Disciplina: Fundamentos de Redes de Computadores Parte 1

1. Disciplina:Fundamentos de Redes de ComputadoresParte 1 Flávia Balbino da Costa flavia.balbino@yahoo.com.br

2. 1) INTRODUÇÃO 1.1) Conceito de Redes de Computadores • A fusão dos computadores e das comunicações teve uma profunda influência na forma como os sistemas computacionais eram organizados. • O Conceito de “centro de computação” como uma sala com um grande computador ao qual os usuários levam seu trabalho para processamento agora está completamente obsoleto.

3. O velho modelo de um único computador atendendo a todas as necessidades computacionais da organização foi substituído pelas REDES DE COMPUTADORES, nas quais os trabalhos são realizados por um grande número de computadores separados, mas interconectados.

4. Portanto, REDES DE COMPUTADORES é um conjunto de computadores autônomos interconectados por uma única tecnologia. Dois computadores estão interconectados quando podem trocar informação. • A conexão não precisa ser feita por um fio de cobre; também podem ser usadas fibras ópticas, microondas, ondas de infravermelho e satélites de comunicações. • Existem redes em muitos tamanhos, modelos e formas. A Internet não é uma única rede, mas sim UMA REDE DE REDES.

5. 1.2) Classificação das Redes Na figura abaixo temos a classificação de sistemas de vários processadores organizada por seu tamanho físico:

6. Redes Pessoais - redes destinadas a uma única pessoa. Ex: uma rede sem fio conectando um computador com o mouse, o teclado e a impressora. Além disso, um PDA que controla o aparelho de audição ou o marcapasso de um usuário.

7. Redes PessoaisouPAN´s - redes destinadas a uma única pessoa. Exemplos: • Uma rede sem fio conectando um computador com o mouse, o teclado e a impressora. • Um PDA que controla o aparelho de audição ou o marcapasso de um usuário. • Bluetooth, etc.

8. Redes Locais ou LAN´s – redes privadas contidas em um único edifício ou campus universitário com até alguns quilômetros de extensão. Elas são amplamente usadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho em escritórios e instalações industriais de empresas, permitindo o compartilhamento de recursos (por exemplo, impressoras) e a troca de informações. Exemplo: • Uma Intranet.

9. Redes Metropolitanas ou MAN´s – Abrange uma cidade. O exemplo mais conhecido de uma MAN é a rede de televisão a cabo disponível em muitas cidades. Características: • Usa meio público para transmissão; • Menores velocidades – Kbps ou Mbps; • Taxas maiores de erros; • Custo mais elevado; • Grande quantidade de redes é do tipo Frame Relay e estão sendo transferidas para ATM e posteriormente WIMAX (IEEE 802.16).

11. Redes Geograficamente Distribuídas ou WAN´s Características: • Custo elevado; • Velocidades menores – Kbps, Mbps; • Taxas maiores de erros; • Tecnologias de Redes: Frame Relay, ATM e MPLS; • Microondas, satélites. Três tipos de satélites: LEO, MEO e GEO:

12. Com apenas 3 satélites GEO, atende-se o planeta inteiro, porém o retardo é longo, já que estão longe (DELAY). Um satélite LEO tem um atraso menor (7ms) e ele gira junto com a Terra. • Uma WAN contém um conjunto de máquinas cuja finalidade é executar os programas (aplicações) do usuário.

13. Essas máquinas são chamadas de hosts e estes são conectados por uma sub-rede de comunicação que geralmente é operada por uma empresa de telefonia ou por um provedor de serviços da Internet. A tarefa da sub-rede é transportar mensagens de um host para outro.

14. Na maioria das WAN's, a sub-rede é composta de: • Linhas de transmissão por onde são transportados os bits – fios de cobre, fibra ótica ou mesmo enlaces de rádio; • Elementos de comutação – são computadores especializados que conectam três ou mais linhas de transmissão, são os chamados roteadores, que através dos algoritmos de roteamento, decidem qual a melhor rota que os pacotes ou células (conjunto de pacotes = mensagem a ser enviada) devem seguir para chegar no seu destino (outro host).

15. Nem todas as WAN's são comutadas por pacotes. Uma segunda possibilidade para uma WAN é um sistema de satélite. Cada roteador tem uma antena pela qual pode enviar e receber. Às vezes, os roteadores estão conectados a uma sub-rede ponto a ponto de grande porte, e apenas um deles tem a antena de satélite.

16. 1.3) Tipos de tecnologia de transmissão 1.3.1) Difusão • As redes de difusão têm apenas um canal de comunicação, compartilhado por todas as máquinas da rede. Mensagens curtas, que em determinados contextos são chamados pacotes, enviadas por qualquer máquina, são recebidas por todas as outras. • Um campo de endereço, dentro do pacote especifica o destinatário pretendido. Somente a máquina interessada recebe o pacote e as demais máquinas simplesmente o descartam.

17. Isso faz com que o barramento de dados disponível seja compartilhado entre todas as estações e que apenas uma possa transmitir de cada vez. • Então será preciso criar um mecanismo de arbitragem para resolver conflitos quando duas ou mais máquinas quiserem fazer uma transmissão simultaneamente.

18. Os links de difusão podem ser: a) Broadcasting Envia dados para todas as máquinas da rede e todas são interessadas. Por exemplo, endereço MAC para destino em broadcasting: FF:FF:FF:FF:FF:FF. b) Multicasting Alguns sistemas de difusão também admitem a transmissão para um subconjunto das máquinas, o que se conhece também como multidifusão.

19. Exemplos de links de difusão: * Exemplo1: Uso de bridges – nada mais é do uma ponte entre duas máquinas fazendo o trabalho de um roteador. Atualmente não é mais usado por causa da existência dos roteadores e esta era muito lenta. Funciona como broadcasting. * Exemplo2: Uso de Access Point – roteador wireless é broadcasting tanto para enviar quanto para receber. * Exemplo3: Uso de Hub.

20. 1.3.2) Unicasting ou links ponto a ponto • Consistem em muitas conexões entre pares de máquinas individuais. Para ir da origem ao destino, um pacote nesse tipo de rede talvez tenha de visitar primeiro uma ou mais máquinas intermediárias (roteadores). • Redes menores geograficamente localizadas tendem a usar difusão, enquanto redes maiores em geral são redes ponto a ponto. • A transmissão ponto a ponto com um transmissor e um receptor às vezes é chamada unicasting.

21. 1.4) Topologia de Redes A topologia pode ser dividida em duas formas: • Topologia física - como as máquinas são interligadas fisicamente. • Topologia lógica - como os dados trafegam dentro da estrutura física.

22. 1.4.1) Barramento • Sistema de difusão simples onde é empregado o caminho bidirecional. Nesta topologia os nós são conectados diretamente a uma barra de transporte que tem como característica a existência de um cabo que utilizamos para a transmissão. • Como todas as estações compartilham o mesmo cabo, somente uma transação pode ser efetuada por vez, senão pode ocorrer colisão de dados.

23. Padrão fácil de instalar, utilização de menor quantidade de cabos, custo baixo, ideal para ser implantada em lugares pequenos, porém, a grande desvantagem é: se o cabo falhar, todos os computadores serão afetados, pois não possui finalizador (terminador de sinal que é colocado geralmente nas pontas). • Para retirar uma máquina, é necessário colocar um terminador no lugar dela. Daí o motivo desta rede não ter tido sucesso, devido a dificuldade de retirar uma máquina.

24. Observação: Só cabem 98 hosts (pode ser um PC, uma impressora, um modem, um roteador, etc.

25. 1.4.2) Anel Outro sistema de difusão onde é centralizado um caminho único de direção e de transmissão, no qual é transformado em uma seqüência lógica, não tendo um final definitivo.

26. Em um anel cada bit se propaga de modo independente, sem esperar pelo restante do pacote ao qual pertence. • Em geral, cada bit percorre todo o anel no intervalo de tempo em que alguns bits são enviados, muitas vezes até mesmo antes de o pacote ter sido inteiramente transmitido. • Assim como ocorre em todos os outros sistemas de difusão, existe a necessidade de se definir alguma regra para arbitrar os acessos simultâneos ao anel.

27. Vantagens: • A inexistência de atenuação do sinal transmitido, já que ele é regenerado cada vez que passa por uma estação; • A facilidade na identificação de falhas em cabos. Desvantagem: Todas as estações devem estar ativas e funcionando corretamente, pois, se uma única falhar, toda a rede é afetada. Exemplo: Rede TokenRing da IBM

28. 1.4.3) Estrela Sistema ponto a ponto que é designado por um determinado número de nós, conectados em um controlador especializado como um hub ou switch, responsáveis pela comunicação.

29. Características: • Custo elevado, • Escalabilidade relativa, • Facilidade de identificação de falhas em cabos, • Maior taxa de transmissão, • Ruim porque há a dependência do nó concentrador.

30. Observação1: Os HUB's possuem topologia física estrela e topologia lógica barramento. Observação2: Os Switch's são unicasting, pois enviam o pacote somente ao interessado; é comutável e evita o conflito do barramento.

31. 1.5) Composição de uma rede de computadores • Um ou mais dispositivos emissores, que são os equipamentos que irão enviar as informações pela rede; • Um ou mais dispositivos receptores, que são os equipamentos que irão receber as informações pela rede; • Um meio físico, ou seja, o meio pelo qual as informações irão trafegar; • Protocolo, que é um conjunto de regras para a transmissão; • Dispositivos de rede, que são equipamentos próprios para a transmissão de informações pela rede, tais como placas de rede, hub, switch, roteador.

32. 1.6) Uma descrição detalhada da Rede Mundial – A Internet A Internet pública é uma rede de computadores mundial, isto é, uma rede que interconecta milhões de equipamentos de comutação em todo o mundo. Estes equipamentos podem ser: • PC´s tradicionais de mesa; • Estações de trabalho com sistema Unix; • Servidores que armazenam e transmitem informações, como páginas da Web e mensagens de e-mails;

33. Agendas digitais (PDA´s); • TV´s; • Computadores portáteis; • Telefones celulares; • Equipamentos de sensoriamento ambiental; • Câmeras Web; • Todos estes equipamentos são denominados hospedeiros ou sistemas finais.

34. Sistemas finais são conectados entre si por enlaces (links) de comunicação. Mais adiante veremos que há muitos tipos de enlaces de comunicação, que são constituídos de diferentes tipos de meios físicos, entre eles: • Cabos coaxiais; • Fios de cobre; • Fibras ópticas; • Ondas de rádio. • Enlaces diferentes podem transmitir dados em taxas diferentes, sendo a taxa de transmissão de um enlace medida em bits por segundo.

35. Em geral, sistemas finais não são interligados diretamente por um único enlace de comunicação. Em vez disso, são interconectados indiretamente por equipamentos intermediários de comutação conhecidos como comutadores de pacotes. • Um comutador de pacotes encaminha a informação que está chegando em um de seus enlaces de comunicação de entrada para um de seus enlaces de comunicação de saída.

36. No jargão das redes de computadores, o bloco de informação é denominado pacote. • Há comutadores de pacotes de todos os tipos e formas, mas os dois mais proeminentes na Internet de hoje são roteadores e comutadores de camada de enlace (switches). • Esses dois tipos de comutadores encaminham pacotes a seus destinos finais.

37. A sequência de enlaces de comutação e comutadores de pacotes que um pacote percorre desde o sistema final remetente até o sistema final receptor é conhecida como rota ou caminho através da rede. • Em vez de prover um caminho dedicado entre sistemas finais comunicantes, a Internet usa uma técnica conhecida como comutação de pacotes, que permite que vários sistemas finais comunicantes compartilhem ao mesmo tempo um caminho ou parte dele.

38. Sistemas finais acessam a Internet por meio de Provedores de Serviços de Internet (Internet ServiceProviders – ISP´s), entre eles: • ISPs residenciais como AOL ou sua empresa local de telefonia ou cabo; • ISPs corporativos; • ISPs de universidades; • ISPs com o T-Mobile, que provê acesso sem fio em aeroportos, hotéis, cafés ou outros locais públicos.

39. Cada ISP é uma rede de comutadores de pacotes e enlaces de comunicação. ISPs provêem aos sistemas finais uma variedade de tipos de acesso à rede, incluindo: • Acesso por modem discado de 56 Kbps; • Acesso residencial de banda larga com modem de cabo coaxial ou DSL (linha digital de assinante); • Acesso por LAN de alta velocidade; • Acesso sem fio.

40. ISPs de nível mais baixo são interconectados por meio de ISPs de nível mais alto, nacionais ou internacionais. • Um ISP de nível mais alto consiste em roteadores de alta velocidade interconectados com enlaces de fibra óptica de alta velocidade. • Cada rede ISP, seja de nível mais alto ou mais baixo, é gerenciada de forma independente, executando o protocolo IP (veremos mais adiante) e obedecendo as convenções de nomeação e endereço.

42. Os sistemas finais, os comutadores de pacotes e outras peças da Internet executam protocolos que controlam o envio e o recebimento de informações dentro da Internet. • O TCP (Transmission Control Protocol) e o IP (Internet Protocol) são dois e protocolos mais importantes da Internet. • O protocolo IP especifica o formato dos pacotes que são enviados e recebidos entre roteadores e sistemas finais. • Os principais protocolos da Internet são conhecidos coletivamente como TCP/IP.

43. A Internet pública é a rede a que normalmente nos referimos como a Internet. Também há muitas redes privadas, tais como redes corporativas e governamentais, cujos hospedeiros não podem trocar mensagens com hospedeiros que estão fora da rede privada. • Essas redes privadas são chamadas de Intranets, pois usam o mesmo tipo de hospedeiros, roteadores, enlaces e protocolos da Internet pública.