Redes de
Computadores I
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos
- São Leopoldo -
Sumário
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Introdução
Uso de redes de computadores
Tipos de redes
Internet
Protocolos
Redes de acesso
Meios físicos
Camadas de protocolos
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Introdução
• O que é uma rede de computadores?
– Conjunto de dispositivos interconectados para trocar
informações e compartilhar recursos
– No começo as redes eram formadas por dispositivos
convencionais (computadores pessoais)
– Mas e hoje? Podemos ainda utilizar a expressão: “redes de
computadores?” Somente computadores tradicionais
participam de uma rede?
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Introdução
• Significado da palavra “computador” é
mais amplo atualmente
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Introdução
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Evolução das redes
• Redes de computadores têm evoluído
rapidamente nas últimas décadas
• Qual a razão para este crescimento?
• Dois motivos principais:
– Necessidade de troca de informações com
baixo custo e alta velocidade
– Necessidade de compartilhar recursos de
hardware e de software
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Evolução das redes
• Troca de informações barata e rápida
– Instituições disponibilizando notas e informações
acadêmicas para os alunos
– Cursos à distância
– Informações de cunho geral para a sociedade
– Transações bancárias
– Marketing
– Comércio eletrônico
– E-mail
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Evolução das redes
• Compartilhamento de recursos de
hardware e software
–
–
–
–
–
Impressoras
Espaço em disco
Outros processadores
Arquivos
Conexão à Internet
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Uso de redes de computadores
• Redes corporativas
– Empresas com muitas fábricas monitorando
estoque em todas as unidades
• Redes para pessoas
– Acesso a informações remotas
– Comunicação
– Diversão
• Questões sociais
Discussão sobre o que
pode ou não pode ser
compartilhado
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Visão geral de uma rede
• Alguns papéis importantes em uma rede
–
–
–
–
–
Transmissor (origem)
Receptor (destino)
Dado a ser enviado/recebido
Canal de comunicação (link)
Interface de rede
Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Visão geral de uma rede
Transmissor: geralmente dinâmico (em
um momento pode tanto estar
transmitindo quanto recebendo dados)
Canal de comunicação:
transporta os dados entre
o transmissor e o receptor
Transmissor ou origem
Canal de comunicação
interface
interface
dado
Interface de rede: conecta os
dispositivos fisicamente ao canal
de comunicação. Coloca o dado
na origem e retira no destino.
Receptor ou destino
Cada dispositivo em uma rede
possui uma identificação única. No
caso da Internet, cada host possui
um IP que é único em toda a rede.
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Tipos de redes
• Classificação das redes por escala
Máquina de fluxo de dados
Multicomputador
Rede Local
Rede Metropolitana
Rede Geograficamente Distribuída
Internet
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Redes Locais
• Também chamada de LAN (Local Area
Network)
– Redes privadas
– Prédios, campus universitário
– Características principais:
• Possuem poucos quilômetros de extensão
• Alta taxa de transferência
• Baixa ocorrência de erros
• Sem roteamento da informação (caracterizado por um
broadcast)
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Redes Locais
• Topologia
– Maneira pela qual os elementos são interligados
• Estrela
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Redes Locais
• Topologia
– Maneira pela qual os elementos são interligados
• Barra
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Redes Locais
• Topologia
– Maneira pela qual os elementos são interligados
• Anel
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Redes Metropolitanas
• Também chamada de MAN (Metropolitan
Area Network)
– Abrangem a região metropolitana de de uma
cidade
– Versão ampliada de uma LAN
– Existe roteamento de informação, mas é
transparente para o usuário final
(telecomunicações)
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Redes Metropolitanas
• Utilizam o padrão DQBD (Distributed Queue
Dual Bus)
– Dois cabos interligam os computadores, um para
cada direção
Direção do fluxo do barramento
Head-end
Head-end
Direção do fluxo do barramento
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Redes Geograficamente Distribuídas
• Também chamadas de WAN (Wide Area
Network)
– Engloba uma vasta região (estado, país,
continente)
– Transmissão baixa (comparado às LANs)
– Alta taxa de erros
– Possui roteamento da informação
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Redes Geograficamente Distribuídas
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Redes sem fio
• Segmento que mais cresce na indústria de
computadores
–
–
–
–
Conexão em carros, aviões, qualquer lugar
Escritório portátil
Custo reduzido de infra-estrutura
Suporte a aplicações móveis
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Internet
• Rede de computadores mundial
– Conecta milhões de equipamentos de
computação em todo o mundo
• Equipamentos são chamados de hosts ou
sistemas terminais
• Aplicações da Internet (a Web, e-mail, etc)
são programas de aplicação de rede
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Componentes da Internet
• Os hosts operam protocolos que controlam
o envio e o recebimento de informações na
Internet
– TCP e IP: protocolos mais importantes da Internet
– Conhecidos coletivamente como TCP/IP
• Os hosts são conectados entre si por
enlaces (links) de comunicação
– Cabos coaxiais, fibra óptica, etc
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Componentes da Internet
• Sistemas finais são geralmente conectados
por equipamentos de comutação (troca)
– Roteadores (routers)
– Encaminha a informação (pacotes de dados)
do enlace de entrada para o enlace de saída
• Internet: rede de redes
– Conjunto interconectado de redes públicas e
privadas (Internet e Intranet)
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Componentes da Internet
• Internet:
– Levemente
hierárquica
– Provedores de
serviços de
Internet (ISPs)
ISP local
Servidor
ISP regional
Roteador
Estações fixas
Rede
corporativa
Estações móveis
ISP local  ISP regional  ISP nacional e internacional
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Internet x Intranet
• Internet pública:
– A rede global discutida anteriormente
• Internet privada:
– Redes privadas, onde os computadores não são
acessíveis às máquinas externas
– Coorporações, orgãos governamentais, etc
– Chamada de Intranet
• Usam a mesma tecnologia da Internet (computadores,
roteadores, protocolos, padrões...)
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Tipos de serviço
• Dois tipos de serviço às aplicações
distribuídas:
– Orientado à conexão
• Garante envio correto das informações
– Não-orientado à conexão
• Não garante a corretude da entrega das informações
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Entidades básicas
• Os hosts podem ser divididos em duas
categorias:
– Clientes
• Comumente estações de trabalho comuns
• Pedem determinado serviço
– Servidores
• Comumente máquinas mais poderosas
• Provêem determinado serviço
• Modelo que predomina na Internet
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Entidades básicas
• Utilizado por inúmeras aplicações populares
–
–
–
–
–
Web
E-mail
Transferência de arquivos
Grupos de discussão
Login remoto
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Entidades básicas
• Aplicações distribuídas
– Cliente e servidor em máquinas e redes
diferentes
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Entidades básicas
• Tipos de servidores:
– Arquivos (serviços de armazenamento e acesso às
informações)
– Banco de dados (BDs e processos de consulta)
– Impressão (serviços de impressão)
– Comunicação (procedimentos de acesso à rede e interface
com os dispositivos dos usuários)
– Gerenciamento (tráfego da rede, desempenho, identificação
de falhas)
– ...
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Redes de acesso
• Como ligar dois hosts ao primeiro roteador?
– Redes de acesso
• Residenciais
• Institucionais
• Móveis
ISP local
Servidor
ISP regional
Roteador
Estações fixas
Rede
corporativa
Estações móveis
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Acesso residencial: ponto a ponto
• Discado via modem (dial-up)
– Até 56 Kbps, acesso direto ao
roteador (conceitualmente)
• RDSI: rede digital de serviços
integrados (ISDN)
– 128 Kbps, conexão digital ao
roteador
• ADSL: asymmetric digital
subscriber line
– Até 1 Mbps de casa ao roteador
– Até 8 Mbps do roteador a casa
• Telefônica, Telemar, GVT
– Usuário é mais consumidor do que
produtor de informações
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Acesso residencial: cable modems
• HFC: hybrid fiber coax
– Assimétrico: até 10Mbps p/ a casa, 1 Mbps p/ a
rede;
– Rede de cabo e fibra liga casa ao roteador do
provedor
• Acesso compartilhado ao roteador pelas casas;
• Problemas: dimensionamento, congestionamento;
• Disponibilidade: via companhias de TV a cabo;
– Ex.: NET, TVA
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Acesso institucional: redes locais
• Rede local (LAN) da empresa/universidade liga
sistema terminal ao 1º roteador
• Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para
acesso ao roteador, 10 Mbps, 100 Mbps, Gigabit Ethernet
• Disponibilidade: corporações, instituições, redes locais e
domésticas
• Roteador de borda roteia pacotes com destino externo à
LAN
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Acesso sem fio
• Rede de acesso sem fio liga ao roteador
• Redes locais sem fio:
– Espectro de rádio substitui o cabo
– Exemplo: IEEE 802.11 a/b/g/n (WiFi)
• Acesso sem fio não local:
– CDPD: acesso sem fio ao roteador do provedor via rede
de telefonia celular
Roteador
– IEEE 802.16 (WiMAX)
– Protocolo MAC
• Controla o acesso ao meio
Estação
Base
Sistemas móveis
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Meios de transmissão
• São os caminhos físicos através dos quais
ocorre a comunicação entre
remetente/destinatário
• Podem ser classificados em:
– Guiados
• Meios físicos como cabos coaxiais, fibra óptica, ...
– Não-guiados:
• Usa atmosfera terrestre ou o espaço
• Satélites, microondas, infravermelho, ...
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Meios Guiados
• Capacidade limitada pelos parâmetros de
distância e tipo da rede
– Restrição de largura de banda
– Restrição na taxa de transmissão (em
bits/segundo)
– Mais comuns são:
• Cabos coaxiais
• Pares trançados
• Fibra óptica
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Meios Guiados
• Cabo Coaxial
– Fio de cobre esticado na parte central envolvido por um
material dielétrico isolante (não conduz corrente elétrica)
– O isolante é protegido por um condutor cilíndrico
– O condutor externo é coberto por uma camada plástica
protetora
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Meios Guiados
• Cabo coaxial
– Largura de banda depende do tamanho do
cabo
– Em cabos de 1km, pode se chegar a uma taxa
de 1 a 2 Gbps
– Bidirecionais
– Foram muito usados no sistema telefônico, mas
têm sido substituídos por fibra óptica
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Meios Guiados
• Cabo de Par Trançado
– UTP (Unshielded Twisted Pair)
• Sem blindagem (mais usado)
– STP (Shielded Twisted Pair)
• Com blindagem
– Consistem em dois fios de cobre encapados,
enrolados de forma helicoidal para diminuir a
interferência elétrica entre os fios
• Categoria 3: fio telefônico, Ethernet de 10Mbps
• Categoria 5: Ethernet de 100 Mbps
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Meios Guiados
• Cabo de fibra ótica:
– Meio de transmissão: fibra de vidro ultrafina, iluminada por
pulsos de luz
• Luz indica um bit 1, ausência de luz indica um bit 0
– Operação de alta velocidade:
• Ethernet de 100 Mbps
• Transmissão de alta velocidade ponto a ponto (ex.: 10
Gbps)
– Baixa taxa de erros
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Meios Guiados
• Cabos de fibra óptica
Capa externa
Extremidade de um cabo com 3 fibras
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Meios Não-Guiados
• Necessidade de transmissão em locais onde
não podem ser passados cabos ou a
passagem dos mesmos é impossível
– Desertos, pântanos, etc
• Meios mais conhecidos:
– Satélites
– Microondas
– Infravermelho
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Meios Não-Guiados
• Satélites
– Meio mais conhecido no Brasil
– Distâncias grandes
• Causam retardos na comunicação
– Canais de até 50Mbps
• Microondas
– Transmissão de ondas de rádio com maiores frequências
• Canais de até 155Mbps
• Envio direcionado (evitando que qualquer um receba o sinal)
• Infravermelho
– Distâncias pequenas e muita interferência do meio
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Protocolos
• Conjunto de regras que determinam como
deve ocorrer a comunicação entre duas
estações em uma rede
– Mensagens específicas são enviadas
– Ações específicas são tomadas
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Protocolos
• Analogia humana
Oi
Oi
Você é gremista?
CLARO que sim!
tempo
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Protocolos
• Em redes de computadores
– Máquinas em vez de pessoas
– Toda comunicação na Internet é governada por
protocolos
Protocolos definem
formato, ordem de
mensagens enviadas e
recebidas entre
entidades de rede e
ações tomadas ao
enviar ou receber uma
mensagem.
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Protocolos
• Em redes de computadores
Pedido de conexão
Resposta positiva
GET: http://www.inf.unisinos.br
<arquivo>
tempo
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Protocolos
• Em sistemas de comunicação existem
mensagens de controle desta
comunicação além dos dados que se quer
enviar
– análogo ao sistema postal
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Protocolos
• Para um protocolo funcionar
– atender a todas as funções necessárias
– que as duas máquinas ou entidades entendam
as mensagens recebidas
– que respondam da mesma forma às mensagens
• Capacidade de transmissão é dividida
entre sinalização e informação
– diferentes protocolos terão diferentes overheads
– velocidade efetiva não considera overhead
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Protocolos Hierárquicos
• Redes de computadores modernas
– organizadas de uma forma estruturada
– componentes hierarquizados em camadas
• Por quê?
– isolar as camadas superiores dos detalhes de
implementação dos níveis inferiores
– possibilitar a substituição da implementação de
uma camada por outra
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Camadas de Protocolos
• Redes são complexas!
– Muitos componentes
• Hosts
• Roteadores
• Enlaces
• Aplicações
• Protocolos
• Hardware, Software…
Pergunta:
Existe alguma
esperança de organizar
a estrutura da rede? Ou
pelo menos, organizar
nossa discussão de
redes?
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Camadas de Protocolos
Passagem (compra)
Passagem (reclama)
Bagagem (entrega)
Bagagem (recupera)
Portão (embarque)
Portão (desembarque)
Decolagem
Aterrissagem
Roteamento do avião
Roteamento do avião
Roteamento do avião
Uma série de passos...
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Camadas de Protocolos
• Por que usar camadas?
• Ao lidar com sistemas complexos:
– Estrutura explícita permite identificação de relações entre
componentes do sistema complexo.
• Modelo de referência para discussão.
– Modularização facilita implementação, atualização do
sistema
• Mudanças de implementação do serviço da camada é
transparente ao resto do sistema
• Exemplo: mudança no procedimento do portão não afeta o
resto do sistema
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Camadas de Protocolos
• Pilha de Protocolos da Internet
– Aplicação: suporta aplicações de rede
• FTP, SMTP, HTTP
– Transporte: transferência de dados entre
sistemas terminais
Aplicação
Transporte
• TCP, UDP
– Rede: roteamento de datagramas da
origem ao destino
• IP
– Enlace: transferência de dados entre
elementos de rede vizinhos
• PPP, ethernet
Rede
Enlace
Física
– Física bits “nos fios”
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Camadas de Protocolos
• Camadas são implementadas como processos em
hardware ou software
– realizam funções próprias de cada nível
– são denominados entidades de nível n
• Entidades de um mesmo nível n em cada máquina
trocam informações entre si de acordo com um
protocolo n
• As entidades n utilizam serviços n-1 providos pelos
níveis inferiores e fornecem serviços ao nível n+1
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Camadas de Protocolos
• Dados não são transmitidos diretamente da
entidade n de uma máquina para a entidade n de
outra
– cada camada passa dados e informações à camada
imediatamente inferior
• Entre duas camadas adjascentes existe uma
interface que define as primitivas e serviços que a
camada inferior oferece à superior
• A definição clara destas interfaces é fundamental
no isolamento entre camadas
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Camadas de protocolos
I like rabbits
mensagem
J'aime les
lapins
3
filósofo
2
1
L: holandês
Ik hou van
konijnen
Informação
para o tradutor
remoto
tradutor
L: holandês
Ik hou van
konijnen
Fax # --L: holandês
Ik hou van
konijnen
Informação para a
secretária remota
Fax # --L: holandês
Ik hou van
konijnen
secretária
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Camadas de Protocolos
B
C
Aplicação
Aplicação
Aplicação
Transporte
Transporte
Transporte
Rede
Rede
Rede
Enlace
Enlace
Enlace
Física
Física
Física
A
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