rc - sl01 - introdução às redes de computadores
DESCRIPTION
Apresentação em slides da segunda aula de redes de computadores da turma 2011-1 DCE/UFPBTRANSCRIPT
Redes de Computadores:
Introdução a redes de computadores
06 de Fevereiro de 2011
Prof. Rafael Marrocos Magalhã[email protected]
Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Aplicadas e Educação
Departamento de Ciências Exatas
UFPB - CCAE - DCE
Esta apresentação contém partes, ou mesmo slides inteiros, da apresentação original disponibilizada por J.F Kurose e K.W. Ross, com permissão para utilização como material de apoio instrucional. E, conforme solicitação do original, incluí aqui a nota de direito autoral.
1segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Motivação
O que fazemos com oscomputadores hoje em dia?
2segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Sumário
Conceitos sobre comunicação
Protocolos
Arquitetura TCP/IP
Modelo de Referência ISO/OSI
Histórico das redes
3segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
O que é a internet (elementos básicos)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
hosts, aplicação de redeenlace, largura de bandacomutação de pacotes
comutadores, roteadorestaxa de transmissão
rota, caminhoISPs, IP
Padrões de InternetIETF (RFCs), W3C
4segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Utensílios
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^5',*904+*"@0'C(4*B"3("<,5'),'5"
Menor servidor Web do mundo http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Quadro de imagens IP http://www.ceiva.com/
Tostadora preparada para Internet + previsor de tempo
Telefones de Internet
5segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
O que é a internet (serviços)
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Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop sem fio celular portátil
enlaces com fio
pontos de acesso
! enlaces de comunicação " fibra, cobre, rádio,
satélite " taxa de transmissão =
largura de banda ! roteadores:
encaminham pacotes (pedaços de dados)
infraestrutura de comunicação
- aplicações distribuídas
serviços de comunicação fornecidos às aplicações
- entrega de dados confiável da origem ao destino- entrega de dados pelo “melhor esforço”
6segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Visão mais próxima da rede
borda da rede-aplicações e hospedeiros
redes de acesso- enlaces de comunicação
borda da rede- roteadores, redes interconectadas
7segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Borda da redesistemas finais (hosts)
modelo cliente/servidor
modelo peer-to-peer
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cliente/servidor
peer-peer
! modelo cliente/servidor " hospedeiro cliente solicita,
recebe serviço de servidor sempre ativo
" p. e. navegador/servidor Web; cliente/servidor de e-mail
! modelo peer-peer: " uso mínimo (ou nenhum) de
servidores dedicados " p. e. Skype, BitTorrent
8segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Sistemas de acesso
modem
Digital Subscriber Line (DSL)
Cabo e HFC
9segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Modem
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rede de telefone Internet
modem discado doméstico
modem do ISP (p. e., AOL)
PC doméstico
escritório central
" usa infraestrutura de telefonia existente " casa conectada ao escritório central
" até 56 kbps de acesso direto ao roteador (geralmente menos)
" não pode navegar e telefonar ao mesmo tempo: não está “sempre ligado”
n+3'?"34*.(3+"
10segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
ADSL
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rede telefônica
modem DSL
PC residencial
telefone residencial
Internet
DSLAM
Linha telefônica existente: Telefone 0-4 KHz; dados upstream 4-50 KHz; dados downstream 50 KHz-1 MHz
distribuidor
central telefônica
o4C45(0"_:I*.)4I')"p4,'"io_pj"
" também usa infraestrutura de telefone existente " até 1 Mbps upstream (hoje, normalmente < 256 kbps) " até 8 Mbps downstream (hoje, normalmente < 1 Mbps) " linha física dedicada à central telefônica
11segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Cabo e HFC
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casa rede de distribuição de cabo
Canais
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
V I D E O
D A D O S
D A D O S
C O N T R O L E
1 2 3 4 5 6 7 8 9
FDM (mais adiante):
Terminal de distribuição
12segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Ethernet
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100 Mbps
100 Mbps
100 Mbps 1 Gbps
servidor
Switch Ethernet
roteador institucional
Ao ISP da instituição
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Sem Fio
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estação base
hosts móveis
roteador LAN (WiFi)
HSDPA, 3G
WiMAX
14segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Acesso Típico!
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ponto de acesso sem fio
laptops sem fio
roteador/ firewall
modem a cabo
de/para extremidade
a cabo
Ethernet
15segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Meios Físicos
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16segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Meios Físicos
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
17segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Meios Físicos
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pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
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cabo de fibra ótica: ! fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit ! operação em alta velocidade:
" transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)
! baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético
18segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Conceitos Iniciais
• Sistemas de comunicações
• comutação de circuitos e de pacotes
• Tipos de comunicações
• síncrono, assíncrono, persistentes, transientes
19segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Meios Físicos
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• *4,(0"5)(,*8+)5(3+",+"'*8'.5)+"'0'5)+?(C,E-.+"
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8)+8(C(=>+;"– )'x'F>+""– +I*5):=>+"8+)"+Ig'5+*"– 4,5')A')r,.4("
Radio link types: ! micro-ondas terrestre
" p. e. até canais de 45 Mbps ! LAN (p. e., Wifi)
" 11 Mbps, 54 Mbps ! área ampla (p. e., celular)
" celular 3G: ~ 1 Mbps ! satélite
" canal de Kbps a 45Mbps (ou múltiplos canais menores)
" atraso fim a fim de 270 msec " geoestacionário versus baixa
altitude
20segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
O Núcleo da rede
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Comutação de circuitos
X
Comutação de pacotes
21segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Comutação de Circuito
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22segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Comutação de Circuito
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7+?:5(=>+"3'".4).:45+*;"con"'"2on"
FDM
frequência
tempo TDM
frequência
tempo
4 usuários
Exemplo:
23segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Comutação de Circuito
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bF'?80+",:?E)4.+"
• z:(,5+"5'?8+"0'6("8()("',64()":?"()G:46+"3'"ZW$1$$$"I45*"3+"D+*8'3'4)+"X"8()("+"D+*8'3'4)+"T"'?":?(")'3'"3'".+?:5(=>+"3'".4).:45+*H"– 5+3+*"+*"',0(.'*"*>+"3'"%YQZ"nI8*"– .(3("',0(.'":*("2on".+?"#W"*0+5*N*'C"
– Y$$"?*"8()("'*5(I'0'.')".4).:45+"U?"("U?"
e(?+*")'*+06'){"
24segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Comutação de Pacotes
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VM.0'+"3(")'3';".+?:5(=>+"3'"8(.+5'*".(3("x:F+"3'"3(3+*"U?"("U?"
3464343+"'?"-"2,()$"• :*:\)4+"XK"8(.+5'*"3'"T"
2,!-".@1+"!")'.:)*+*"3(")'3'"
• .(3("8(.+5'":*("0()C:)("3'"I(,3("5+5(0"3+"',0(.'""
• )'.:)*+*":*(3+*"B6"'&,%')2)$$C.#,$"
disputa por recursos: ! demanda de recurso
agregado pode exceder quantidade disponível
! congestionamento: fila de pacotes, espera por uso do enlace
! store and forward: pacotes se movem um salto de cada vez " Nó recebe pacote completo
antes de encaminhar
Divisão da largura de banda em “pedaços” Alocação dedicada
Reserva de recursos
25segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Comutação de Pacotes
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7+?:5(=>+"3'"8(.+5'*;""?:0-80'F(=>+"'*5(w*-.("
_'G:r,.4("3'"8(.+5'*"X"|"T",>+"5'?"8(3)>+"UF+K"0()C:)("3'"I(,3(".+?8()-0D(3("8+)"3'?(,3("!"!"#$%#&'()*+,&-.(/-$0(1"
2on;".(3("D+*8'3'4)+")'.'I'"?'*?+"*0+5"C4)(,3+"G:(3)+"2on1"
A
B
C Ethernet 100 Mb/s
1,5 Mb/s
D E
multiplexação estatística
fila de pacotes esperando pelo enlace de saída
26segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Comutação de Pacotes
!"#$%$"&'()*+,"&)',-.'"/(001"2+3+*"+*"34)'45+*")'*')6(3+*1"*043'"QZ"
7+?:5(=>+"3'"8(.+5'*""5).$6$%.+?:5(=>+"3'".4).:45+*"
• ',0(.'"3'"%"nIN*"
• .(3(":*:\)4+;""– %$$"`IN*"G:(,3+"@(-6+B"– (-6+"%$~"3+"5'?8+"
• 2,!6("3E,%&)%2#.26#(,$""– %$":*:\)4+*"
• 2,!6("3E,%&)%-"2,()$9""– .+?"QY":*:\)4+*K"
8)+I(I4043(3'"�"%$"(-6+*"(+"?'*?+"5'?8+"E"?',+)"G:'"$K$$$W"
:,!6("3E,%&)%-"2,()$%-).!#()%B6)%!"#$%6$6C.#,$%6$)!%"%.)&)F%
N usuários enlace 1 Mbps
P: Como obtivemos o valor 0,0004?
27segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Qual é melhor?
Comutação de circuitos
X
Comutação de pacotes
28segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Estrutura da Internet
!"#$%$"&'()*+,"&)',-.'"/(001"2+3+*"+*"34)'45+*")'*')6(3+*1"*043'"Qk"
b*5):5:)("3("<,5'),'5;"
)'3'"3'")'3'*"• (8)+F4?(3(?',5'"D4')\)G:4.("
• ,+".',5)+;"<_&*"3'"@,96'0"%B"i81"'1K"e')4O+,K"_8)4,5K"X2|2K"7(I0'"(,3"d4)'0'**jK".+I')5:)(",(.4+,(0N4,5'),(.4+,(0"
– 5)(5(?":,*"(+*"+:5)+*".+?+"4C:(4*"
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
interconexão de provedores de nível 1 (peer) privadamente
29segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Estrutura da Internet
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ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2 ISP nível 2
ISP de nível 2 paga ao ISP nível 1 por conectividade com restante da Internet ! ISP de nível 2 é cliente do provedor de nível 1
ISPs de nível 2 também olham privadamente uns para os outros.
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ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2 ISP nível 2
ISP de nível 2 paga ao ISP nível 1 por conectividade com restante da Internet ! ISP de nível 2 é cliente do provedor de nível 1
ISPs de nível 2 também olham privadamente uns para os outros.
30segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Estrutura da Internet
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ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2 ISP nível 2
ISP local ISP
local ISP local
ISP local
ISP local ISP
nível 3
ISP local
ISP local
ISP local
ISPs locais e de nível 3 são clientes de ISPs de camada mais alta conectando-os ao restante da Internet
31segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Estrutura da Internet
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ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2 ISP nível 2
ISP local ISP
local ISP local
ISP local
ISP local ISP
nível 3
ISP local
ISP local
ISP local
32segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Atrasos
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transmissão
processamento nodal enfileiramento
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33segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Atrasos
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A
B
propagação
transmissão
processamento nodal enfileiramento
Nota: s e R são quantidades muito diferentes!
34segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Atrasos
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1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr Tres medições de atraso de gaia.cs.umass.edu para cs-gw.cs.umass.edu
* significa sem resposta (sonda perdida, roteador sem resposta)
enlace trans- oceânico
35segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Redes de Computadores
36segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
O que é um protocolo?
37segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
O que é um protocolo?
“Um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais
entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento
de uma mensagem ou outro evento.”
James F. Kurose e Keith W. Ross em 2005
38segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Analogia
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S)C(,4O(=>+"3("64(C'?""(E)'("
• :?("*E)4'"3'"8(**+*"
passagem (comprar)
bagagem (verificar)
portões (embarcar)
decolagem na pista
rota da aeronave
passagem (reclamar)
bagagem (retirar)
portões (desembarcar)
pouso na pista
rota da aeronave
rota da aeronave
39segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Arquitetura TCP/IP
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Solicitação
Resposta Camadas}40segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
A borda das redes de computadores
41segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Camada de Aplicação
• Application layer
• Pacote - Mensagem (message)
• Aplicações de rede e seus protocolos
• Navegadores, Comunicadores Instantâneos, Compartilhadores, Softphones
• Interação
• HTTP, FTP, SMTP, SSH, DNS
42segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Camada de Transporte
• Transport layer
• Pacote - Segmento (segment)
• Oferta de serviço de comunicação fim-a-fim
• (De)multiplexação de comunicação
• TCP - Garantia de entrega, fragmentação de msgs, Controle de fluxo e de congestionamento.
• UDP - Sem conexão, menor carga (proc. e rede)
• Depende da aplicação
43segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
O núcleo das redes de computadores
44segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Camada de Rede• Network layer
• Pacote - Datagrama (datagram)
• Transporte de remetente ao destinatário
• Comunicação host-a-host
• Endereço IP xxx.xxx.xxx.xxx (0-255), máscara, rede
• Exemplo: 200.189.10.1
• Protocolo IP
• cabeçalho datagrama
• roteamento
45segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Camada de Enlace
• Link layer
• Pacote - Quadro (frame)
• Comunicação host-a-host
• Entrega garantida nível de host
• Ethernet, PPP
• Diferentes padrões para enlace
• 802.X (Ethernet, Wi-fi, Wimax, Bluetooth, Zigbee)
46segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Camada Física
• Physical layer
• Dispositivos de conexão
• Comunicação em nível de bits
• Representação, codificação, modulação
• Protocolos dependem do enlace e do meio
• guiados: trançado, coaxial, ópticos
• sem fios: espectro eletromagnético, rádio, microondas
47segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Encapsulamento
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Mensagem
Segmento
Datagrama
Quadro
Nome do pacote Camada da RedeCabeçalho / Header
dados
dados
dados
dados
Head
Head
Head
HeadHead
HeadHeadHead crc
Head
Head
48segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
As várias camadas
49segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Arquitetura em Camadas
• Qual o benefício da arquitetura em camadas?
• Exemplo: companhia de transporte aéreo e de alimentos
50segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Pilha de Protocolos
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
51segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
TCP/IP X RM-ISO/OSI
RM-OSI/ISO - Reference Model - Open Systems Interconnection / International Organization for Standardization
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace / Física
Apresentação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Sessão
TCP / IP RM-OSI
52segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Histórico
• 1961 - Estudos sobre a eficiência de comutação de pacotes, Leonard Kleinrock
• 1969 - ARPAnet, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)
• UCLA (Los Angeles)
• SRI (Stanford)
• UCSB (Santa Bárbara)
• Universidade de Utah
53segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Histórico
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1961-1972: Princípios da comutação de pacotes
54segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Histórico
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3'U,'?"()G:45'5:)("(5:(0"3("<,5'),'5"
1972-1980: Inter-rede, redes novas e proprietárias
55segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Histórico
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1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
56segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Histórico
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• ',0(.'*"3'"I(.`I+,'")+3(,3+"'?"sI8*"
1990, 2000’s: comercialização, a Web, novas aplicações
57segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Histórico
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• )'3'*"*'?"U+K"?+I4043(3'"
58segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Recapitulando
• Comunicação entre computadores
• Arquitetura TCP / IP
• Camadas da arquitetura TCP / IP
• Modelo RM-OSI
• Histórico
59segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Dúvidas
?
60segunda-feira, 6 de fevereiro de 12
Referências
Redes e Histórico da internet: Capítulo 1
Redes e histórico: págs. 1 - 8
Rede de camadas: págs. 29 - 53Histórico da internet: págs. 54 - 63
61segunda-feira, 6 de fevereiro de 12