Instituto Federal de Minas Gerais

Campus Formiga

Tópico: Redes de ComputadoresComputadores

Introdução à ComputaçãoProf. Diego Mello

(diego.silva@ifmg.edu.br)

Redes de Computadores

• Uma rede de computadores é um grupo de computadores que usam um protocolo comum para trocar informações e compartilhar recursos.

• Recursos

– Impressão

– Pacotes de Software

– Armazenamento de dados

• Protocolo

– Regras e formato de mensagens trocadas na rede

Redes de Computadores

• Computadores?!?

– Estações de trabalho, Servidores,

– PDAs, Smartphones, celulares, Tablets

– Aparelhos de TV

– Sensores, Rastreadores, Webcams

– Equipamentos industriais (PLCs, etc)

– Automóveis e outros

Hospedeiros(Hosts)

ouSistemas Finais

Classificação quanto ao tamanho

• LAN (Local Area Network): uma pequena rede que conecta computadores na mesma sala, andar, edifício ou complexo de edifícios.– Casa, escritório, etc.

• WAN (Wide Area Network): redes que cobrem uma grande • WAN (Wide Area Network): redes que cobrem uma grande distância geográfica– Estados, países, continentes, etc

• MAN (Metropolitan Area Network): Dimensões entre uma LAN e uma WAN. – Fornecem conectividade para as LANs em uma região metropolitana,

e as conectam com redes maiores.– Cidades, departamentos de um campus

Classificação quanto à topologia

• Máquinas conectadas em uma linha de comunicação comum, o barramento.

• Popularizou-se na década de 90 (advento da Ethernet)

• Computador central serve aos demais (década de 70)

• Popular em redes sem fio• Access Point é o ponto focal• AP coordena a comunicação

Fonte: Adaptado de [3]

Protocolo• É uma descrição formal do formato das mensagens e

regras que as máquinas na rede usam para trocar mensagens.

• É por meio de protocolos que diferentes dispositivos conseguem comunicar entre sí, independente da tecnologia ou plataforma.conseguem comunicar entre sí, independente da tecnologia ou plataforma.

• IETF (Internet Engineering Task Force) define os padrões de protocolo através de RFCs (Request for Comments)– RFC 793: TCP, RFC 2616: HTTP, RFC 791: IP, ...

• IEEE 802 LAN/MAN Standards Committe– Ethernet, WiFi Sem Fio, ...

Protocolo

Fonte: Adaptado de [1]

Conectividade• Sistemas finais são conectados entre sí por enlances

(links) e comutadores de pacotes.

• Enlaces comuns:– Cabos coaxiais

– Par de fios de cobre trançados

Diferentes tipos de enlace

– Par de fios de cobre trançados

– Fibras ópticas

– Ondas de rádio

• Comutadores– Switches (periferia e núcleo da rede)

– Roteadores (núcleo da rede)

de enlace

Diferentes taxas de transmissão

Switches

• Dispositivo que permite interconectar muitos barramentos,

criando uma única rede com os mesmos protocolos.

• Minimiza o tráfego: replica msg. apenas aos que interessam.

Switch conectando múltiplos barramentos. Fonte: Adaptado de [3]

Roteadores• Computadores de propósito especial usados para passar

mensagens adiante e rotear pacotes.

• Faz o enlace entre redes com características diferentes.

Roteadores conectando 2 redes Wifi e 1 Ethernet. Fonte: Adaptador de [3]

Internet

• Surgiu de projetos de pesquisa nos primórdios de 1960 (Projeto ARPANET)– Habilidade de conectar uma variedades de rede de

computadores tal que eles funcionassem como sistemas conectados que não fossem interrompidos por desastres locais.

Fon

te: Fo

nte: Th

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Mu

seum

Internet

• Hoje: rede mundial que conecta milhões de dispositivos ao redor do mundo

– Combinação de LANs, WANs e MANs

• Estimativa 2008: Cerca de 600 milhões de sistemas finais conectados (Fonte: [1]).

Arquitetura da Internet

• Provedores de Serviço da Internet (ISP)– Rede de comutadores de pacotes + enlaces

• ISP Residenciais– TV a cabo– Telefonia

• ISP Corporativos

• ISP de Universidades

• ISP para acesso sem fio em aeroportos, cafés, locais públicos

Arquitetura da Internet

• ISPs provêem aos sistemas finais acesso à internet– Modem discado 56 Kbps

– Banda larga coaxial ou DSL (linha digital de assinante)

– LAN de alta velocidade

– Acesso sem fio– Acesso sem fio

• ISPs fornecem acesso a provedores de conteúdo– Sites WEB conectados na Internet

• ISPs se conectam entre sí para prover conexão aos sistemas finais

Arquitetura da Internet

• ISPs de nível mais baixo se conectam em ISPs de nível mais alto (nacionais e internacionais)

• Cada ISP é gerenciado de forma independente– Protocolo IP (Internet Protocol)– Convenção de nomes e endereços– Convenção de nomes e endereços

• Sistemas finais, comutadores e outros dispositivos executam protocolos para controlar o envio e recepção de mensagens– IP (Internet Protocol)– TCP (Transmission Control Protocol)– HTTP (Hypertext Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer

Protocol)

Composição da Internet

WANs Internacionais de alta-capacidade e velocidade. AT&T, Telefonica, France Telecom, ....

ISPs Regionais.

Fonte: Adaptado de [3]

ISPs Regionais.

Núcleo da internet. UOL, UAI, AOL, Cabo, etc...

Componentes da Internet

comutadoresmóvel

Torre telefonia

servidores

modem

Estação-base

Sistema final

Fonte: Adaptado de [1]

Protocolos da Internet

TCP, UDP, ...

HTTP, SMTP, Telnet, ...

Fonte: Adaptado de [3]

Ethernet,802.11, PPP, ...

IP, ICMP, ...

Camada de Aplicação

• API (Application ProgramInterface)– Sockets: aplic -> transp

– Acesso a pilha de protocolos

• Arquiteturas– Cliente-Servidor

Ponto a Ponto– Ponto a Ponto

Fonte: Adaptado de [1]

Comunicação Interprocessos

Servidor de Impressão

Cliente que enviam um pedido de impressão

Fonte: Adaptado de [3]

impressão

Pontos provêem e recebem serviços uns dos outros

Camada de Transporte• Comunicação Fim-a-Fim entre

processos– Implementado nos sistemas

finais (periferia da rede)

• (UDP/TCP) Mux/Demux– Portas

• (UDP/TCP) Integridade– Verificação de erros

• (TCP) Transferência confiável– Controle de fluxo– Números seqüência– Reconhecimentos– Timers

• (TCP) Contr. CongestionamentoFonte: Adaptado de [1]

Periferia da Rede

• TCP: Orientado a Conexão– Apresentação Mútua

– Transporte confiável

– Controle de fluxo

– Controle de congestionamento

– Byte stream

Fonte: Adaptado de [1]

• UDP: Não Orientado para Conexão– Sem apresentação

– Sem controle de fluxo

– Sem controle de congestionamento

Camada de Rede• Comunicação host a host

– Núcleo da rede

• Repasse de mensagens– Transferência de dados do

enlace de entrada para o enlace de saídaenlace de saída

• Roteamento de mensagens– Transferência de dados de

rede em rede

– Mensagens passam por diversas redes (ISP a ISP) até atingir o destino

Fonte: Adaptado de [1]

Núcleo da Rede

• Comutação de Circuitos

– Recursos reservados durante a seção

• Buffers

• Taxa de transmissão/enlace

– Ex: Telefonia– Ex: Telefonia

• Comutação de Pacotes

– Recursos usados sob demanda

• Fila

– Ex: Internet

Fonte: Adaptado de [1]

Comutação por Circuitos• Cada enlace, n circuitos

– n conexões simultâneas

• Reserva de banda durante a conexão– Taxa garantida: 1/n

• Conexão Fim a Fim Dedicada

• Multiplexação– Por Tempo (TDM)

– Por Frequência (FDM)

• Desperdício de recursoFonte: Adaptado de [1]

Comutação por pacotes• Armazena-e-reenvia

– Armazena antes de retransmitir

– Atraso de armazen./enlace

• Uma fila de saída/enlace– Atrasos de fila no buffer

– Congestionamento– Congestionamento

• Espaço finito no buffer– Perda de pacotes

• Atrasos fim-a-fim variáveis

• Melhor compartilhamento de banda

Fonte: Adaptado de [1]

Roteamento

Fonte: Adaptado de [1]

Camada de Enlace• Adaptador de Rede

– Enviar a receber streamingde bits no meio físico

• Serviços– Enquadramento– Enquadramento

– Acesso ao meio (MAC)

– Entrega confiável

– Controle de fluxo

– Detecção de erros

– Correção de erros

– Half-Duplex/Full-Duplex

Fonte: Adaptado de [1]

Protocolos da Internet

Dois sistemas finais de uma LAN usando FTP. Fonte: Adaptado de [4]

Protocolos da Internet

Duas redes conectadas por um roteadores. Fonte: Adaptado de [4]

Encapsulamento

Encapsulamento na pilha de protocolo. Fonte: Adaptado de [4]

Pilha de Protocolos

Alguns dos inúmeros protocolos da Internet. Fonte: Adaptado de [4]

A Internet e Serviços• Internet pode ser vista como uma infraestrutura que provê

serviços à aplicações distribuídas– Correio eletrônico– Navegação na WEB– Mensagens Instantâneas– Voz sobre IP– Compartilhamento de arquivos P2P– Compartilhamento de arquivos P2P– Acesso Remoto– Streaming de vídeo

• Aplicações da Internet são, em geral, executadas em sistemas finais– Aplicações distribuídas: cliente e servidor interagem enviando

mensagens pela rede– Roteadores, enlaces e outros funcionam como `caixa-preta’,

transferindo mensagens entre os componentes distribuídos.

Aplicações: Correio Eletrônico• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

– Envia nova mensagem do remetente para o destinatário

• POP3 (Post Office Protocol 3)– Baixa as mensagens localmente para o computador para que

possa ser armazenada, lida e editadapossa ser armazenada, lida e editada

• IMAP (Internet Mail Access Protocol)– Permite manipular e editar mensagens local e no servidor

Fon

te: A

dap

tad

o d

e [1

]

Aplicação: Transferência de Arquivo

• FTP (File Transfer Protocol): protocolo que permite a transferência de arquivos na internet

• Aplicação cliente conecta-se no servidor, mediante autenticação

• Upload e Download de arquivos entre os dois sistemas finais

Fonte: Adaptado de [1]

Aplicação: Telnet e Secure Shell

• Um dos primeiros usos da internet foi permitir que seus usuários se conectassem remotamente em computadores localizados à grandes distâncias

• Telnet• Telnet– Conecta-se a um servidor telnet remoto e faz login no sistema

operacional . Uma vez logado, tem acesso às aplicações do computador remoto.

• Secure Shell (SSH)– Idem ao Telnet, porém possui autenticação e encriptação

durante a transferência de dados.

Aplicação: World Wide Web (WWW)

• Web: Teia global que permite acessar hipertextos através de aplicativos denominados de navegadores

• Sistema de documentos em hipermídia interligados e executados na internet

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Especifica como o navegador e o servidor Web se comunicam para baixar o conteúdo

Fon

te: Ad

aptad

o d

e [1]

Aplicação: Outros Exemplos

• VPN (Virtual Private Network)

– Conectam usuários individuais a redes remotas

– `Tunelam’ as informações criptografadas para acesso remoto à uma rede privada

• SNMP (Simple Network Management Protocol)

– Encontrar e resolver problemas em dispositivos de rede

– GET, SET, TRAP

Ementa: Redes de Computadores no IFMG Formiga

• Arquitetura da Internet

• Modelo de Referência TCP/IP e seus Protocolos

• Protocolos de Aplicação, Transporte e Rede

• Programação em sockets• Programação em sockets

• Protocolo de Acesso Múltiplo

• Tecnologias Ethernet e Rede sem Fio

• Visão Geral sobre Telefonia IP

Pesquisa em Redes

• Gerenciamento e Segurança em Redes (UFRGS)

• Engenharia de Transmissão de Informações (UFRGS)

• Qualidade de Serviço (UFRGS)

• Aplicações Avançadas em Redes (Voip, P2P)(UFRGS)

• Avaliação de Desempenho (UFRGS)

• Algoritmos e Métricas de Roteamento (UFF)

• Mobilidade, Escalabilidade e Conservação de Energia em Redes Malha Sem Fio (UFF)

• Redes Multimídia (UFF)

Pesquisa em Redes

• Roteamento e Infraestrutura (UFLA)

• Computação Móvel (UFMG)

• Engenharia de Tráfego e Qualidade de Serviço (UFMG)(UFMG)

• Redes de Sensores sem Fio (UFMG)

• Gerenciamento de Redes de Computadores e Telecom (UFMG)

Referências

• [1] Kurose, J. Ross, K. Redes de Computadores e a Internet – Uma abordagem Top-Down. 3ª. Edição. Pearson Addison-Wesley. ISBN: 978-85-88639-18-8.

• [2] Reynolds, C, Tymann, P. Principles of ComputerScience. Schaum’s Outline Series. McGrall Hill. ISBN: Science. Schaum’s Outline Series. McGrall Hill. ISBN: 0071460519.

• [3] Brookshear, J. G. Computer Science – An Overview. Addison Wesley. ISBN: 0-13-256903-5

• [4] Stevens, W. R., TCP/IP Illustrated – Volume 1: TheProtocols. Addison Wesley. ISBN: 0201633469

Referências

• [4] PPGCC UFRGS. Disponível em: http://ppgc.inf.ufrgs.br/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=53&Itemid=89. Acessado em Set/2012.

• [5] Pos Graduação UFF. Disponível em: • [5] Pos Graduação UFF. Disponível em: http://www.ic.uff.br/PosGraduacao/redes_de_comp_e_sist_dist_e_paralelos.php. Acessado em Set/2012

• [6] PRPG UFLA. Disponível em: http://www.prpg.ufla.br/ppg/computacao/index.php?id=8. Acessado em Set/2012

Referências

• [7] Grupo de Redes e Telecom UFMG. Disponível em: http://www.dcc.ufmg.br/pos/pesquisa/gruposdet.php?numaut=11. Acessado em Set/2012.