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Inicio dos trabalhos....
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Classificação de redes
• Duas dimensões importantes:
– Tecnologia de transmissão
– Escala
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Tecnologia de transmissão
– Redes de difusão (Broadcast networks); e
– Redes ponto-a-ponto (Point-to-point Networks).
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Redes de difusão• Redes de difusão apresentam as seguintes
características:
– Canal único de comunicação, compartilhado por todas as máquinas da rede;
– Tráfego de pequenas mensagens, chamadas às vezes de pacotes, enviadas por uma máquina e recebidas por todas;
– Pacotes com campo de endereço que especifica para que máquina o mesmo deve ser entregue (unicasting);
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Redes de difusão• Unicast
• Broadcasting
• Multicasting
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Redes ponto-a-ponto• Redes ponto-a-ponto apresentam as seguintes características:
– Canal exclusivo de comunicação para interligação de quaisquer duas máquinas na rede;
– Tráfego de pacotes enviados por uma máquina origem para uma única máquina destino;
– Para ir de uma origem para um destino um pacote pode ter de passar por uma ou mais máquinas intermediárias;
– Múltiplas rotas, de diferentes custos (tamanho, velocidade, atraso), podem existir entre uma origem e um destino, de modo que algoritmos de roteamento (escolha da melhor rota) desempenham um papel relevante nessas redes.
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Escala
– redes pequenas, localizadas em uma mesma região geográfica, tendem a usar transmissão por difusão;
– redes grandes e geograficamente espalhadas usam transmissão ponto-a-ponto.
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REDES LOCAIS DE COMPUTADORES (LOCAL AREA NETWORK – LAN)
• Redes privadas, localizadas em um único prédio ou campus de poucos quilômetros de tamanho;
• Se distinguem dos outros tipos de rede por três características: – Seu tamanho restrito;– Sua tecnologia de transmissão; e– Sua topologia.
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• A tecnologia de transmissão se caracteriza, normalmente, por:
– Um canal de comunicação simples ao qual são conectadas todas as máquinas;
– Velocidade de transmissão da ordem de 100, 1.000 Mbps (Gigabit Ethernet) ou 10.000 Mbps (10 GigE) com baixo atraso (dezenas de microsegundos) e poucos erros;
– Avanços recentes permitem velocidades ainda maiores com baixo investimento.
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• As topologias mais utilizadas são:
– Barramento, onde, em um dado instante, uma máquina tem e permissão de transmitir e todas as outras não podem transmitir
• Com mecanismo de arbitragem usado para resolver conflitos quando duas ou mais máquinas quiserem transmitir ao mesmo tempo;
• Esse mecanismo pode ser centralizado ou distribuído; IEEE 802.3, mais conhecido como Ethernet, é uma rede de difusão baseada em barramento bastante conhecida.
– Anel, que apresenta um mecanismo de transmissão semelhante ao usado no barramento;
• IEEE 802.5, mais conhecido como IBM token ring, é uma rede de difusão baseada em anel bastante conhecida.
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– Estrela interliga computadores através de switches ou qualquer outro concentrador/comutador.
• É caracterizada por um elemento central que "gerencia" o fluxo de dados da rede, estando diretamente conectado (ponto-a-ponto) a cada nó, daí surgiu a designação "Estrela".
– Hierarquica ou em árvore, possui uma série de barramentos interconectados.
• Cada ramificação significa que o sinal deverá se propagar por dois caminhos diferentes.
• Esta topologia é muito usada para supervisionar aplicações de tempo real, como algumas de automação industrial e automação bancária.
– Quando uma operação exige acesso a informações que não estão disponíveis na agência, elas são buscadas no computador central. Se este não tiver acesso direto a estas informações, redicionará a busca para outro computador da rede que as detém.
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– Malha Todos os nós estão atados a todos os outros nós, como se estivessem entrelaçados.
• Vários caminhos possíveis por onde a informação pode fluir da origem até o destino
• O tempo de espera é reduzido e eventuais problemas não interrompem o funcionamento da rede
• Um problema encontrado é em relação às interfaces de rede, já que para cada segmento de rede seria necessário instalar, em uma mesma estação, um número equivalente de placas de rede
• Uma vez que cada estação envia sinais para todas as outras com frequência, a largura da banda de rede não é bem aproveitada.
– Redes Hibridas ou Mistas União de mais de um tipo
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• Redes de difusão podem ser divididas em estáticas e dinâmicas (dependendo de como o canal de transmissão é utilizado):
– Estáticas: dividem o tempo disponível do canal em intervalos discretos e usam um algoritmo de distribuição circular:
• permitindo que cada máquina transmita somente quando recebe um intervalo de tempo;
• desperdiçam capacidade do canal quando uma máquina não tem nada para transmitir durante o intervalo de tempo que lhe foi atribuído;
– Dinâmicas: um mecanismo de arbitragem (centralizado ou distribuído) recebe requisições de utilização do canal e as atende ou não de acordo com a ocupação do canal.
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• REDES METROPOLITANAS (METROPOLITAN AREA NETWORK – MAN)
– Basicamente são uma versão maior das Redes Locais, usando tecnologias semelhantes;
– Suportam, em geral, dados e voz (telefonia), podendo estar associadas à rede de televisão via cabo;
– Redes Wireless se enquadram em redes MAN
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MAN
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• REDES DE LONGA DISTÂNCIA (WIDE AREA NETWORK – WAN)
– Espalham-se por uma área geográfica grande: p.ex. um país;
– Máquinas são conectadas por uma subrede de comunicação, cujo trabalho é transportar mensagens de máquina a máquina, como um sistema telefônico;
– Como separam os aspectos puros de comunicação (subrede) dos aspectos das aplicações (máquinas), seu projeto é mais simplificado.
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WAN
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• Na maioria das WANs, a subrede consiste de dois componentes distintos:
– Linhas de transmissão, também chamados de circuitos, canais ou troncos, que transportam bits entre elementos da rede;
– Elementos de comutação, computadores especializados, usados para conectar duas ou mais linhas de transmissão:
• escolhendo sempre o melhor caminho para os dados percorrerem para chegar ao seu destino;
• São chamados de vários nomes:– Nós de comutação de pacotes;– Sistemas intermediários;– Comutadores de dados;– Roteadores (termo preferido).
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• Em uma Rede de Longa Distância, a subrede de transmissão pode ser organizada como:
– ponto-a-ponto; e
– ponto-a-multiponto.
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• Na forma ponto-a-ponto, a transmissão de dados entre duas máquinas que não compartilham um canal de comunicação se dá pela utilização de máquinas intermediárias:– em um princípio de organização de subrede chamado de ponto-a-
ponto (point-to-point) ou de armazena-e-segue (store-and-forward) ou comutação de pacote (packet-swithing).
• Na forma ponto-a-ponto uma consideração importante de projeto é a topologia de conexão de roteadores.
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• Na forma ponto-a-multiponto, um sistema de satélites ou de rádio é usado como difusor dos dados
Exemplo de Rede ponto-a-multiponto
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REDES SEM FIO
• O crescimento do uso dos dispositivos vem proporcionando um interesse cada vez maior em redes sem fio (wireless networks).
• Uma rede totalmente baseada em ondas eletromagnéticas
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SOFTWARE PARA REDES DE COMPUTADORES
• As primeiras redes de computadores foram projetadas tendo:
– Hardware como a preocupação principal;
– Software como um coadjuvante;
• Essa estratégia não funciona mais hoje em dia:
– O software é considerado uma das partes mais importantes na concepção de novas tecnologias de redes de computadores;
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• Para reduzir a complexidade de projeto:
– A maioria das redes são organizadas como uma série de camadas ou níveis, cada uma construída sobre a outra;
– O número de camadas, o nome, o conteúdo e a função de cada camada varia de rede para rede, embora em todas as redes, o objetivo de cada camada seja oferecer para a camada superior certos serviços, liberando a camada superior de se preocupar com os detalhes de implementação desses serviços;
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– A camada N de uma máquina da rede desenvolve uma troca de dados com a camada N de outra máquina;
– As regras e convenções que regem essa troca de dados são conhecidas como protocolos da camada N.
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• Basicamente, um protocolo é um acerto entre as partes que se comunicam sobre como a comunicação deve se desenvolver
– Quem fala primeiro?
– Como se identificar um para o outro?
– Se um não entender uma dada mensagem, como proceder para pedir a repetição da mesma?
– etc.
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• Um exemplo de uma rede em cinco níveis pode ser visto na figura abaixo.
Camadas, protocolos e interfaces
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• Um conjunto de camadas e protocolos de comunicação entre camadas do mesmo nível define uma Arquitetura de Rede. Por exemplo, a Internet usa a arquitetura TCP/IP.
• Uma lista de protocolos usados por um certo sistema define uma Pilha de Protocolos.
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Exemplo de fluxo de informação na arquitetura de 5 camadas
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CONSIDERAÇÕES DE PROJETO PARA AS CAMADAS• Várias considerações dever ser feitas no projeto das camadas
do software de redes. Algumas das mais importantes são:
– Identificação de máquinas e/ou processos: uma rede congrega vários computadores, alguns dos quais têm múltiplos processos, logo é preciso existir um mecanismo de endereçamento de máquinas e processos entre os computadores de uma rede;
– Formas de transmissão de dados: como os dados trafegam na rede quando se dá a comunicação entre duas máquinas?
• Mão única (simplex): transmissão somente em um sentido no canal de transmissão;
• Mão dupla alternada (half-duplex): transmissão em ambos os sentidos, um sentido de cada vez;
• Mão dupla total (full-duplex): transmissão em ambos os sentidos, ao mesmo tempo.
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– Controle de erro: como os canais de comunicação não são totalmente confiáveis, é necessário algum tipo de controle de erros para garantir confiabilidade nas comunicações;
– Seqüênciamento: dado que nem todo canal de transmissão preserva a ordem das mensagens, algum tipo de controle de sequenciamento deve existir para permitir ao receptor reordenar as mensagens antes de entregá-las ao programa aplicativo;
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– Controle de mutiplexação: como aglutinar pequenas mensagens em blocos maiores para melhor aproveitar a capacidade de um canal de comunicação?
– Controle de encaminhamento de dados: que caminho uma mensagem deve seguir quando existe mais de um disponível para se atingir um mesmo destino? Algoritmos de tomada de decisão (roteamento) devem ser usados para esse fim.
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– Controle de fluxo: como informar a um emissor rápido que um receptor lento não comporta mais mensagens?
– Controle de fragmentação: como transmitir mensagens longas sobre canais de comunicação com limitações no tamanho dos blocos de dados que eles podem transmitir?
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SERVIÇO ORIENTADO À CONEXÃO E SERVIÇO NÃO ORIENTADO À CONEXÃO
• Serviço Orientado à Conexão (Connection-Oriented):
– É aquele onde o usuário do serviço precisa estabelecer uma conexão (trocar dados de controle) com a entidade par na máquina destino antes de enviar mensagens para a mesma.
– Após encerrar a transferência de mensagens, deve encerrar a conexão de forma explícita;
– O aspecto essencial da conexão é que ela atua como um tubo: o emissor coloca objetos (bits) em uma ponta, e o receptor os recebe na outra ponta, na mesma ordem; É um serviço confiável de entrega de dados (baseado na confirmação de recebimento);
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SERVIÇO ORIENTADO À CONEXÃO E SERVIÇO NÃO ORIENTADO À CONEXÃO
• Serviço não orientado à Conexão ou sem conexão (Connectionless):
– É aquele onde o usuário do serviço envia mensagens para a entidade par na máquina destino sem comunicação prévia;
– O aspecto essencial da transmissão é que cada mensagem trafega com informações completas do destinatário e cada mensagem pode seguir caminhos distintos na rede, podendo chegar ou não ao seu destino;
– É um serviço não confiável de entrega de dados.
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OSI – Modelo em camadas
• Possibilita a comunicação entre tipos diferentes de hardware e de software de rede.
• Evita que as modificações em uma camada afetem as outras, possibilitando maior rapidez no seu desenvolvimento.
• Cada camada OSI individual tem um conjunto de funções que ela deve executar para que os pacotes de dados trafeguem de uma origem a um destino em uma rede.
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7
6
5
4
3
2
1
Aplicação
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
Dados DadosAplicação
O Modelo OSI – Transmissão de dados
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7
6
5
4
3
2
1
Aplicação
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
Redução de custo, devido à padronização de produtos;
Permite independência no desenvolvimento de software e hardware;
Agiliza a adoção de novas tecnologias; Facilita a detecção e correção de
problemas na rede; Utilizado como referência para as
diversas arquiteturas de rede.
O Modelo OSI – Principais vantagens
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7
6
5
4
3
2
1
Aplicação
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
TransporteDatagrama
Quadro
Bit
Segmento
Unidades de Dados utilizadas pelo modelo OSI
Mensagem
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TRANSMISSÃO (BITS)
CONTROLE DE ERROS (QUADROS)
ROTEAMENTO (DATAGRAMAS)
EMPACOTEAMENTO (SEGMENTOS)
SINCRONIZAÇÃO (MENSAGENS)
SINTAXE
APLICATIVOS7
6
5
4
3
2
1
Aplicação
Rede
Enlace
Físico
Apresentação
Sessão
Transporte
O Modelo OSI – Principais funções das Camadas
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Exemplo de aplicação do modelo OSI: Configuração de Redes Locais.
Roteador
Switch
Hub
7654321
Roteador
Switch
Hub
7654
32
1
Host HostLAN 1 LAN 2
Hub – Implementa o barramento de interligação dos Host na Camada Física (Por exemplo: Ethernet);
Switch – Comutador de Camada 2 (Enlace), fazendo a interligação entre os segmentos de uma Rede Local.
Roteador – Comutador que encaminha tráfego através da rede Wan, atuando junto à Camada 3 ( Rede).
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Física
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O modelo TCP/IP
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Arquitetura OSI
Físico
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Arquitetura TCP/IP
Rede
Internet
Transporte
Aplicação
Comparação
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• Camada de Rede
• Camada de abstração de hardware– interface com os diversos tipos
de redes (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, etc).
• Equivalente às camadas 1 e 2 (física e enlace) do modelo OSI– Funções de identificação do
meio e acesso ao meio• LAN: IEEE 802.3, 802.4, 802.5, etc.• WAN: X.25, HDLC, etc.
AplicaçãoAplicação
TransporteTransporte
Internet
Rede
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• Camada Internet
• Estabelece a troca de pacotes sem conexão através da malha da rede física.
• Roteamento entre as diferentes sub-redes, assim como funções para evitar congestionamento.
• Padronizado em um formato de pacote e protocolo IP - Internet Protocol.
AplicaçãoAplicação
TransporteTransporte
Internet
Rede
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• Camada de transporte
• Permite a dois pontos da rede estabelecerem uma conversação.– Exatamente igual OSI
• TCP (Transmission Control Protocol) provê um serviço confiável e orientado à conexão. Implementa um mecanismo de checksum.
• UDP (User Datagram Protocol) provê um serviço não-confiável e não orientado a conexão, com melhor tempo de resposta
AplicaçãoAplicação
TransporteTransporte
Internet
Rede
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• Camada de aplicação
• Reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em:– Protocolos de serviços básicos:
fornecem serviços para atender as próprias necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, DHCP
– Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP e outros
AplicaçãoAplicação
TransporteTransporte
Internet
Rede