Redes de computadores

Redes de ComputadoresAula 1

Prof. Natália Oliveira M.Sc

Conteúdo

● Definição e Conceitos sobre Redes de Computadores● Evolução da Internet ● IoT (Internet of Things)● Intranet x Extranet● Tipos de Redes de Acessos● Modelo OSI x TCP/IP● Encapsulamento x Desencapsulamento● Arquitetura das Aplicações de Rede● Protocolos de Rede● Endereçamento IP (IPv4 e IPv6)

Sistema Básico de Comunicação•Transmissor•Meio•Mensagem•Receptor

Por que Redes de Computadores?➔ As empresas estão sempre em busca de uma melhoria na comunicação

com os seus clientes e fornecedores.

➔ E a tecnologia de redes é, certamente, um dos melhores caminhos para que isso aconteça.

Redes de ComputadoresAo utilizar esta tecnologia, uma série de fatores precisa ser levada em conta para garantir eficiência na comunicação. Alguns deles:

➔ custo➔ taxas de transmissão➔ facilidade de acesso➔ padronização➔ segurança ➔ portabilidade

Redes de ComputadoresAs redes de computadores são utilizadas principalmente para compartilhar recursos, como impressoras, arquivos, documentos e conexão com a internet.

Definição de Redes de Comp.Pinheiro (2003, p. 2) assim descreve o objetivo de uma rede:

Independente do tamanho e do grau de complexidade, o objetivo básico de uma rede é garantir que todos os recursos disponíveis sejam compartilhados rapidamente, com segurança e de forma confiável. Para tanto, uma rede de computadores deve possuir regras básicas e mecanismos capazes de garantir o transporte seguro das informações entre os elementos constituintes

Conceitos básicosAo falar de redes de comunicação alguns conceitos são essenciais:

BIT – é a menor unidade de informação que pode ser armazenada ou transmitida. Um bit pode assumir somente dois valores: 0 ou 1

BYTE – um byte é composto por 8 bits

Taxa de Transmissão (Bit rate ou bitrate) – é a taxa de bits ou taxa de transferência de bits. Nas telecomunicações e na computação, o bit rate (às vezes escrito como bitrate) é o número de bits convertidos ou processados por unidade de tempo. O bit rate é medido em 'bits por segundo' (bps ou b/s), muitas vezes utilizado em conjunto com um prefixo SI (Sistema Internacional de Unidades), como kbps, Mbps, Gbps, etc...

Redes de ComputadoresUma rede de computadores vai muito além de uma simples

conexão de cabos e placas.

Há necessidade de uma série de protocolos para regular a comunicação entre todos os níveis, desde o programa que está sendo utilizado até o tipo de cabo instalado

Comunicação dos dados

Tipos de transmissão de dados

Tipos de Redes ➔ LAN

(Local Area Network)

Atinge pequena distância geográfica (alguns metros a dezenas de metros), numa única localização

Tipos de Redes ➔ MAN

(Metropolian Area Network)

Atinge média distância geográfica (alguns quilômetros), interligando unidades de uma mesma organização

Tipos de Redes ➔ WAN

(Wide Area Network)

Atinge grande distância geográfica (milhares de quilômetros), interligando redes LAN de várias organizações

E a Internet?

Internet ● Abreviação de INTERnation NETwork

● Grande redes de computadores formada pela interligação de milhares de redes do mundo inteiro

● “Redes das Redes”

Evolução da Internet● No início da Computação os sistemas eram onerosos e havia muito pouco

compartilhamento

● Grandes Computadores centralizavam as operações e não havia interoperabilidade entre os poucos terminais disponíveis.

Evolução da Internet● O compartilhamento das informações dava-se através de Fitas ou Disquetes

Evolução da Internet● 1969 - surge a Arpanet sob a direção de

Joseph Licklider

● 1971 - Primeira demonstração da Arpanet em Washington D.C.

● 1973 - Surge o desenho da arquitetura básica das redes das redes

Evolução da Internet● 1970 - um pólo com vários nós foi adicionado à Arpanet na costa leste

Americana, incluindo a Universidade de Harvard, em Cambridge, Massachusetts

Evolução da Internet● Durante os anos 70 várias outras Universidades uniram-se à Arpanet.

Ficou claro, que não só os projetos militares lucrariam através dessas conexões entre os computadores

Evolução da Internet

Evolução da Internet● 1972 - Surge o e-mail

● 1975 - Surge o primeiro computador pessoal

● 1983 - Separação da rede militar (Milnet) e criação da Arpanet/Internet

● 1990 - Tim Berners-Lee começa desenvolver a World Wide Web

● 1990 - Brasil cria a RNP (Rede Nacional de Pesquisa)

● 1994 - Criado o Netscape, programa para navegação na internet

● 1994 - Embratel cria internet comercial no Brasil

● 1995 - Internet Explorer surge

Evolução da Internet● 1998 - Nasce o Google

● 2001 - 500 milhões de computadores pessoais e 400 milhões de internautas

● 2002 - Começam a surgir os blogs e fotologs

● 2003 - Mozilla e Skype surgem

● 2005 - Nasce o Youtube

● 2006 - Internet é a mídia mais consumida no mundo, batendo o rádio, a TV e o jornal

Estrutura da Internet

● Borda➢ hospedeiros(hosts), sistemas finais: clientes e servidores

● Redes de Acesso➢ Enlaces de comunicação cabeados e sem fio

● Núcleo da rede➢ Redes das redes➢ Equipamentos interconectados

Internet é conectada através de ISPs (Internet Service Providers) ➔ Os ISPs devem ser interconectados

➔ A rede das redes é muito complexa

➔ Evolução foi dirigida pela economia e por políticas nacionais

Pergunta: Dados milhões de ISPs, como interligar todos eles?

access

netacces

access

………

Opção: conectar cada ISP a um ISP de trânsito global?

access

netacces

access

………

globalISP

mas, se um ISP global for um negócio viável, haverão competidores ...

access

netacces

access

………

Compedidores ... que precisam se interconectar

access

netacces

access

………

enlaces de conexão

Ponto de troca de tráfego

Estrutura da Internet... e redes de provedores (Google, Amazon, …) podem criar suas próprias redes, provendo serviços aos usuários finais

access

netacces

access

………

rede regional

Rede de provedor de conteúdo

rede reg

Considerações sobre a Internet

➔ A Internet é uma rede descentralizada que se espalhou pelo mundo

Redes das redes = Complexidade

Telefone: Levou 74 anos para atingir 50 milhões de usuários

Internet: levou 5 anos para atingir 50 milhões de usuários

Você está aqui!

Mapa da Internet - The Opte Project

Internet Brasil

A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989

Internet Brasil

Número de hosts

Internet atualmente em todo lugar

Porta retrato IP

Telefones IP

GeladeiraInternet

Smartphones e Relógios IP

Câmeras IP

Internet das coisas (IoT)

● Que coisas são essas?➔ Computadores➔ Smartphones➔ Tablets

E outras coisas …

➔ Ambiente➔ Objetos➔ Basicamente tudo ...

Internet das coisas (IoT)(

● O objetivo é conectar tudo que existe na Internet : o planeta e tudo que está nele (inclusive nós)

● A idéia é observar e controlar tudo através da Internet

➔ Cada coisa precisa ter uma identidade única

➔ Precisa ter a habilidade de conectar-se a Internet

➔ Objetos como sensor(es) e/ou Atuador(es)

Intranet ● Tipo de rede cujo acesso é restrito a usuários de uma rede corporativa

Extranet ● Parte da rede que fica disponível na Internet para acesso ao público em

geral (clientes, fornecedores, funcionários) com acesso controlado a algumas áreas

Redes de Acesso e Meio Físico

● Redes de acesso residencial

● Redes de acesso empresarial (escolas, empresas)

● Redes de acesso sem fio

Questões a serem consideradas:

➢ Largura de banda

➢ Acesso compartilhado ou dedicado?

Acesso discado – Alguém ainda usa?

● Usa a infraestrutura existente da telefonia● Até 56kbps de acesso● Não dá pra navegar e usar o telefone ao mesmo tempo

redetelefônica Internet

Modemdiscado modem

do ISP(ex.,Terra)

PCdoméstico

central telefônica

Rede de Acesso DSL (Digital Subscriber Line)

➔ Utiliza a rede telefônia existente até o DSLAM na Central Telefônica◆Dados vão para a internet ◆Voz vão para a rede telefônica

central telefônica

rede telefônica

voz e dados transmitidosem diferentes frequências sobre

uma linha dedicada até a central

ModemDSL

splitter

Multiplexador de acesso

Rede de acesso corporativas (Ethernet)

● Usado tipicamente em empresas, universidades, etc● Ethernet de 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps e 10Gbps● Atualmente sistemas terminais conectam a switches Ethernet

Redes de acesso sem fio (wirelles)

LANs sem fio

para a Internet

Acesso sem fio de longa distância

para a Internet

WiMAX● É uma tecnologia wireless desenvolvida para oferecer acesso banda larga a

distâncias de 16km

● Similar a telefonia celular, onde a cobertura é implantada no formato de células

● Rede do futuro

Meios Físicos● Bit: Propaga-se entre o transmissor e o receptor● Enlace Físico: está entre o transmissor e o receptor● Meios guiados: propagam-se em meios sólidos: cobre, fibra, cabo

coaxial● Meios não guiados: propagam-se livremente: rádio

Par trançado (TP - Twisted Par)Dois fios de cobre isolados

Categoria 5 – 100 Mbps e 1Gbps EthernetCategoria 6 - 10Gbps

Meios Físicos

Cabo coaxial:

● Fio (transporta o sinal) dentro de outro fio (blindagem)

● Bidirecional

● Banda Larda (broadland):➔ Múltiplos canais num cabo

Meios Físicos

Fibra óptica:

● Fibra de vidro que transporta pulsos de luz

● Opera em alta velocidade (até 100 Mbits por segundo)

● Banda taxa de erros➔ Repedidores mais afastados➔ Imune a ruído eletromagnético

Comparação cabos de transmissão

Meios FísicosRádio:

● Sinal transportado em ondas eletromagnéticas

● Não há “fio” físico

● Biredicional

Tipos de enlaces:

➔ Microondas➔ WiFi ➔ Celular➔ Satélite

Topologias de redeBarramento

➔ Todos os computadores são ligados fisicamente a um mesmo cabo, com isso, nenhum computador pode usá-lo enquanto uma comunicação estpa sendo efetuada

Estrela

➔ Utiliza um periférico concentrador, interligando todas as máquinas da rede

Topologias de redeAnel

➔ Cada computador, obedecendo um determinado sentido, é conectado ao computador vizinho, que por sua vez, também é conectado ao vizinho e assim por diante, formando um anel.

Topologias de redeEstrutura Mista ou Híbrida

➔ É bem complexa e utilizada em grandes redes. Nela podemos encontrar uma mistura de topologias, tais como anel, estrela, barramento, entre outras.

Topologias de redeGrafo (Parcial)

➔ É uma mistura de várias topologias, e cada nó da rede contém uma rota alternativa que geralmente é usada em situações de falha ou congestionamento. Traçada por nós, essas rotas tem como função rotear endereços que não pertencem a sua rede

Equipamentos de Rede

● Para que uma rede de computadores possa funcionar é necessário que existam, além do cabeamento propriamente dito, dispositivos de hardware e software cuja função é controlar a comunicação entre os diversos componentes da rede.

● Vários dispositivos são usados em uma rede, cada um deles possuindo funções específicas.

Repetidores

● Os repetidores são dispositivos de hardware utilizados para a conexão de dois ou mais segmentos de uma rede local.

● Eles recebem e amplificam o sinal proveniente de um segmento de rede e repetem esse mesmo sinal no outro segmento.

● O Modem é um dispositivo conversor de sinais que faz a comunicação entre computadores através de uma linha dedicada para esse fim.

● Seu nome é a contração das palavras Modulador e Demodulador, pois essas são suas principais funções.

● Um hub, concentrador ou Multiport Repeater, nada mais é do que um repetidor que, promove um ponto de conexão física entre os equipamentos de uma rede.

Switch

● Trata-se de uma evolução do hub

● O switch permite a troca de mensagens entre várias estações ao mesmo tempo

Roteador

● O Roteador é um equipamento responsável pela interligação das redes locais entre si e redes remotas em tempo integral.

Comutação de pacotes

A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!

N usuário

s Enlace de1 Mbps

O que é um protocolo?

Protocolos humanos

“Que horas são?”“Oi, tudo bem?”“Tenho uma dúvida”“Obrigado”“Tchau”

Protocolos de rede:

➔ Máquinas invés de pessoas

➔ Todas as atividades de comunicação são governadas por protocolos

Protocolos definem o formato, ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da rede.

Que horassão, por favor?2:00

sol. conexão TCPresposta deconexão TCPGet http://www.awl.com/kurose-ross

<arquivo>temp

Protocolo de rede Protocolo humano

Camadas de Protocolos

Muitos pedaços:➔ Hosts➔ Hoteadores➔ Enlaces➔ Aplicações➔ Protocolos

Pergunta Há alguma esperança em conseguirmos organizar a estrutura da

Ex: Organização de uma viagem área

Série de passos/ações

Funcionalidade de uma linha aérea em camadas

Camadas: cada camada implementa um serviço● Através de ações internas à camanda● Depende dos serviços providos pela camada inferior

Por que dividir em camadas?● Lidar com problemas complexos

➔ Permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema

➔ Mudanças são transparentes para o sistema

➔ Modelo de Referência

ISO/OSI● Para lidar com o crescimento tangível dos protocolos prorpietários de redes,

em 1987 a ISO formou um comitê para desenvolver um protocolo padrão unificado

● Surgiu então o OSI – Open System Interconnect Reference Model, ou seja, Modelo de Referência de Sistema Aberto da ISO

● O modelo ISO/OSI nos leva a entender o conceito de uma arquitetura de comunicação unificada

Modelo de Referência OSI

➔ Contém 7 camadas

➔ Cada camada é composta por protocolos que realizam determinados procedimentos

➔ O modelo por camada facilita o desenvolvimento dos protocolos

Modelo de Referência OSI

● Uma determinada camada presta serviço para a camada superior e solicita serviço para as camadas inferiores

● Em cada camada transita uma unidade de dados padrão de procoloco chamada PDU (Protocol Data Units)

● Cada PDU é composta por um cabeçalho (descartado após o uso) e uma parte dos dados úteis (que se deseja transmitir)

● O cabeçalho contém as informações para os protocolos da camada saberem como proceder

PDU das Camadas

aplicação aplicação

apresentação apresentação

sessão sessão

transporte transporte

rede rede

enlace enlace

física física

Dados ou Mensagens

Segmentos

Pacotes

Frames ou Quadros

Dados ou Mensagens

Camada de Aplicação

Camada de Apresentação

Camada de Sessão

Camada de Transporte

Camada de Rede

Camada de Enlace de Dados

Camada Física

APLICAÇÃOO APLICATIVO GERA UM BLOCO DE DADOS

APRESENTAÇÃOA CAMADA DE APRESENTAÇÃOINSERE UM BLOCO DE DADOSQUE INFORMA COMO OS DADOSFORAM ARRANJADOS

SESSÃOA CAMADA DE SESSÃO INSEREUM BLOCO SOLICITANDO UMASESSÃO PARA A MÁQUINA B

DENTRO DO MICRO, OS DADOSSÃO MONTADOS ATRAVÉS DASCAMADAS DO MODELO OSI

BLOCOS DE DADOS SENDO MONTADOS

TRANSPORTEA CAMADA DE TRANSPORTE INSERECONTROLES PARA COMUNICAÇÃOFIM A FIM COM USO DE PORTAS

REDEA CAMADA DE REDE INSERE OS ENDEREÇOS DE ORIGEM/DESTINO

ENLACEA CAMADA DE ENLACE DE ACORDO COM O PROTOCOLOINSERE UM CABEÇALHO E UMSUFIXO

FÍSICA 1 0 1 1 00 11 O

A Dados

DadosAS

DadosAST

DadosASTR

DadosASTR CRCE

O que ocorreu foi o processo de

Encapsulamento

Onde cada protocolo em cada camada insere seus controles e repassa-os para a próxima camada

APLICAÇÃO

APRESENTAÇÃO

SESSÃO

DENTRO DO MICRO OS DADOS SÃO MONTADOS ATRAVÉS DAS CAMADAS DO MODELO OSI NO SENTIDO DACAMADA DE APLICAÇÃO PARA A CAMADA FÍSICA

TRANSPORTE

ENLACE

FÍSICA1 0 1 1 00 11 O

A Dados

DadosAS

DadosAST

DadosASTR

DadosASTR CRCE DadosASTR CRCE

DadosASTR

DadosAST

DadosAS

A Dados

BDENTRO DO MICRO OS DADOS SERÃO DESMONTADOS ATRAVÉS DAS CAMADAS DO MODELO OSI NO SENTIDO DA CAMADA FÍSICA PARA A CAMADA DE APLICAÇÃO

1 0 1 1 00 11 O

O que ocorreu foi o processo de

Desencapsulamento

Onde cada protocolo em cada camada retira seus controles e repassa-os para a camada superior

Modelo de Referência TCP/IP● Simplificação do modelo OSI

● Podemos dividir conceitualmente em 4 camadas

A Camada Física do Modelo OSI e a Camada de Enlace foram agregadas em uma única Camada

chamada de Acesso à Rede

A Camada de Rede do Modelo OSI passou achamar-se de Internet

As Camadas de Aplicação, Sessão eApresentação foram agrupadas e passaram

a chamar-se AplicaçãoA Camada de Transporte do Modelo OSI recebe

o mesmo nome no TCP/IP

Modelo de Referência TCP/IP● Ele tem uma pilha de protocolos em 3 camadas que podem ser

mapeadas para cinco das sete camadas do modelo OSI

● O TCP/IP pode ser usado com qualquer tipo de rede

TCP/IPAplicação: dá suporte as aplicações da rede

FTP, SMTP, HTTP

Transporte: transferência de dados processo a processo

TCP, UDP

Internet: Repasse (encaminhamento) de datagramas da origem até o destino

IP, protocolos de roteamento

Acesso à Rede: Transferência de dados entre elementos de redes

Ethernet

Arquitetura das aplicações de rede

Estrutura das aplicações

● Cliente-servidor

● Peer-to-peer (P2P)

Arquitetura cliente-servidor

● Servidor○ Sempre ligado○ Escalabilidade de data center

● Clientes○ Comunicam-se com o servidor○ Não se comunicam com os outros

clientes○ Podem estar conectados

intermitentemente

Arquitetura P2P

● Não há servidor constantemente ligado

● Paredes estão conectados intermitentemente

● Pares solicitam serviços a outros pares e em troca oferecem serviços para outros parceiros

Comunicação entre processos

● Processo clienteProcesso que inicia a comunicação

● Processo servidorProcesso que espera ser conectado

● Aplicações P2P possuem processos clientes e processos servidores

A Web e o HTTP

● Páginas web consistem de objetos

● Cada objeto é endereçável por uma URL

Exemplo:

www.someschool.edu/someDept/pic.gifnome do hospedeiro

nome do caminho

Protocolo HTTP

HTTP: Hypertext Transfer Protocol

Modelo cliente-servidor➔ Cliente: browser solicita e visualiza

objetos Web

➔ Servidor: envia objeto em resposta aos pedidos

PC executando

Explorer

Servidor executando

servidor Web

Apacheiphone

executandoo navegador Safari

pedido http

pedido

resposta http

resposta

Protocolo FTPFTP: File Transfer Protocol

Modelo cliente-servidor➔ Cliente: lado que inicia a

transferência

➔ Servidor: hospedeiro remoto

transferênciado arquivo servidor

FTPInterface

do usuário

cliente FTP

sistema de arquivos local

sistema de arquivos remoto

usuário na

estação

Protocolo SMTP – Correio Eletrônico

SMTP: Simple Mail Transfer Protocol

● Transferência direta: servidor remetente ao servidor receptor

● Três fases da transferência➔ handshaking (saudação)➔ transf. de mensagens➔ encerramento

servidor de

correio

agente de usuário

agente de usuárioagente

de usuário

servidor de

correio

servidor de

correio

Alice envia um email para Bob1) Alice digita uma mensagem para bob@gmail.com2)Alice envia a mensagem para o seu servidor de correio. A mensagem é colocada na fila de mensagens3)O lado cliente do SMTP abre uma conexão com o servidor de correio de Bob

4) O cliente STMP envia a mensagem de Alice através da conexão TCP 5) O servidor de correio de Bob coloca a mensagem na caixa de entrada de Bob6) Bob lê a mensagem de Alice

Protocolo DNS

DNS: Domain Name System

Tradução de nome do hospedeiro para IP

Exercício:

Abra o terminal do seu computador e digite o seguinte comando

ping www.google.com

Veja o que acontece!!!

Base de Dados Hierárquica e Distribuída

Exemplo: Cliente quer IP para www.amazon.com

1. Cliente consulta um servidor raiz para encontrar um servidor dns .com2. Cliente consulta servidor dns .com para obter o servidor DNS para o domínio

mazon.com3. Cliente consulta servidor DNS do domínio amazon.com para opter endereço IP de

www.amazon.com

Root DNS Servers

com DNS servers org DNS servers edu DNS servers

poly.eduDNS servers

umass.eduDNS serversyahoo.com

DNS serversamazon.comDNS servers

pbs.orgDNS servers

TCP e UDPServiço TCP

Transporte confiável entre os processos remente e receptor

Controle de fuxo

Controle de congestionamento

Orientado a conexão

Serviço UDP

Transferência de dados não confiável entre os processos remente e receptor

Não provê:Controle de fuxoConfiabilidadeEstabelecimento da conexão

Endereçamento de Porta

Número de Portas● A IANA (Internet Assigned Numbers Authority designa números de vários

padrôes de endereçamento

Internet Protocol (IP)● O IP é um número que seu computador (ou roteador) recebe quando se

conecta a Internet

● É através desse número que seu computador é identificado e pode enviar e receber dados

Distribuição de IP

Há duas formas de se obter um IP:

● IP Fixo: Você define manualmente o endereço no equipamento

● IP Dinâmico: Você deve ter um servidor com o serviço de DHCP (Dynamic Host Control Protocol) habilitado e configurado. Assim seu equipamento receberá IP automaticamente

Endereçamento IP

● IPv4: número de 4 bytes (ou 32 bits), separados por três pontos. Têm a função de informar o número da rede e o número dos computadores

● Os primeiros 4 bits (1º octeto) do número são responsáveis por determinar em que classe o IP está

● IPv6: número de 16 bytes (ou 128 bits), separados por dois pontos:

● O IPV6 surgiu para resolver o problema de escassez de endereços IPV4

IPv4Proposto em 1981

Notação Decimal192.168.0.1

Número de Endereços2³² =~ 4.294.967.296

endereços

IPv6Proposto em 1999

Notação Hexadecimal2001:0DB8:AD1F:25E2:CADE:CAFE:

F0CA:84C1

Número de Endereços2¹²⁸ =~

340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456 endereços

Endereçamento IP

Submáscara

● É uma abordagem existente no protocolo IP com o objetivo de melhora de desempenho no roteamento dos datagramas

● A submáscara ajuda a determinar se o endereço de um datagrama é local ou se precisa de um roteamento para outra rede

Classe Máscara

A 255.0.0.0

B 255.255.0.0

C 255.255.255.0

Descobrindo seu IP Exercício:

Abra o terminal do seu computador e digite o seguinte comando

ipconfig

Prof. Natália Oliveira M.Scqueiroz.nati@gmail.com

Redes de computadores - aula 1

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