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Classificação de redes
• Duas dimensões importantes:
– Tecnologia de transmissão
– Escala
Tecnologia de transmissão
– Redes de difusão (Broadcast networks); e
– Redes ponto-a-ponto (Point-to-point Networks).
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);
Redes de difusão
• Unicast
• Broadcasting
• Multicasting
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.
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.
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.
• 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.
• 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.
– 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-aponto) 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.
– 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
• 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.
• 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
MAN
• 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.
WAN
• 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).
• Em uma Rede de Longa Distância, a subrede de
transmissão pode ser organizada como:
– ponto-a-ponto; e
– ponto-a-multiponto.
• 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-aponto (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.
• Na forma ponto-a-multiponto, um sistema de satélites ou
de rádio é usado como difusor dos dados
Exemplo de Rede ponto-a-multiponto
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
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;
• 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;
– 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.
• 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.
• Um exemplo de uma rede em cinco níveis pode ser
visto na figura abaixo.
Camadas, protocolos e interfaces
• 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.
Exemplo de fluxo de informação na arquitetura de 5 camadas
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.
– 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;
– 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.
– 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?
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);
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.
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.
O Modelo OSI – Transmissão de dados
Dados
Aplicação
7
Aplicação
Apresentação
6
Apresentação
Sessão
5
Sessão
Transporte
4
Transporte
Rede
3
Rede
Enlace
2
Enlace
Físico
1
Físico
Dados
O Modelo OSI – Principais vantagens
 Redução de custo, devido à
padronização de produtos;
7
Aplicação
6
Apresentação
5
Sessão
4
Transporte
3
Rede
2
Enlace
1
Físico
 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.
Unidades de Dados utilizadas pelo modelo OSI
7
Aplicação
6
Apresentação
5
Sessão
4
Transporte
Segmento
3
Rede
Datagrama
2
Enlace
Quadro
1
Físico
Bit
Mensagem
O Modelo OSI – Principais funções das Camadas
7
Aplicação
6
Apresentação
5
Sessão
4
Transporte
3
Rede
2
Enlace
CONTROLE DE ERROS (QUADROS)
1
Físico
TRANSMISSÃO (BITS)
APLICATIVOS
SINTAXE
SINCRONIZAÇÃO (MENSAGENS)
EMPACOTEAMENTO (SEGMENTOS)
ROTEAMENTO (DATAGRAMAS)
Exemplo de aplicação do modelo OSI: Configuração de Redes Locais.
LAN 1
Host
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Física
7
6
5
4
3
2
1
LAN 2
Host
7
6
5
4
Roteador
Roteador
Switch
Switch
Hub
Hub
3
2
1
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).
O modelo TCP/IP
Comparação
Arquitetura OSI
Arquitetura TCP/IP
Aplicação
Apresentação
Aplicação
Sessão
Transporte
Transporte
Rede
Internet
Enlace
Físico
Rede
• 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.
Aplicação
Transporte
Internet
Rede
• 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.
Aplicação
Transporte
Internet
Rede
• Camada de transporte
• Permite a dois pontos da
estabelecerem uma conversação.
rede
– 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
Aplicação
Transporte
Internet
Rede
• 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
Aplicação
Transporte
Internet
Rede