, os pacotes podem ser encaminhados por caminhos diferentes e chegarem, em ordem diferente à emitida, no destino;
• Exemplo: Internet.
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28Unidade 01
Fundamentos de Redes
Comunicação Assíncrona e Síncrona
• Na comunicação assíncrona, um remetente e um receptor não sincronizam antes de cada transmissão, ou seja, não existe um intervalo de tempo fixo entre os bits ou dados transmitidos. Utilizada em redes mais antigas e de baixa velocidade (linha discada);
• Na comunicação síncrona, o remetente e o receptor devem estar sincronizados, ou seja, os bits serão enviados sempre em intervalos de tempo constantes. Quando não houver dados a serem enviados, o transmissor continua enviado algum caracter na linha mantendo o “ritmo” da transmissão. Utilizada em redes de maior velocidade (Ex.: 2 Mbps).
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29Unidade 01
Fundamentos de Redes
Comunicação• Na comunicação de dados existe sempre
um transmissor e um receptor. Os modos de comunicação são definidos pela quantidade de transmissores, esses modos são conhecidos como:– Simplex, – Half duplex e – Full duplex.
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30Unidade 01
Fundamentos de Redes
A comunicação pode ocorrer de diferentes modos:
30
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31Unidade 01
Fundamentos de Redes
Modos de transmissão (analógico e/ou digital)
31
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32Unidade 01
Fundamentos de Redes
Modos de transmissão (analógico e/ou digital)
32
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33Unidade 01
Fundamentos de Redes
Simplex, Half-duplex e Full-duplex
• Outros exemplos?– Televisão;– Modem;– Placa de rede;– Telex;– Código morse;– Telefone.
Simplex
half
half
half
half
full
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34Unidade 01
Fundamentos de Redes
Tipo de Processamento
• Processamento Centralizado: Todo processamento é feito em uma única localização ou instalação, possibilitando um maior controle (Exemplo: instituições financeiras) – Redes do tipo Cliente Servidor;
• Processamento Descentralizado: Os equipamentos de processamento encontram-se dispostos em localizações distintas e remotas, sendo que as operações de cada um deles é independente das outras (Exemplo: cadeia de farmácias);
• Processamento Distribuído: As informações são espelhadas por diversos locais remotos, mas elas são conectadas umas às outras para constante atualização e supervisão. (Exemplo: uma empresa com a matriz em um estado e várias filiais em outros estados).
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35Unidade 01
Fundamentos de Redes
Tipos de Redes(Área de Abrangência)
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36Unidade 01
Fundamentos de Redes
Área de Abrangência• LAN (Local Area Network): Pequeno número de
computadores em áreas restritas, dentro de uma área limitada (pequenas distâncias entre eles). Redes Locais;
• MAN (Metropolitan Area Network): Médio número de computadores em áreas de grande porte (cidades). Redes Metropolitanas;
• WAN (Wide Area Network): Grande número de computadores em áreas envolvendo várias cidades e/ou países. Redes de Amplo Alcance, rede remota.
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37Unidade 01
Fundamentos de Redes
Área de Abrangência
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38Unidade 01
Fundamentos de Redes
Redes Cliente ServidorRedes Ponto a Ponto
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39Unidade 01
Fundamentos de Redes
O que são Servidores?• São computadores ou equipamentos que
disponibilizam seus recursos para outros computadores;
• Exemplos:• Servidor de arquivos: seus discos rígidos podem ser
acessados por outros computadores;• Servidor de impressão: suas impressoras e/ou plotters
podem ser usados por outros computadores;• Servidor de “back-up”: suas unidades de fita magnética,
discos ópticos ou outros dispositivos de armazenamento podem ser usados por outros computadores.
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40Unidade 01
Fundamentos de Redes
O que são computadores Clientes?
– São os computadores que usam os recursos dos servidores;
– Também podem ser chamados em alguns casos de “estações de trabalho”;
– Tipos de operação:• Somente como cliente;• Cliente e Servidor simultâneos (servidor não dedicado),
comum em redes pequenas.
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41Unidade 01
Fundamentos de Redes
Servidor Não-Dedicado
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42Unidade 01
Fundamentos de Redes
Servidor Dedicado
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TOPOLOGIAS DE REDES
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Topologia de Conexão
• A topologia de uma rede é um diagrama que descreve como seus elementos estão conectados (disposição geométrica). Esses elementos são chamados de nós, e podem ser computadores, impressoras e outros equipamentos.
• Seja qual for a topologia utilizada, é preciso que sempre exista um caminho através de um meio de transmissão, ligando cada equipamento a todos os demais equipamentos da rede.
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• A topologia física é determinada pela maneira como os equipamentos são fisicamente conectados.
• Esta relacionada a modo pelo qual são distribuídos, organizados e conectados cabos e placas de rede.
Topologia Física
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Topologia Física
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Barramento• Também conhecida como linear, na topologia em barra todos
os computadores são conectados ao mesmo meio de transmissão em SÉRIE.
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Apresenta uma dificuldade de expansão: se um novo equipamento for adicionado à rede, pode ser preciso fazer um remanejamento de cabos.
Se um cabo for desconectado, toda a rede fica inoperante.
Cada nó conectado à barra pode “ouvir” todas as informações transmitidas.
Ex. Redes de cabo coaxial. Antiga Ethernet (IEEE 802.3) 10base2 e 10base5
Barramento
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Colisão no Barramento
• A colisão é um evento que ocorre freqüentemente nestas redes, quando dois computadores tentam enviar informações no mesmo instante
• Elas são normais no funcionamento da topologia “barramento”, mas se forem muito freqüentes, o desempenho da rede será prejudicado
•
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Tratamento da Colisão• Quando um computador deseja transmitir, ele avalia se a
linha está disponível e inicia a transmissão
• Se dois computadores iniciarem a transmissão ao mesmo tempo utilizando o mesmo barramento, haverá a “colisão”
• Os computadores envolvidos na colisão irão aguardar um intervalo de tempo aleatório e tentar novamente
• Esse método é o utilizado pelo CSMA/CD em redes locais, que será visto com mais detalhes nas unidades seguintes.
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CSMA / CD• Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection - Acesso
Múltiplo com Detecção de Portadora e Colisão;
• Analogia: Uma conversa educada à mesa de jantar:– Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as
pessoas conversando educadamente;– A expressão múltiplo acesso (multiple access) quer dizer que
quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que, quando uma pessoa fala todos as outras pessoas à mesa escutam.
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CSMA / CD– Agora vamos imaginar que você esteja à mesa e tenha algo a dizer. No
momento, entretanto, existe uma outra pessoa falando;– Como esta é uma conversa educada, em vez de imediatamente você
falar e interromper o outro, você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier sense (detecção de portadora);
– Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado para transmitir.
(Nick Pidgeon. "HowStuffWorks - Como funciona a Ethernet". Fonte: <http://informatica.hsw.uol.com.br/ethernet7.htm> Acesso em:
29 jan. 2009)
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Observação...
O IEEE 802.3 é uma especificação com padrões sobre o funcionamento das redes locais. Esta especificação, inclui vários subpadrões de acordo com o tipo de cabo utilizado (coaxial fino ou grosso, par trançado, etc). Exemplo:
De um modo geral, o 802.3 refere-se a redes locais que utilizam protocolo Ethernet, tendo ficado conhecido então como o padrão Ethernet de redes locais.
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Estrela
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Estrela
• Nesta topologia existe um dispositivo central, comumente chamado de concentrador, por onde passa todo o tráfego da rede.
• Normalmente apresenta uma maior confiabilidade, já que a parada de uma única estação não prejudica toda a rede.
• Proporciona maior facilidade de manutenção, uma vez que permite a identificação setorizada de problemas e para as intervenções não é necessário parar toda a rede.
• Apresenta uma maior quantidade de cabos e a falha do equipamento central pode provocar a paralisação total da rede
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Anel
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Anel• As ligações são ponto-a-ponto e operam num único sentido de
transmissão (comunicação simplex)
• Uma mensagem deverá circular pelo anel até que chegue ao módulo de destino, sendo passada de estação em estação, obedecendo ao sentido definido pelo anel
• A comunicação é baseada na troca de “tokens” (“fichas”) autorizações para comunicação. Cada máquina só irá transmitir no momento que ocorrer a passagem do “token” na sua “porta”
• Um bom exemplo são as redes Token Ring (IEEE 802.5) que utilizam topologia física em anel.
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Comparação entre as Topologias
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• As topologias lógicas descrevem a maneira como a rede transmite informações de um equipamento para outro.
• Esta relacionada ao modo pelo qual os equipamentos fazem acesso ao meio de transmissão.
• Isto determinará o protocolo que será utilizado, o formato do pacote, o método de transferência, entre outras informações.
• Vale observar que para uma mesma configuração de topologia, poderemos ter diferentes classificações para sua disposição física e lógica, conforme apresentado a seguir e detalhamento dos protocolos na unidade 2.
Topologia Lógica
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Topologia Física em estrela e lógica em barramento
HUB
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Topologia lógica em Estrela, física em estrela
Swicth
Neste caso não há problemas com a colisão O switch faz o chaveamento direto entre os membros da comunicação, criando um caminho exclusivo para os pacotes.
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Topologia lógica em Anel
Física em Estrela
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Topologia lógica em Anel
Um bom exemplo para esta topologia são as redes FDDI. Estas redes também utilizam mecanismo de Token, semelhante as redes token ring, mas admitem a existência de vários tokens circulando na rede.
Este padrão foi derivado das especificações do IEEE mas acabou sendo padronizado pela ANSI.