Redes de Processamento e Comunicao de Dados - RTPProf. Luiz Paulo Maia LPmaia@ism.com.brLPmaia@training.com.brPUC-Rio Departamento de InformticaCoordenao Central de Cursos de Extenso (CCE)Ps-Graduao em Anlise, Projeto e Gerncia de Sistemas (APGS)

Currculo do ProfessorMestre em Informtica pela UFRJ/NCE, graduado em Informtica pela PUC-Rio e ps-graduado em Marketing pela mesma instituioDiretor da Training TecnologiaPossui mais de 15 anos de experincia em informticaEx-professor da PUC-Rio, professor da FGV e IBMECCo-autor do livro Arquitetura de Sistemas Operacionais (LTC, 1997)Palestrante de diversos eventos e ex-membro do conselho da FenasoftArticulista de vrias publicaes

Objetivos do CursoConhecer os conceitos bsicos sobre tecnologias de redes de computadoresSaber escolher estratgias, tcnicas e ferramentas apropriadas para o desenvolvimento de sistemas de informao que utilizem redes de computadores

Ementa do CursoConceitos BsicosServios de RedeTopologias Modelo ISO-OSI x InternetTransmisso de InformaoMeios Fsicos de TransmissoCamadas, Protocolos e Servios

Redes Locais (LANs)Redes Distribudas (WANs)Redes Wireless Sistemas Operacionais de RedesModelo Cliente-ServidorArquitetura de Aplicaes WebSegurana em Redes de Computadores

Referncias[Comer, 2000] - Internetworking with TCP/IP, Douglas Comer, Prentice Hall, 2000[Soares, 1995] - Redes de Computadores: LANs, MANs e WANs s Redes ATM, Soares, L.F.G., Lemos, G. e Colcher, S., Campus, 1995[Stallings, 1999] - Data and Computer Communications, William Stallings, Prentice Hall, 1999[Stallings, 2000] - Business Data Communications, William Stallings, Prentice Hall, 2000[Tanenbaum, 1996] - Computer Networks, Andrew S. Tanenbaum, Prentice Hall, 1996

RefernciasNetwork Computing www.networkcomputing.comNetwork Computing Brasil www.networkcomputing.com.brCisco IP Journal www.cisco.com/ipjEarthWeb networking.earthweb.comPlanet IT www.planetit.com/techcenters/networksTele.com Brasil www.telepontocom.com.brTelecom Online www.telecomonline.com.br

Material de ApoioAs transparncias do curso sero colocadas para download no Yahoo GroupsInscriortp-2002-1-subscribe@yahoogroups.comEnviar uma mensagemrtp-2002-1@yahoogroups.comPgina do cursohttp://groups.yahoo.com/group/rtp-2002-1Download de arquivoshttp://groups.yahoo.com/group/rtp-2002-1/files

CalendrioTurma AAulas quinta de 19:00 s 20:30 e sexta de 19:00 s 22:00Turma BAulas tera de 19:00 s 22:00 e quinta de 20:30 s 22:00

Critrio de AvaliaoPresena em 75% das aulasProvasP1 e P2Mdia = (P1 + 2*P2) / 3 P3 apenas para os alunos que puderem justificar a falta na P1 ou P2P3 ser oralTrabalho opcionalTema definido com o professorLevantamento de referncias, preparao de um resumo, avaliao do resumo e apresentao da verso finalNo recomendado para os alunos em projeto finalEntrega no final do perodoConsiderado na nota da P2

Conceitos BsicosRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

Histrico: 1960Processamento batchSistemas de tempo compartilhado (time-sharing)Sistemas on-line (interativos), utilizando terminaisNo final de 1960, surge a primeira rede de pacotes, conhecida como ARPAnet, com 4 ns

Histrico: 1970So desenvolvidos o protocolo NCP (Network Control Protocol) e o primeiro software de email (1972)Surgem outras redes de pacotes: ALOHAnet, Telenet, Tymnet e TranspacSurgem os minicomputadores e os primeiros microcomputadoresRobert Metcalfe desenvolve o EthernetVrias empresas desenvolvem seus prprios protocolos de rede: DECnet (Digital), XNS (Xerox) e SNA (IBM)No final de 1970, 200 hosts estavam conectados ARPAnet

Histrico: 1980O TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol) substitui o NCP (1983)O TCP/IP passa a ser suportado por sistemas UnixAs redes distribudas (WANs) se consolidam e surgem os primeiros sistemas operacionais de redeSurgem os sistemas distribudosNo final de 1980, 100.000 hosts estavam conectados ARPAnet

Histrico: 1990A ARPAnet deixa de existir e surge a InternetSurge o primeiro provedor de acesso (Internet Service Provider ISP) e o NSFNET libera o trfego comercial (1991)Tim Berners-Lee desenvolve o World Wide Web (WWW): HTML, HTTP, web server e o browserMarc Andreesen desenvolve o MosaicTodos os sistemas operacionais passam a dar suporte ao TCP/IPNo final de 1990, 2 milhes de servidores Web estavam conectados Internet

Histrico: 2000Convergncia voz e dadosRedes sem fio (wireless)Broadband: som e vdeoRedes de alta velocidade: ATM e Frame RelaySegurana

IntroduoUma rede de computadores permite que dois ou mais sistemas computacionais troquem informaes, utilizando algum meio de comunicaoUm sistema computacional pode ser, por exemplo, um PDA (Personal Digital Assistant), notebook, microcomputador, impressora, servidor, mainframe ou um supercomputadorO termo sistema computacional no nico: n (node), host, computador, estao etc.Um meio de comunicao permite a transmisso dos dados, incluindo os enlaces fsicos e sistemas intermedirios

Introduo

VantagensCompartilhamento de recursos e conseqente reduo de custosCompartilhamento de informaes e conseqente melhoria da comunicaoAumento no desempenho de aplicaes paralelas e/ou distribudasAlta disponibilidadeMaior escalabilidadeBalanceamento de carga

Alta DisponibilidadeCliente 1Cliente 2Cliente 3Servidor 1Servidor 2BD

Alta DisponibilidadeCliente 1Cliente 2Cliente 3Servidor 1Servidor 2BD

Tipos de RedesRedes Locais (LANs)Redes Metropolitanas (MANs)Redes Distribudas (WANs)

Redes LocaisUma rede local (Local Area Network LAN) um conjunto de sistemas computacionais interconectados em uma rea limitada, como uma sala, prdio ou campusAlta taxa de transmisso da ordem de Mbps (Megabits/seg) ou Gbps (Gigabits/seg)Baixas taxas de erro na transmisso (10-8 a 10-11)O meio de transmisso privado

Redes LocaisExemplos:Ethernet (a)Token Ring (b)

Redes MetropolitanasUma rede metropolitana (Metropolitan Area Network MAN) pode ser entendida como uma rede local estendida, interconectando prdios ou escritrios em uma cidadeAlta taxa de transmisso da ordem de Mbps (Megabits/seg)Baixa taxa de erro na transmissoO meio de transmisso geralmente pblicoExemplo:Distributed Queue Dual Bus

Redes DistribudasUma rede distribuda (Wide Area Network WAN) permite conectar sistemas ou redes locais geograficamente distantes, como em um estado ou pasAs taxas de transmisso so, geralmente da ordem de Kbps (Kilobits/seg), mas podem chegar a Mbps (Megabits/seg) As taxas de erros na transmisso so maiores que nas LANs e MANsOs meios de transmisso so geralmente pblicosExemplos:X.25Internet

Resumo

Principais ConceitosMeios de transmissoTopologiasInterfacesProtocolosServios

Principais ConceitosMeios de transmisso so os enlaces fsicos que permitem conectar os sistemas computacionais ao sistema de comunicaoDefinem a velocidade da transmisso, taxa de erros, distncias mximas entre os componentes da rede etc.Exemplos: par telefnico, fibra ptica, micro-ondas, satlite etc.

Principais ConceitosUma topologia de rede define como os vrios sistemas computacionais esto conectadosDefine o desempenho da rede, a confiabilidade, custo etc.Exemplos: barra, estrela, anel, totalmente ligada etc.

Principais ConceitosA interface permite conectar o sistema computacional ao sistema de comunicaoDefinem as caractersticas mais bsicas da comunicao, como pinagem, voltagem, sincronizao, tratamento de erros etc.Exemplos: placa de rede, modem, antena etc.

Principais ConceitosUm protocolo define um conjunto de regras que permitem que os sistemas computacionais envolvidos troquem informaesDefinem os mecanismos de tratamento de erros, o controle de acesso ao meio, tamanho da informao, encaminhamento da mensagem etc.Exemplos: Ethernet, TCP/IP, HDLC, HTTP etc.

Principais ConceitosUm servio uma funcionalidade da rede disponvel para seus usurios e aplicaesEsconde os detalhes da comunicao, sendo transparente para usurios e aplicaesExemplos: Web, envio e recebimento de emails, traduo de nomes, replicao, servios de arquivo e impresso, transferncia de arquivos, emulao de terminal, banco de dados distribudos, videoconferncia, gerncia remota etc.

Principais ConceitosExemplo 1Servio: conversa tefnicaProtocolo: portugus e educaoInterface: telefoneTopologia: tefefonia pblicaMeio fsico: par tranado

Principais ConceitosExemplo 2Servio: WebProtocolo: HTTP, TCP/IP, PPP etc.Interface: modemTopologia: tefefonia pblicaMeio fsico: par tranado

Parmetros de ComparaoTipo da aplicao Custos: instalao, operao e manutenoDesempenhoRetardo: retardo de acesso + retardo de transmisso = retardo de transfernciaVelocidadeDisponibilidade e confiabilidadeEscalabilidade e modularidadePadronizao e compatibilidadeTendncia da tecnologia

Orgos de PadronizaoExistem para criar, definir e desenvolver padres que devem ser seguidos pela indstriaSo formados por entidades de classe, governos, usurios, fabricantes etc.Padres de factoPC, TCP/IPPadres de jureOSIExemplos: ITU (antigo CCITT), ISO, ANSI, IEEE, ABNT

Orgos na InternetInternet Research Task Force (IRTF)www.irtf.orgInternet Engineering Task Force (IETF)www.ietf.orgInternet Architecture Board (IAB)www.iab.orgInternet Societywww.isoc.orgRequest for Comments (RFCs)www.ietf.org/rfc.html

Referncias[Soares, 1995] Cap. 1[Tanenbaum, 1996] Cap. 1A Brief History of Computer Networking and the Internet em: ain.knu.ac.kr/CourseWork/DOS/curose/introduction/history.htm

TopologiasRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

IntroduoUma topologia de rede define como os vrios sistemas computacionais esto fisicamente interconectadosDependendo do tipo de rede (LAN, MAN ou WAN) existir uma ou mais topologias adequadas

Tipos de LigaesLigaes ponto-a-pontoApenas dois sistemas esto conectados ao enlace fsico, um a cada extremidade Geralmente utilizadas em WANsLigaes multipontoVrios sistemas compartilham o mesmo meio de transmissoGeralmente utilizadas em LANs e MANsPonto-a-pontoMultiponto

Ligaes Ponto-a-PontoEstrelaAnelrvoreAnis Totalmente ligadaParcialmente ligada

EstrelaPossui ponto central de falhaN central deve possuir grande poder de processamentoN central pode tornar-se um gargaloPode ser custoso interligar todos os pontos ao n central

Totalmente LigadaNa topologia totalmente ligada os sistemas esto todos conectados entre si atravs um enlace fsico dedicado. Apesar da soluo ser tecnologicamente interessante, seu custo financeiro invivel, pois para uma rede de N estaes teramos N*(N-1)/2 conexes

AnelApesar da topologia em anel oferecer o menor nmero de conexes estre as estaes, ela possui dois grandes problemas:Baixo desempenhoBaixa confiabilidade

Parcialmente LigadaA topologia ideal para uma WAN deve oferecer um bom desempenho e confiabilidade (no serve a topologia em anel), alm de um custo aceitvel (no serve a topologia totalmente ligada). Topologia ideal seria a parcialmente ligada

ComutaoEm uma topologia parcialmente ligada, para que um sistema comunique-se com outro possvel que a informao seja encaminhada atravs de pontos intermedirios Comutao ou chaveamento (switching) define como a informao ser enviada pelos vrios pontos intermedirios do sistema de comunicaoExistem trs tipos: Comutao por circuitoComutao por mensagemComutao por pacote

Comutao por CircuitoA comutao por circuito estabelece um caminho de comunicao dedicado e exclusivo entre os sistemasEnvolve trs etapas: inicializao do circuito, transmisso da informao e desconexoO circuito fica alocado at ser desconectado, independente do usoSe o fluxo da transmisso dos dados no for contnuo e constante, a capacidade do meio fsico ser desperdiada Canais alocados com base na taxa de pico - ociosidade do canal quando a taxa for menor

Comutao por CircuitoRetardo de transmisso constante Taxa de transmisso garantida ao usurio no momento que ele estabelece o circuitoCusto correspondente a exclusividade de uso do canal O sistema de comunicao tem um limite mximo de conexesServio orientado conexoMuito utilizada no sistema telefnico

Comutao por Circuito

Comutao por MensagemNo existe um caminho dedicado e exclusivo para o envio da mensagemMelhor utilizao dos meios de transmissoA princpio no existe limite para o nmero de mensagens simultneasCada n intermedirio recebe, armazena e reencaminha a mensagem (store-and-forward)As mensagens recebidas so armazenas em alguma memria (primrio ou secundrio) e depois reencaminhas Uma mensagem pode ter que esperar que todas as msgs anteriores sejam enviadas (FIFO)

Comutao por PacotesA mensagem dividida em pedaos menores chamados pacotesMenor capacidade de armazenamento nas estaes intermediriasReduz o tempo para enviar uma mensagemProcedimentos de recuperao de erros mais eficientesCada pacote precisa ter o endereo de destino para permitir o reencaminhamento (roteamento)

Comparao

Comparao

Perguntas

Respostas

Comutao por PacotesExistem dois tipos de servios:Servio orientado conexo ou circuito virtualGarante a entrega dos pacotesGarante a entrega na seqncia corretaAssemelha-se ao sistema telefnicoExemplo: TCPServio no-orientado conexo ou datagramaNo h garantias de entrega dos pacotes em seqncia e, muitas vezes, nem garantia de chegada de um pacote ao destino (datagrama no confivel)Grande vantagem do servio a sua simplicidade, deixando para as estaes destino o controle de erro, seqncia e fluxo Assemelha-se ao sistema postalExemplos: IP e UDP

Ligaes MultipontoBarramentoSatlite ou RdioAnel

Ligaes MultipontoAs topologias mais indicadas para redes LAN so barra, anel e rdio e WAN satliteNo modelo de redes multiponto, as estaes se comunicam atravs de unicast, multicast e broadcastComo todos os sistemas computacionais compartilham o mesmo meio de transmisso, as estaes comunicam-se sem conflito atravs de algum protocolo de controle de acesso ao meio, como o CSMA-CD utilizado em redes EthernetAs topologias sem fio (rdio e satlite) apresentam o maior risco de segurana

Parmetros de EscolhaCustoDesempenhoConfiabilidadeModularizaoEscalabilidade

Referncias[Soares, 1995] Cap. 2 e Cap. 3[Tanenbaum, 1996] Cap. 1 e Cap. 2

Modelo de Camadas Redes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

Modelo ISO/OSIInterconexo de sistemas computacionais de fabricantes diferentesNecessidade de padronizao das redes de comunicaoCom esse objetivo a ISO (International Standards Organization) definiu em 1977 um Modelo de Referncia OSI (Open System Interconnection)

DiretivasA idia :esquema conceitual que permita o trabalho de forma produtiva e independente no desenvolvimento de padresS DIZ O QUE FAZER E NO COMO FAZERA idia NO :servir como especificao para implementaoser base para conformar implementaes j existentesfornecer nveis de detalhes suficiente para a definio precisa dos servios e protocolos da arquitetura proposta

VantagensIsolar funes e reduzir a complexidade Padronizar as interfacesFacilitar o desenvolvimento e depuraoPermite conectar sistemas sistemas abertos (independente de fabricante)Acelerar a evoluoSimplificar o ensino e o aprendizado

Modelo de Camadas

DesvantagensCarga extra de processamento para comunicao - necessrio introduzir informaes de controle (prefixos e sufixos) na formao dos "envelopes" de dados associados a cada camada- informao processada e transmitidaPode existir duplicao de funes entre camadas - ex. gerenciamento de buffers, tratamento erro, controle de fluxo etc.Relativa dificuldade e ineficincia de implementao - muitas aplicaes demandam protocolos especficos mais fcil implementar em nico nvel

Camada FsicaResponsvel pela transmisso dos bitsRepresentao dos bits (nvel eltrico, durao do sinal, codificao)Mecnica dos conectores e funo de cada circuito do conectorIncio e trmino da conexoSincronizao (sncrona e assncrona)Deteco e tratamento de errosCompressoEx: EIA-232-F (antigo RS-232), ITU X.21, V.90

Camada de EnlaceTransformar o meio de comunicao bruto numa linha livre de erros de transmissoDiviso dos dados em frames (framing)Controle de fluxoControle de acesso ao meio em redes locaisDeteco e correo de errosEx: IEEE 802, FDDI, SLIP/PPP, HDLC, LAPB, LAPD, LAPF

Camada de RedeTrata do roteamento dos pacotes da origem at o destinoEndereamento e sub-endereamentoServios orientados a conexo e no orientados a conexoTratamento dos problemas de trfego na rede (congestionamento)Contabilizao e tarifaoEx: X.25, IP, IPX

Camada de Rede

Camada de TransporteSegmentao e blocagemServios orientados a conexo e no orientados a conexoComunicao fim-a-fim Trmino e criao de conexesDeteco e correo de erro fim-a-fimControle de fluxo fim-a-fimQualidade do servio (QoS)Ex: TCP, UDP, SPX, NetBEUI

Camada de SessoPermite que aplicaes em diferentes mquinas estabeleam uma sesso entre siInterface com o sistema operacional na criao e eliminao de processosGerncia o controle de dilogos, permitindo a conversaoSincronizao do dilogo (ex: transferncia de arquivos)Ex: NetBIOS

Camada de ApresentaoRepresentao da informao: sintaxe e semnticaConverso de cdigos de caracteres (EBCDIC, ASCII, etc.)Compresso e criptografiaCodificao de inteiro, ponto flutuante, etc.Ex: ANS.1

Camada de AplicaoDefine uma variedade de protocolos necessrios comunicao propriamente ditaTerminal virtual, transferncia de arquivos, correio eletrnico, Web, traduo de nomes Ex: FTAM, CMIP, X.500, FTP, DNS, HTTP, SMTP, Telnet

Encapsulamento de Dados

Modelo OSI x TCP/IP

Protocolos TCP/IP

Crticas ao Modelo OSITiming OSI x TCP/IPComplexidade do modeloImplementao difcil e lentaPolticos x comunidade Internet

Modelo de Cinco CamadasAdotaremos um modelo intermedirio que no ser o modelo OSI de sete camadas nem o modelo Internet de quatro camadas

Referncias[Soares, 1995] Cap. 5[Tanenbaum, 1996] Cap. 1

Camada FsicaRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

IntroduoTransmisso de dadosProblemas na transmissoCapacidade de transmissoModos de transmissoTipos de transmissoMultiplexaoTcnicas de transmissoSincronizaoMeios de transmisso

Transmisso de DadosA comunicao de dados pode ser definida como a troca de informaes entre um emissor (origem) e um receptor (destino) atravs de um meio de transmissoEmissorReceptorMeio de transmisso

Tipos de SinaisSinal analgicoSinal digital

Sinal AnalgicoO sinal analgico varia continuamente em funo do tempo. Uma onda senoidal um exemplo de sinal analgico+A-ATempoPerodo

Sinal AnalgicoAmplitude a intensidade do sinal em um dado instante, sendo medida em volts (V)Freqncia o nmero de vezes por segundo que o perodo se repete. A freqncia medida em ciclos por segundo ou Hertz (Hz)Fase a inclinao do sinal em um dado instante, podendo variar de 0 at 360 grausEx: sinal de luz, sinais sonoros

Faixas de Freqncias

Sinal DigitalO sinal digital varia discretamente em funo do tempo. Uma onda quadrada um exemplo de sinal digital+A-ATempoPerodo

Sinalizao Analgica

Sinalizao Digital

Sinalizao AnalgicaA transmisso analgica de informaes digitais necessita de um processo de converso de sinalEx: transmisso de dados de um computador utilizando a linha telefnica e um modemO processo de converso/desconverso chamado de modulao/demodulao, sendo realizado por um modemA modulao um processo pelo qual uma informao incorporada a uma onda portadora pela modificao de uma ou mais de suas caractersticas (amplitude, frequncia ou fase)

ModulaoAmplitude Modulation - AMFrequency Modulation - FMPhase Modulation - PM

Problemas na TransmissoDurante uma transmisso possvel que ocorram problemas de distoro de sinais que no permitam ao receptor compreender corretamente o dado enviadoAtenuao do sinalRudosEcos

Atenuao do SinalAtenuao do sinal a perda de potncia do sinal em funo das caractersticas do meio fsico que funciona como um filtroOcorre independente do tipo de sinal: analgico ou digitalOndas quadradas, como as que representam sinais binrios, so mais afetadas por problemas de atenuao quando transmitidas, por exemplo, em um canal de vozAmplificadores permitem aumentar o sinal analgico atenuado, porm tambm amplificam o rudoRegeneradores ou repetidores permitem reconstituir um sinal digital atenuado e reencaminh-lo

RudosRudos so sinais indesejveis que afetam a comunicao, geralmente gerados por caractersticas do meio fsico ou fatores externos ao meioA quantidade de rudo em uma transmisso medida a partir da razo entre potncia do sinal (S) e a potncia do rudo (R), tambm chamada de relao sinal-rudo, sendo medida em decibel (db)RSRdb = 10 log10 (S/R)Por exemplo, uma relao sinal-rudo de 1000 equivale a 30 db

Rudos

RudosRudo trmico ou rudo branco conseqncia da agitao dos eltrons do meio fsico, estando presente em todos os meios de transmissoRudo de intermodulao ocorre quando sinais de diferentes feqncias compartilham o mesmo meio fsico, como na multiplexao por freqncia. Este tipo de rudo ocorre quando existe algum dispositivo defeituoso ou devido a sinais de alta potnciaCrostalk a interferncia gerada pela proximidade de dois meios de transmisso, como pares telefnicos na rede de telefonia (linha cruzada)

RudosRudos impulsivos so gerados por fatores externos, como distrbios eletromagnticos e falhas em equipementosEste tipo de rudo ocorre de forma imprevisvel e inconstante, diferente dos outros tipos de rudosNa transmisso analgica, como na comunicao telefnica, rudos impulsivos no comprometem a comunicaoNa transmisso digital este tipo de rudo a maior causa de erros de comunicao

EcosEcos so conseqncia da reflexo do sinal no meio de transmissoPode distorcer os sinais transmitidosExistem supressores de ecos podem ser colocados em pontos especficos da rede para evitar este problema

Capacidade de TransmissoLargura de faixa ou largura de banda indica o nmero de freqncias que uma determinada linha suportaA LF (W) calculada como a diferena entre o limite inferior (LI) e superior (LS) da banda passanteW = LS - LIEx: o som audvel por ns est na faixa entre 30 Hz e 18.000 Hz. Um meio com LF de 17.970 Hz seria suficiente. As empresas de telefonia oferecem um meio na faixa entre 300 Hz e 3.300 Hz, ou seja, LF de 3.000 HzTeorema de Nyquist: a capacidade mxima (CM) de transmisso de um canal com largura de faixa de W Hz, na ausncia de rudosCM = 2W bpsEx: Em um canal com LF de 3.000 Hz pode-se teoricamente transmitir no mximo 6.000 bps

Modulao Multinvel possvel alterar as caractersticas da portadora para representar mais de um bit por estadoQuatro nveis = 2 bits (dibit) por estado = 12.000 bpsOito nveis = 3 bits (tribit) por estado = 18.000 bpsCM = 2W log2 L bps, onde L o nmero de nveis da codificao

Capacidade de TransmissoLei de Shannon: a capacidade mxima (CM) de transmisso de um canal com largura de faixa de W Hz e relao sinal-rudo S/R:CM = W log2 (1+S/R) bpsEx: Um meio com LF de 3000 Hz e relao sinal-rudo de 30 dB pode suportar algo em torno de 30.000 bpsA Lei de Shannon apenas considera rudos do tipo trmico, no considerando outros tipos de rudos, atenuaes e ecosDesta forma, a frmula apresenta um mximo terico que pode ser atingido, mas, na realidade, a CM de um canal est bem abaixo deste valor terico

QAMQAM (Quadrature Amplitude Modulation) a combinao de modulao por fase e amplitude ao mesmo tempoEste tipo de modulao utilizado nos padres V.32 (9.6 Kbps), V.32bis (14.4 Kbps) e V.34 (33.6 Kbps)

Padro V.90Modelo de transmisso assimtricoUpstream (sinal que sai do modem) segue o padro V.34 (33.6 Kbps)Downstream (sinal que chega no modem) segue o padro V.90 (56 Kbps)Assume que pelo menos uma das pontas est ligada a uma central digital, geralmente o provedor

Utiliza protocolos de compresso (MNP5 e V.42bis) e controle de erro (MNP4)

Camada FsicaContinuaoRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

MultiplexaoGeralmente, a banda passante do meio fsico maior que a banda passante necessrio para a transmisso do sinalAs tcnicas de multiplexao permitem o compartilhamento do mesmo meio de transmisso para o envio de diversos sinaisA multiplexao reduz os custos de comunicao, alm de utilizar de forma mais eficiente o meio de transmisso

MultiplexaoNeste caso, cada terminal est utilizando um canal de comunicao dedicadoCom a multiplexao, o mesmo canal de comunicao pode ser compartilhado entre osdiversos usurios

Multiplexao: FDMMultiplexao por diviso de freqnciaFrequency Division Multiplexing (FDM)A largura de faixa do canal de comunicao dividido em subfaixas (canais) e os sinais modulados de forma a serem enviados simultneamenteLargura suficiente para taxa transmisso de dados escolhidaPequena banda de frequncia entre cada uma desta novas bandas para minimizar a interferncia entre bandas adjacentes O sinal transmitido analgico, ou seja, se o dado digital deve ser convertido (modem)Tcnica normalmente utilizada pelas redes de comunicao do tipo banda larga (broadband)

Multiplexao: FDM

Multiplexao: FDMExemplos:Sistema telefnico analgico para a multiplexo de conversas telefnicasTransmisso de rdio AM, FM e TV abertaTransmisso de TV a cabo, onde cada canal um faixa de freqnciaMultiplexao em fibra ptica (Wavelength Division Multiplexing WDM)ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

DSLAs transmisses utilizando modem com padro V.90 esto limitadas a 56 Kbps, insuficiente para a transmisso am banda larga (broadband)

DSLDigital Subscriber Line (DSL) permite a transmisso de dados digitais, como vdeo, som e Internet, em linhas telefnicas comuns (par tranado) com elevadas taxas de transmissoPermite utilizar o antigo sistema telefnico de voz e simultneamente a transmisso de dadosExistem vrias implementaes de DSL, conhecidas com xDSL, como ADSL, RADSL, HDSL, VDSL, SDSL etc.As diversas implementaes diferem em velocidade mxima, simetria da transmisso e distncia mxima at a central telefnica

ADSLAsymmetric Digital Subscriber Line (ADSL) Assimtrico quer dizer que as taxas de upstream (16Kbps a 768Kbps) e downstream (64Kbps a 8.192Mbps) so diferentesExiste um canal de 20 KHz para voz (Plain Old Telephone Service POTS) Os canais de downstream e upstream podem ser subdivididos para a transmisso de diferentes tipos de dadosUtiliza a multiplexao por diviso de freqncia (FDM)

ADSLUtiliza a tcnica de modulao Discrete Muiti-Tone (DMT)Divide os canais de downstream e upstream em N subcanais, chamados de tone, com pequena largura de faixa (4 KHz)Cada tone modulado em multi-nvel, utilizando QAM, sendo que o nmero de nveis varia (2 a 15) em funo da qualidade do toneDependendo da qualidade possvel transmitir 60 Kbps por tone256 tones para downstream permitem transmitir 15.36 MbpsNa prtica, por questes de distncia e qualidade da linha, permite downstream de 1.5 a 9 Mbps

Multiplexao: TDMMultiplexao por diviso de tempoTime Division Multiplexing (TDM)O meio de transmisso utilizado em um esquema semelhante aos sistemas time-sharing. Cada transmissor utiliza toda a LF para a transmisso por um pequeno intervalo de tempoServe apenas para a transmisso de dados digitais, logo exige converso analgico-digital para dados analgico. A tcnica mais utilizada conhecida como PCM (Pulse Code Modulation)TDM Sncrono (STDM): os intervalos de tempo (frames) so fixosTDM Assncrono (ATDM) ou estatstico: os intervalos de tempo so alocados dinamicamente em funo da necessidade de cada transmissor

Multiplexao: TDM

Multiplexao: TDMExemplos:Sistema telefnico digital (SONET)ISDN (Integrated Services Digital Network)Internet a caboRedes locais multiponto

Modos de TransmissoDependendo da direo da transmisso de dados, podemos definir a comunicao como:SimplexHalf-duplexFull-duplexSimplexHalf-duplexFull-duplex

Modos de TransmissoNo modo de transmisso simplex a transmisso ocorre sempre em um nico sentidoEx: rdio e TVSimplex

Modos de TransmissoNo modo half-duplex a comunicao pode ocorrer nos dois sentidos, mas de forma no simultnea, ou seja, a comunicao se d em uma direo de cada vezEx: walk-talkHalf-duplex

Modos de TransmissoNo modo full-duplex a comunicao ocorre nos dois sentidos simultneamenteEx: conversa telefnica, comunicao entre sistemas computacionaisFull-duplex

Tipos de TransmissoDependendo da forma como os bits so enviados da origem para o destino, podemos classificar a transmisso como:SerialParalela

Tcnicas de TransmissoExistem duas tcnicas de transmisso: banda larga (broadband) e banda base (baseband)Na sinalizao em banda bsica o sinal simplesmente colocado na rede sem nenhum tipo de modulaoA sinalizao em banda bsica ou sinalizao digital, todo o espectro (banda) de freqncia do meio utilizado para produzir o sinalNo necessita de modem e possibilita a transmisso em alta velocidade - para transmisso a longas distncia certas precaues devem ser tomadasA tcnica no adequada a circuitos que esto sujeitos a rudos, interferncias e erros aleatrios Utilizado em ambientes de rede locais, como EthernetEmprega normalmente a tcnica de multiplexao por tempo (TDM) e em rede locais a multiplexao ocorre mais pelo mecanismo usado para acesso ao meio, do que por dispositivos especiais

Tcnicas de TransmissoNa sinalizao em banda larga (broadband) ou sinalizao analgica No caso de sinais digitais necessria a converso para o formato analgicoUtilizada a multiplexao por frequncia (FDM)Espectro de frequncia do meio dividido em canais podendo suportar diferentes tipos de trfegos, como dados, voz ou imagemAs TVs a cabo utilizam transmisso em banda larga

SincronizaoPara que o receptor possa reconhecer cada bit enviado, o incio e o fim de cada caracter ou um bloco de caracteres necessrio algum mecanismo de sincronizao entre origem-destinoExistem dois tipos de sincronizao da transmisso: sncrona e assncrona

SincronizaoNa transmisso assncrona ou start/stop cada caractere transmitido precedido por um bit de incio (start) e terminado por um ou mais bits de finalizao (stop)No existe uma relao de tempo rgida entre o transmissor e o receptorSimples e barataRecomendada para caracteres entre 5 e 8 bits mais lenta por ter que gerar e interpretar os bits de start/stop, alm de poder existir um intervalo de tempo indefinido entre os caracteres enviados

SincronizaoNa transmisso sncrona so transmitidos blocos de caracteres e no caractere a caractereNo existem os bits de start/stop e os intervalos entre a transmisso dos caracteresCada bloco transmitido precedido por um caractere (no um bit) de sincronismo, conhecido como SYNEste caractere permite ao receptor inicializar seu relgio interno e identificar cada bit do bloco possvel implementar a sincronizao atravs de um canal em separado, mas essa soluo funciona apenas para pequenas distnciasA transmisso mais eficiente, porm mais cara em funo do hardware

RefernciasDSL, *DSL e ADSLwww.xdsl.com/www.adsl.com/www.nwnexus.com/dsl/www.world-of-adsl.com/technical/ howadslworks.html[Stallings, 1999] Cap. 8V.90www.v90.comwww.v92.com

Referncias[Soares, 1995] Cap. 3[Tanenbaum, 1996] Cap. 2[Stallings, 1999] Cap. 8[Stallings, 2000] Cap. 3

Meios de TransmissoRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

IntroduoLigados (bounded ou guided)Par tranadoCabo coaxialFibra pticaNo ligados (unbounded ou unguided)RdioMicroondasSatliteInfravermelhoLaser

Introduo

Espectro de Freqncias

DiferenasBanda passanteTipo de conexo: ponto-a-ponto ou multipontoDistncia entre origem-destinoAtenuao e imunidade a rudosCusto do meio e interfacesConfiabilidadePeso e maleabilidadeInstalao e manuteno

Par TranadoDois fios enrolados em espiral para reduzir a interferncia eltrica (rudo) em pares prximos e manter constantes as propriedades do meioPermite transmisso de sinais analgicos, como em telefonia e ADSLPermite transmisso de sinais digitais, como em redes locais Ethernet e ISDNPermite taxas de transmisso de at 1 Gbps, em pequenas distnciasBaixo custo e fcil instalaoSusceptibilidade interferncia e rudoNecessita de repetidores a cada 5 KmDois tipos: cabos no blindados (UTP) e blindados (STP)

Par Tranado UTPPar tranado no blindado ou UTP (Unshielded Twisted Pair) com 4 paresjaqueta de PVCpar de fioscondutordieltrico

Par Tranado UTPcabos UTP de 4 pares cadacabo UTP com 100 pares

Par Tranado UTPO tranado influencia a freqncia mxima da transmisso e determina a categoria do caboCategoriasCAT 1: servios telefnicos e dados a baixa velocidadeCAT 2: ISDN e T1/E1CAT 3: dados at 16 MHz (tipicamente at 10 Mbps)CAT 4: dados at 20 MHz (tipicamente at 16 Mbps)CAT 5: dados at 100 MHz (tipicamente at 100 Mbps)CAT 5E: CAT 5 melhoradoCAT 6: 250 MHzCAT 7: 600 a 1.200 MHz

Par Tranado STPPar tranado blindado ou STP (Shielded Twisted Pair) com 4 condutoresjaqueta de PVCblindagem globalblindagem internacondutordieltrico

UTP x STPUTPMais baratoMais susceptivel a rudoMenor desempenhoSTPMais caroMenos susceptivel a rudoMaior desempenho

Cabo CoaxialGrande largura de faixaMenos susceptibil a rudosAltas taxas de transmisso em distncias maiores que o par tranadoUtilizvel em banda base e banda largaTransmisso analgica, como em TV a cabo e telefonia (10.000 canais de voz com FDM)Transmisso digital, como em redes locais EthernetTipos: cabo coaxial grosso (10Base5) e coaxial fino (10Base2)

Cabo Coaxialjaqueta de PVCBlindagem (condutor externo de Malha)condutor internoIsolante eltricojaqueta de PVCcondutor internodieltrico (isolante eltrico)blindagem(condutor externo de malha)

Cabo Coaxial GrossoInterligao de redes - sendo substitudo por fibra pticaCaractersticas fsicas e de aplicao: dimetro 10,2 mm e impedncia 50 +-2 ohms; comprimento mximo de um segmento 500 metros (ou mltiplo de 23,4 metros) para otimizar as caractersticas operacionais; n mximo de repetidores entre dois ns - quatro; comprimento mximo de uma rede (usando repetidores) - 2500 metros - 5 segmentos de 500 metros c/ 4 repetidores; distncia mnima entre transceptores - 2,5 metros ou mltiplo valor.Conexo rede transceptor no cabo coaxial - conectado ao equipamento por um cabo multi-vias (transceiver cable ou drop cable) - comprimento mximo de 50 metros (recomendado at 40 metros) e conector tipo de presso (conector vampiro) - conexo ao cabo Nmero mximo de 100 transceptores por segmento.Alta imunidade a rudos e interferncias eletromagnticas e comumente usado em topologia de barra

Cabo Coaxial FinoInterligao estaes sendo substitudo pelo par tranado. Caractersticas fsicas e de aplicao: dimetro 5 mm e impedncia 50 +- 2 ohms; limite oficial de 185 metros para segmentos em cabo coaxial fino nmero mximo de repetidores (4) entre dois ns - temos comprimento mximo da rede de 925 metros; distncia mnima entre equipamentos 0,5 metros; Ligao conectores tipo "T" (tipo BNC) - certeza distribuio fsica das mquinas (layout da rede)Taxa mxima de transmisso de 10 a 50 Mbps. Boa imunidade a rudos e interferncias eletromagnticas. Comumente usado em topologia estrela e barra. Mais barata que o cabo 10Base5 e de mais fcil instalao. Cabos 75 ohm - redes banda larga/TV a caboCabos 50 ohm - banda bsica

Cabo Coaxialcabo coaxial montadoconector BNC

Cabo CoaxialVantagensmaior imunidade a rudoDesvantagensmais caro que o par tranadoos de mais alta qualidade no so maleveis e difceis de instalaros de qualidade inferior (cujos custos e qualidade se aproximam dos UTPs e STPs) podem ser inadequados para altas velocidades e longas distncias

Fibra pticaGrande largura de banda Atenuao reduzida e elevada capacidade de transmisso, podendo chegar a 50 TbpsSistemas comerciais esto limitados a poucos Gbps pelo tempo de converso de sinais digitais para sinais pticos Imunidade a interferncias eletromagnticas - proporciona total isolamento eltrico entre transmissor e receptorComunicao ponto-a-ponto unidirecional. Para transmisso full-duplex precisa de duas fibrasRecomendado para infra-estrutura de telefonia, MANs e LANs (10BaseF)Pequenas dimenses e baixo pesoProteo contra escutasMaior espaamento entre repetidores (30Km a 100Km)

Fibra pticaNcleo composto de um filamento de vidro ultra puro e este envolvido por outro de vidro ou plstico com ndice de refrao menor (cladding)ndice de refrao mais baixo do revestimento faz com que os raios sejam refletidos internamente Informao a ser transportada codificada em um sinal luminosoUm pulso de luz indica um bit 1 e ausncia de luz o bit 0

Fibra pticafibrasproteo para tracionamento

Fibra pticaMultiplexao por Diviso de Comprimento de OndaWDM Wavelenght Division Multiplexingdesdobrar a enorme banda passante do meio de transmisso pticomultiplexar e demultiplexar dezenas ou centenas de canais de alta velocidade com comprimento de ondas diferentes, ou cores de luz, em uma nica fibra pticacada comprimento de onda um canal separadoatualmente - uma nica fibra pode ser dividida em at 32 canais, onde cada canal permite enviar em mdia 2,5 Gbps, num total de 80 Gbpsbreve - equipamentos chegando a 64 canais por fibra ptica, ou seja, velocidade de 160 Gbps

Redes sem FioTransmisso e recepo atravs de antenasComunio ponto a ponto exige o alinhamento das antenasComunicao multiponto pode atingir vrias antenas

RdioLargura de faixa pequena para a comunicao de dadosLongas distncias no esquema multiponto, dispensando o alinhamento das antenasUltrapassa barreiras, como paredesFrenqncias mais baixas, como rdios AM, ultrapassam melhor obstculos, porm percorrem distncias menoresSujeito a interferncias de motores e equipamentos eltricos

MicroondasOferece grande largura de faixa, altas taxas de transmisso e baixo custoPode ser utilizada para telefonia (fixa e mvel) e TV, alm de conectar redes locais em pequenas distnciasAs antenas precisam estar alinhadasEm funo da curvatura da Terra, as antenas devem estar no mximo a 50 Km de distnciaGeralmente as antenas so colocadas o mais alto possvel para ampliar esta distnciaProblemas com obstculos, chuva, interferncias e segurana

SatliteOferece grande largura de faixa, altas taxas de transmisso e custo mais elevadoPode ser utilizada para telefonia e TV, alm de conectar redes em grandes distncias - locais de difcil acesso Cada banda de freqncia chamada de transponderO satlite recebe a transmisso por uma freqncia (uplink), amplifica o sinal e retransmite em outra freqncia (downlink)rbita geoestacionria (36.000 Km de altitude)Problemas com chuva, atenuao e segurana

SatliteGrande retardo de transmisso, aproximadamente 0,25 seg.Ligaes ponto-a-ponto e multiponto

InfravermelhoPonto-a-ponto ou multipontoFcil de instalar, baixo custo e no requer regulamentaoNo permite obstculos, oferecendo maior seguranaUtilizado em controles remoto e redes locais sem fio (IEEE 802.11)

LaserGrande largura de banda e baixo custoFcil de instalar e no requer regulamentaoPode sofrer interferncias da chuva, neblina, calor e obstculosLimitado a pequenas distncias (500m a 1Km)

Referncias[Soares, 1995] Cap. 4[Stallings, 2000] Cap. 4[Tanenbaum, 1996] Cap. 2

Camada de EnlaceRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

IntroduoA camada fsica lida com questes fsicas da transmisso, transportando bits da origem ao destinoA camada de enlace tem a principal funo de transportar conjuntos de bits livres de erros de forma sincronizada

FunesDelimitao de frames ou blocos (framing)Tratamento de errosControle de fluxo (sincronizao)Controle de acesso ao meio

Delimitao de FramesContagem de caracteresCampo especificando o nmero de caracteres do frameRaramente utilizado sem alguma outra tcnica

Delimitao de FramesCaracteres delimitadores com caractere de stuffingIndica o incio (STX DLE) e o fim do frame (DLE ETX)Caractere de stuffing (DLE) resolve o problema da presena do caractere delimitador nos dados, comum em arquivos binrios

Delimitao de FramesBits delimitadores (flag) com bit de stuffingSemelhante ao caractere de stuffingUtilizado pelo protocolo HDLCDelimitao na camada fsicaAlm dos sinais 0 e 1, existem sinais para delimitar o incio e o fim do frameUtilizado em protocolos de redes locais IEEE 802

Tratamento de ErrosEm qualquer meio de transmisso existem problemas de transmisso (atenuao, rudos ou ecos)Quanto maiores as taxas de transmisso maiores as chances de errosO tratamento de erros implementado a partir de informaes de controle que devem ser inseridas juntamente com os dados transmitidosQuanto melhor a estratgia adotada, maior o nmero de bits de redundnciaQuanto maior a chance de erros, mais importante a camada de enlaceEx: fibra menos que wireless

Tratamento de ErrosExistentes duas estratgias para o tratamento de erros: deteco e correo de errosDeteco apenas identifica a ocorrncia de um erro e espera/solicita a retransmisso do frameTcnica geralmente implementadaCorreo, alm de identificar, tambm tenta corrigir o erro no destino evitando a retransmisso do frameExige um nmero de bits de redundncia maiorUtilizada apenas quando a retransmisso tem custo elevado Pouco utilizada na prtica

Deteco de ErrosBit de paridade muito utilizada em transmisses assncronasConsiste em adicionar um bit ao final de cada caractere transmitidoO bit inserido depender do tipo de paridade desejada: par ou mparExemplo: 1110001Paridade par: 11100010Paridade mpar: 11100011Se ocorrer a inverso de dois bits no ser possvel detectar o erroGeralmente implementado em hardware

Deteco de ErrosCyclic Redundancy Check (CRC)A seqncia de bits representada por um cdigo polinomialExemplo: 10110001 = x7 + x5 + x4 + 1 A partir da diviso do polinmio por um polinmio gerador padronizado obtem-se um resto O resto chamado de checksum ou Frame Check Sequence (FCS), sendo semelhante ao dgito verificadorO checksum adicionado seqncia de bits a ser enviadaNo receptor um trabalho anlogo executado para verificar a ocorrncia de errosExistem padres internacionais para gerao de CRC, como o CRC-12, CRC-16 e CRC-CCITTGeralmente implementado em hardware

Correo de ErrosDestinatrio envia ACKs (acknowledgement ou reconhecimento) positivos ou negativosTransmissor usa temporizador (time-outs), caso o ACK no chegueACKs positivos + time-outs so suficientesACK negativo aceleraACK pode vir em quadro separado ou de carona (piggybacking)Quadros so numerados para o destinatrio distinguir pacotes originais de cpias

Correo de ErrosAlgoritmos mais utilizados:Bit alternado (stop-and-wait)Envia um frame e s transmite o prximo aps o recebimento da confirmao (ACK) do destinoSimples porm ineficienteJanela com retransmisso integral (go back)No envia um ACK para cada frame enviado, mas apenas ACK para uma seqncia de framesTodos os frames a partir do que no foi recebido so retransmitidosJanela com retransmisso seletiva (selective repeat)Apenas o frame que no foi recebido retransmitido

Bit AlternadoF0F0ACK0ACK0F1ErroTime-outF1F1ACK1ErroTime-outF1...TransmissorReceptortempo

Retransmisso Integral0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 100 1 Erro 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 7 8 9 tempoA1A2A5A7}Frames descartadosTransmissorReceptorTime-out

Retransmisso Seletiva0 1 2 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 9 10 11 120 1 Erro 3 4 5 6 7 8 2 3 4 5 6 9 10 11 tempoA1A8A9}Frames no bufferTransmissorReceptorTime-out}Frames descartados pois j esto no bufferTime-outTime-out

Controle de FluxoEvitar o overflow no destinatrio, compatibilizando as velocidades do transmissor e o receptorNo protocolo de bit alternado este problema no ocorreJanelas de transmisso e recepo (sliding windows)Transmissor pode enviar no mximo o nmero de frames correspondentes ao tamanho da janela de recepoQuando a janela de recepo estiver cheia, o transmissor deve esperar at receber um ACK dos frames enviados para poder enviar outros framesO problema de controle de fluxo tambm aparece em outras camadas, como na camada de transporte sendo conhecido como controle de fluxo fia-a-fim

Controle de FluxoTransmissorReceptortempo0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 ......0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 ...00 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 ...0 10 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 ...0 1 20 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 ...0 1 2 3 ACK de 4 frames0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 ...0 1 2 3

Controle de AcessoEm redes multiponto, que vrias estaes compartilham o mesmo meio de transmissoDeve haver um controle de qual estao ter acesso ao meio de transmissoEx: redes EthernetO padro IEEE 802 divide a camada de enlace em duas subcamadasMedium Access Control (MAC) que realmente responsvel pelo protocolo de acesso ao meioLogical Link Control (LLC) faz a interface entre a camada de enlace e a camada de redeSer estudado em detalhes no prximo captulo

Exemplo de FrameA maioria dos protocolos de enlace orientados a bit utilizam uma estrutura de frame semelhante ao exemploO frame iniciado e terminado com uma mesma marca delimitadora (01111110)Address o endereo do destinatrio em redes multiponto, como o terminal que solicitou a operaoControl utilizado para sequenciao, ACKs etc.Data so os dadosChecksum representa o CRC

Protocolos de EnlaceHDLC (High-Level Data Link Control): protocolo desenvolvido pela IBM e, posteriormente, adotado como padro ISO para conexes ponto-a-ponto. A maioria dos protocolos de enlace utilizam o HDLC como baseLAPB (Link Access Protocol, Balanced): utilizado em redes X.25LAPD (Link Access Protocol, D Channel): utilizado em redes ISDN, geralmente para sinalizaoLAPF (Link Access Protocol, Frame Relay): utilizado em redes frame relaySLIP (Serial Line IP) e PPP (Point-to-Point Protocol): utilizados para conexes discadas em redes TCP/IPIEEE 802: famlia de protocolos para o controle de acesso redes locais

Referncias[Soares, 1995] Cap. 3 e 7[Stallings, 2000] Cap. 7[Tanenbaum, 1996] Cap. 3

Camada de EnlacePadres para Redes LocaisRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

Topologias

Padro IEEE 802MAC (Medium Access Control) implementa o protocolo de acesso ao meioLLC (Logical Link Control) implementa a camada de enlace propriamente ditaENLACEFSICALLCMACPHY802.2 LLC802.3802.4802.5IEEE 802Modelo OSI802.6802.11. . .EthernetToken-BusToken-RingDQDBWireless802.12100VGAnyLAN

Padres IEEE 802IEEE 802.2: camada de enlace que implementa o protocolo LLC (Logical Link Control)IEEE 802.3: rede em barra utilizando o protocolo de acesso ao meio CSMA/CD, mais conhecido como EthernetIEEE 802.4: rede em barra utilizando o protocolo de acesso ao meio passagem de permissoIEEE 802.5: rede em anel utilizando o protocolo de acesso ao meio passagem de permisso, mais conhecido como Token RingIEEE 802.6: rede em barra utilizando o protocolo de acesso ao meio DQDB (Distributed Queue Dual Bus), utilizado em redes metropolitanas (MANs)IEEE 802.11: define padres para redes sem fio (wireless)

Encapsulamento

EthernetPadro IEEE 802.3Desenvolvido na Xerox por Robert Metcalf na dcada de 1970, baseado na rede ALOHATopologia fsica: barra ou estrelaTopologia lgica: barraBanda base com taxas entre 1 e 10 MbpsDiversos tipos de meios de transmissoProtocolo CSMA/CD para controle de acesso ao meioUma das tecnologias mais usadas no mercadoAlta escalabilidadeTendncia continuar como padro de LANs por preservar o investimento e sempre estar evoluindoEthernet (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps) e Gigabit Ethernet (1 Gbps)

EthernetProtocolo de acesso ao meio CSMA/CDCarrier-SenseVerifica se o meio est livre ou ocupadoSe o meio est livre transmiteSe o meio est ocupado esperaMultiple AccessDuas os mais estaes podem tentar transmitir ao mesmo tempo, caso o meio esteja livreCollision DetectionNo caso de duas ou mais estaes tentarem transmitir ao mesmo tempo ocorre uma colisoNeste caso, as estaes percebem a coliso e interrompem a transmissoAs estaes aguardam por um tempo aleatria para uma nova tentativaO tempo de espera dobra a cada tentativa (exponential back off)

Ethernet

EthernetFormato do framePrembulo: 7 bytes para sincronizaoSFD (Start Frame Delimeter): 1 byte (10101011) que indica o incio do frameDA (Destination Address): 2 ou 6 bytesEx: 00-10-A4-0D-1E-5FPermite endereamento unicast, multicast e broadcastSA (Source Address): 2 ou 6 bytesLen (Length): 2 bytes para determinar o tamanho do campo de dadoDado: LLC de 46 a 1.500 bytesFCS (Frame Check Sequence): 4 bytes baseado em CRCprembuloSFDDASALenDadoFCS

Ethernetc:> winipcfgEndereo de enlace (Adapter Address)Endereo de rede (IP Address)Nome do host na camada de aplicao (Host Name)

Ethernetc:> ipconfig /allEndereo de enlace (Physical Address)Endereo de rede (IP Address)

EthernetCabeamento10Base5: cabo coaxial grosso, 500 m10Base2: cabo coaxial fino, 200 m10BaseT: cabo UTP com 2 pares, 100 m10BaseF: fibra ptica, de 1 a 2 kmDispositivosRepetidorBridgeHubSwitch

DispositivosO repetidor permite conectar segmentos, trabalhando na camada fsica

DispositivosUma bridge segmenta a rede separando o trfego dos diferentes segmentos de rede, trabalhando na camada de enlace

DispositivosO hub permite organizar um segmento da rede no formato de estrela e tem funo semelhante a do repetidor, trabalhando na camada fsicaTopologia fsica: estrela Topologia lgica: barra

Dispositivos

DispositivosEthernet Comutado (Switched Ethernet)Engloba nveis fsico e de enlace = repeater + bridgeSegmentao de redesMicrosegmentao = uma estao por portaex: Servidores da redeAumento de desempenho da rede minimizando colises

Fast EthernetPadro IEEE 802.3u, definido em 1995100BaseT uma extenso do Ethernet para 100 Mbps, sendo compatvel com MAC 802.3Reduo do tempo de durao do bit em 10 vezesHubs e placas com portas 10/100 Mbps auto detectvel (auto-sense)Cabeamento100BaseTX = 2 pares de UTP cat 5, 100 m100BaseFX = 2 fibras multimodo, 2 km100BaseT4 = 4 pares de UTP cat 3, 100 m

Gigabit EthernetPadres IEEE 802.3ab (UTP) e 802.3z (fibra)

Gigabit EthernetCabeamento1000BaseT = par tranado no blindado CAT 5 4 pares sendo que cada par transporta 250 Mbps no modo dual-duplexO modo dual-duplex corresponde a transmisso full-duplex dibit, conhecida como Pulse Amplitude Modulation Nvel 5 (PAM-5)Instalaes existentes no podem ser aproveitadas diretamente1000BaseSX (Shorter) - fibra multimodo com alcance mximo de 550 m1000BaseLX (Longer) - fibras multimodo e monomodo com alcance mximo de 5 km1000BaseCX (Copper) - cabo coaxial com alcance mximo de 25 m

Token RingPadro IEEE 802.5TopologiasFsica: anel ou estrelaLgica: anelMtodo de acesso conhecido como token-passing (passagem de permisso)Banda basePar tranado UTP ou STPTaxa de transmisso de 4 a 16 Mbps, podendo chegar a 100 Mbps e no futuro 1 GbpsVoltado para solues IBMCada vez menos utilizado em funo do sucesso do Ethernet

Token RingProtocolo de acesso ao meio Token tem padro fixo: livre ou ocupadoToken passado de n para nPara transmitir a estao espera pela permisso livre e altera o padro para permisso ocupada e transmite os seus dados logo aps o tokenSingle packet - transmissor insere permisso livre depois de receber de volta a permisso ocupada e retirar a sua msg do anelSingle token - permisso livre inserida no anel logo aps receber permisso ocupodaMultiple token - insere uma permisso livre logo aps terminar de transmitir sua msg

Token Ring

Token RingProblemasGerao do tokenPerda de tokenPacotes rfos ou corrompidos Pacotes circulando indefinidamente no anel por perda da permissoNecessita de estao monitora, porm no implica em centralizao uma vez que qualquer estao pode assumir essas funes

FDDIPadro ANSI X3T9.5 ou Fiber Distributed Data InterfaceTopologias fsica e lgica em anelMtodo de acesso: token passing (multiple token)Adequada para LANs e MANsalta velocidade = 100 Mbpsdistncia mxima entre 2 ns2 Km fibra ptica multimodo40 Km fibra ptica monomodomx. 500 estaes = aprox. 100 Km

FDDIRede em anel duplo, sentidos opostos de transmisso, semelhante ao IEEE 802.5

Referncias[Soares, 1995] Cap. 8 e 9[Stallings, 2000] Cap. 13 e 14[Tanenbaum, 1996] Cap. 4

Camada de RedeRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

FunesEndereamento e mapeamento entre endereos de rede e endereos de enlaceRoteamentoControle de congestionamento Servios de rede: datagrama e circuito virtualDeteco e recuperao de errosSequenciaoSegmentao e blocagem

EndereamentoHierrquicoFacilita roteamentoReflete os vrios nveis hierrquicos (rede/estao/porta)Exemplostelefone: DDI/DDD/estao/nmeroendereo Internet: lpmaia@ism.com.brendereos IP: rede/sub-rede/estaoendereos de rede pblica de pacotes: pas/rede/estaoHorizontalNo tem relao com o lugar fsicoFacilita reconfigurao por permitir mobilidade sem exigir renumeraoExemploIEEE 802

Internet Protocol - IPElementosHostsGateways ou routers (roteadores)Sub-redes

rede 1rede 2rede 3rede 4GGGGGhosthosthosthost

Endereamento IPUm sistema de comunicao necessita de um mtodo de identificao de seus computadoresNuma rede TCP/IP, cada computador recebe um endereo inteiro de 32 bits (endereo IP)Endereamento hierrquicoPrecisa ser nico na rede, ou seja, no podem haver nmeros duplicadosPara evitar esta duplicidade na Internet, a distribuio de nmeros IP centralizada

Endereamento IP

Endereamento IPC:> winipcfg

Endereamento IP

Endereamento IPEndereo IP normalmente escrito como quatro nmeros decimais, separados por pontos.Cada nmero decimal representa um byte dos quatro existentes nos 32 bits.

Exemplo:200.156.10.22002168015610241001001010100100000010100000001031

Endereamento IPNa verdade, o nmero IP no est associado a cada computador, e sim a cada interface de rede que o computador possui.Portanto, se uma mquina possui vrias conexes a diversas redes fsicas, ela pode ser referenciada por quaisquer desses endereos.Esse tipo de mquina chamada de roteadora, ou gateway, pois serve de interconexo a duas ou mais redes fsicas distintas.

Endereamento IP

Endereamento IP DinmicoQuando um host (estao) muda de uma sub-rede para outra o seu endereo IP deve mudarProblema de mobilidade (vide endereamento hierrquico)Soluo: vinculao dinmica de endereo IP atravs do DHCP (Dynamic Host Control Protocol)Um endereo IP atribudo ao host durante a sua inicializao a partir de um pool de endereos IP disponveis em um servidor DHCPO IP permanece alocado por certo perodo de tempo (leased time). Depois o leasing renovado ou noAlguns servidores no podem ter IP dinmico, como servidores Web, DNS e DHCP, e roteadoresO comando c:> ipconfig /all permite visualizar a configurao do DHCP da estao

Endereamento IP Dinmico

Endereamento IPO endereo IP dividido logicamente em duas partes:Parte de rede, identificando a rede dentro da Internet.Parte do n, identificando um n dentro de uma dada rede.310PARTE DE REDEPARTE DE N

Classes de EndereoDependendo do nmero de ns que uma rede pode ter, podemos classificar os nmeros IP em classes de endereo:CLASSE A - Redes at 16.777.214 nsCLASSE B - Redes at 65.534 nsCLASSE C - Redes at 254 ns

Classes de EndereoCLASSE AUsada apenas para redes com grandes nmeros de ns.S podem existir apenas 127 redes classe A na Internet.Distribuio muito limitada pelo SRI-NIC.

Exemplo:27. 10. 141. 1Endereo invlido:10.0.0.07 bits24 bits0

Classes de EndereoCLASSE BUsada para redes de tamanho intermedirio.Atualmente, parece estar esgotada a distribuio de classes B para novas redes.

Exemplo:146. 164. 5. 8Endereo invlido:172.16.0.0 a 172.31.0.014 bits16 bits01

Classes de EndereoCLASSE CUtilizada para redes com nmero pequeno de ns (at 254).Devido ao esgotamento dos endereos classe B, atualmente redes de tamanho intermedirio recebem vrios nmeros classe C, ao invs de apenas um nmero classe B.

Exemplo:192.80.209.6Endereo invlido:192.168.0.021 bits8 bits011

Classes de EndereoCLASSE DA classe D utilizada para comunicao multicast. Utilizado quando um usurio quiser se comunicar com um determinado grupo de usurios.

CLASSE EReservada para uso futuro

28 bits0111Grupo Multicast27 bits1111Reservado0

Classes de EndereoEndereos reservados0.0.0.0 - no utilizado255.255.255.255 - broadcast ou difuso127.0.0.0 - endereo reservado para teste (loopback)CLASSEINTERVALO VLIDOA 0.0.0.0a127.255.255.255B128.0.0.0a191.255.255.255C192.0.0.0a223.255.255.255D224.0.0.0a239.255.255.255E240.0.0.0a247.255.255.255

BroadcastingBroadcasting a capacidade de se enviar uma mesma mensagem para mltiplos usurios simultaneamente.Nem todas as tecnologias de rede suportam igualmente ou eficientemente o uso de broadcasting.Por isso, o uso de broadcasting geralmente limitado ao ambiente de redes locais.No endereamento IP, o uso de broadcasting obtido atravs do uso de 1's em todos os bits da parte do n.Exemplo: 192.80.209.255

PARTE DE REDEPARTE DO NTODOS OS BITS LIGADOS REPRESENTAM BROADCAST

Sub-endereamentoEndereamento da Internet no previu um grande crescimento da rede, com muitas redes pequenas.Soluo subdividir uma classe de endereamento IP em um conjunto de redes menores.Essa soluo chamada de sub-endereamento.

Sub-endereamentoExemplo:

Para a Internet, s existe a rede 150.1.0.0As sub-redes s existem para o roteador GABInternetG150.1.0.0150.1.1.0150.1.2.0

Sub-endereamentoO conceito de sub-redes modifica ligeiramente a interpretao dos endereos IP.A parte local subdividida em uma parte de sub-rede e outra parte referente ao n.310PARTE DE REDEPARTE DE NSUB-REDEN

Sub-endereamentoA diviso da parte local deixada a crdito do administrador local.Por exemplo, um endereo classe B dividido em 2 bytes para a parte de rede e 2 bytes para a parte local.O administrador pode ento escolher em dividir a parte local em 1 byte para a sub-rede e 1 byte para o n.Nesse caso, teramos 254 sub-redes, cada uma com capacidade para at 254 ns

Sub-endereamento

Sub-endereamentoSe fosse necessrio mais sub-redes, o administrador poderia ter dividido a parte local reservando 9 bits para a sub-rede e 7 bits para o n.Neste caso, teramos 510 sub-redes, cada qual com no mximo 126 ns.O sub-endereamento implementado atravs de uma mscara de 32 bits, chamada de mscara de sub-endereamento ("Subnet Mask").Nesta mscara, todas as partes que se referem a rede e sub-rede ficam com os bits ligados. A parte referente ao n fica com os bits desligados.No exemplo anterior (9 bits para a sub-rede e 7 bits para o n)

11111111 11111111 11111111 10000000

Sub-endereamentoNa mscara, os bits de sub-rede no precisam estar contguos.A notao da mscara igual ao do endereo IP.No nosso exemplo, 255.255.255.128Em uma mesma rede, todos os ns em todas as sub-redes devem possuir a mesma mscara de sub-endereamento.

Sub-endereamentoExemplo: uma empresa tem uma rede classe C e suas sub-redes tm 14 equipamentosa) qual a mscara que a empresa deve utilizar em toda a sua rede de forma a maximizar o nmero de sub-redes? 1111111.11111111.11111111.11110000 ou 255.255.255.240 Exatamente 14 hosts porque exclui os endereos 0.0.0.0 e 255.255.255.255b) de acordo com o item anterior, qual o nmero mximo de sub-redes que essa empresa pode ter? 16

Sub-endereamentoExemplo (cont.):c) considerando os itens anteriores, suponha que o endereo 217.55.144.85 est alocado para essa empresa. Qual o endereo de broadcast IP da sub-rede que contm este endereo? 217.55.144.85 - endereo IP em notao decimal ..0101 0101- endereo IP em notao binria 255.255.255.240- subnet mask em notao decimal ..1111 0000 - subnet mask em notao binria ..0101 1111- endereo broadcast em notao binria 217.55.144.95- endereo broadcast em notao decimal

Mapeamento de EndereosMapeamento diretoA estao deve saber mapear de modo eficiente o endereo de sub-rede no endereo de inter-rede Ex: tabelas de conversoVinculao dinmicaProtocolos de resoluo de endereos Envio de msg broadcast para a estao destino solicitando seu endereoTabelas para evitar o trfego atravs de msg broadcast ExemploARP (Address Resolution Protocol)RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

Camada de Rede(continuao)Redes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

RoteamentoCapacidade de interligar sub-redes diferentes, atravs de roteadores (gateway de nvel 3) que buscam o melhor caminhoHost A200.20.0.1Host B200.30.0.1Roteador

Roteamento

Roteamento

Roteamento Tabela de RoteamentoAssociao de endereos, caminhos e custos, permitindo a definio do melhor caminhoRotas estticasAs rotas a serem utilizadas so definidas e configuradas manualmente pelo administradorCaminhos alternativos so utilizados apenas em casos de falhasSimples e deve ser utilizado em redes pequenas onde h poucas mudanas no trfegoRotas defaultPacotes que no tem uma rota especfica na tabela, so enviados para uma rota pr-definida

Roteamento Rotas DinmicasAs rotas da tabela de roteamento so atualizadas dinamicamente em funo da carga da rede, baseadas em informaes enviadas por outros roteadoresAs atualizaes so enviadas em intervalos tempo fixo ou aps alguma alterao na carga da redeInformao vem acompanhada de um valor (mtrica) que permite a escolha do melhor caminhoRoteamento adaptativo

Roteamento AdaptativoUtiliza tabelas dinmicas que so atualizadas de acordo com a carga da redeCritrios para escolha do melhor caminho:menor nmero de ns intermedirios (hops)menor distncia geogrficamenor retardo de transferncia, ou seja, o mais rpidomenor custo, ou seja, um valor que define um caminho como sendo o de menor custo que outro

Roteamento AdaptativoIsoladoAs tabelas so atualizadas apenas com base em informaes locais, como o tamanho das filasCentralizadoCada n envia a um ponto central as informaes locais, onde so processadas e depois a tabela gerada distribuda Problemas de confiabilidade, desempenho, sobre carga da rede e retardo da atualizaoDistribudoCada n informa periodicamente aos outros sua cargaHierrquicoCada n mantm informaes das rotas das regies a que pertence. Indicado para redes muito grandes, como a Internet

Algoritmos de RoteamentoRoteamento Distance VectorBaseados no nmero de hops Roteadores enviam toda a sua tabela de roteamento, mas somente para seus vizinhosSimples de implementarConsome menos recursos computacionaisExemplo:RIP (Routing Information Protocol)Roteamento Link-StateRoteadores enviam para todos os outros roteadores, o custo de alcanar cada um dos seus vizinhosCada roteador aprende a topologia da redeCusto computacional grandeExemplo:IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)OSPF (Open Shortest Path First)

RoteamentoAS (Autonomous System)Roteadores sob uma administrao comumCompartilham informao de roteamentoProtocolos de RoteamentoInterior: usados dentro de um mesmo ASRIP, IGRP, OSPFExterior: usados para comunicao entre ASBorder Gateway Protocol (BGP)AS=100AS=200

Qual o melhor caminho?Nmero de hopsCustoDistnciaVelocidadeOD12573468920106050402001002001010010025

ServiosCom conexoCircuito virtual Garante a entrega e a seqncia dos pacotesPossvel fazer pr-alocao de recursos O caminho definido em tempo de conexoTorna a camada de rede mais complexaConcessionrias de telecomunicaesSem conexoDatagramaNo h garantia de entrega em sequncia dos pacotes e nem da chegada de um pacote ao destino final (datagrama no-confvel)Delega para as camadas superiores, por exemplo transporteInternet

CongestionamentoExcesso de pacotes em uma sub-redeDevido a ns da rede lentos, trfego de entrada exceder a capacidade das linhas de sada de um n etc.Degrada o desempenho e pode levar a um dead-lock da redeDeve garantir que a rede seja capaz de transportar o trfego oferecido

Controle de CongestionamentoDescarte de pacotesSe no houver espao para armazenar ele descartadoDatagrama no h problemaCircuito virtual cpia do pacote deve ser mantidaInspeo para evitar descarte de confirmaesBuffers diferenciados para cada linha de sadaDescartar o pacote da fila com menor distncia de encaminhamentoPr-alocao de buffersConexo circuito virtualNo h risco de congestionamentoConexes podem ser rejeitadas por falta de recursosControle de trfego no enlaceCada n monitora a utilizao de cada uma das suas linhas de sadaEstado de alerta para diminuir o trfego

Internet Protocol - IPProtocolo no-orientado conexo (datagrama)Faz fragmentao e remontagem de datagramas longos, caso as sub-redes s admitam pacotes pequenosNo h controle de fluxoNo h controle de erros (exceto checksum do cabealho)Descarte e controle de tempo de vida dos pacotes nos gatewaysCada pacote contm um campo indicando o protocolo de transporteHost origem e destino so identificados por endereos IP hierrquicosRoteamento adaptivo distribudo nos roteadores

Internet Protocol - IP

Referncias[Soares, 1995] Cap. 10[Tanenbaum, 1996] Cap. 5

Camada de TransporteRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

IntroduoNvel de RedeTransfere dados da origem para o destinoNvel de TransporteGarante a transmisso segura independentemente das redes fsicasDefine a qualidade do servioPermite a comunicao fim-a-fim entre aplicaes (processos)

FunesServiosNo orientados conexo (datagramas)Orientados conexo (circuitos virtuais)Controle de fluxo fim-a-fimConexo e desconexo lgicaQualidade do servio Multiplexao e splittingEndereamento

Protocolos InternetAplicaoTCPUDPIPEnlaceFsico

TCPProtocolo de transporte orientado conexoUtiliza a tcnica de slide-window para controle de fluxo fim-a-fimUtiliza a tcnica de three-way handshake para o incio de conexesUtiliza o conceito de sockets para endereamentoTrabalha com segmentos

Endereamento

Sockets

SocketsPara que duas aplicaes (processos) possam comunicar-se via rede necessrio que cada aplicao esteja associada a um socket Um socket formado por um endereo IP e um nmero de portaUma porta um nmero de 16 bitsUma conexo definida como um par de sockets conectadosEx: (128.9.0.32:1184, 128.10.2.3:53)

PortasPortas de 0 a 1023 so reservadas para servios pr-definidos (FTP, HTTP, Telnet, SMTP, DNS etc.) especificados na RFC 1700Portas acima de 1023 so alocadas dinamicamente para a aplicaoExemploUm cliente com IP1 quer conectar em um servidor web com IP2 gerado um nmero de porta disponvel na origem para o cliente (1069)No servidor HTTP a porta destino pr-definida (80)A conexo estabelecida como (IP1:1069, IP2:80)

Portas Pr-definidas

Servio

Porta

FTP

Telnet

20 e 21

23

SMTPDNS

25

53

HTTPPOP3

80110

Servios e portasC:> type services# This file contains port numbers for well-known services as defined by RFC 1060 (Assigned Numbers).# Format:# / [aliases...] [#]

netstat 15/tcpftp 21/tcptelnet 23/tcpsmtp 25/tcp mailbootp 67/udp # boot program servertftp 69/udpfinger 79/tcplogin 513/tcpwho 513/udp whodshell 514/tcp cmd # no passwords usedsyslog 514/udpnfs 2049/udp # sun nfs...

SocketsPara o programador utilizar as facilidades do socket existem vrias chamadas ao sistema (system calls)Criao do socket, especificando o protocolo (socket)Associao do socket ao endereo/porta da mquina local (bind)Associao do socket local mquina remota (connect)Aceita solicitao de conexo, especificando o tamanho da fila (listen)Aguarda por uma solicitao de conexo (accept)Envio de dados (send, sendto, sendmsg, write ou writev)Recebimento de dados (read, readv, recvfrom ou recvmsg)Trmino da conexo (close)

SocketServidorCria um socket (socket)Associa o socket ao host (bind)Aceita conexes (listen)Aguarda por conexes (accept)Le solicitao (read)Envia solicitao (write)ClienteLocaliza o servidor (gethostbyname)Localiza o servio no servidor (getservbyname)Cria um socket (socket)Conecta o socket-cliente ao socket-servidor (connect)Envia uma solicitao ao servidor (write)Recebe solicitao do servidor (read)Fecha conexo (close)

TCP

UDPProtocolo de transporte no orientado conexoNo utiliza ACKs para confirmao de chegada de mensagensO tratamento de erro deixado para a camada de aplicaoPrincipal funo mapear portas de origem e destinoVoltado para redes confiveis (LANs)Ex: TFTP, BOOTP

Referncias[Soares, 1995] Cap. 12[Tanenbaum, 1996] Cap. 6[Comer, 1995] Cap. 12, 13 e 20

Modelo Cliente/Servidor

Modelo de Camadas1 camadaSistema centralizado, on-line e de tempo compartilhado, onde os usurios esto conectados as aplicaes atravs de algum terminal que no realiza qualquer tipo de processamento (burro)2 camadas3 camadas4 camadasN camadas

Cliente/ServidorCliente solicita um servioServidor recebe, processa e devolve uma resposta

ClienteServidorRespostaPedido

ServidoresCompartilhamento de recursos caros e/ou especializados tornando-os disponveis aos clientesCentralizao de recursos, dados e informaesServidores do ponto de vista de sua arquitetura ou da utilizao por um usurio podem ser: dedicados ou no-dedicadosServidor deve poder responder a vrios clientes ao mesmo tempo, geralmente utilizando multithreadServidores de banco de dados, Web, mail, arquivo, impresso, autenticao, aplicao, comunicao

Permite compartilhar arquivos e diretrios na redeO formato dos arquivos podem ser diferentes no servidor e cliente possvel colocar protees por usurios ou gruposOferece esquema de cache

Servidor de Arquivos

Exemplo

Exemplo

Servidor de ImpressoImpressora conectada ao prprio servidor

. . .124357861234REA DE SPOOLFILA

Impressora conectada a servidor de impresso dedicado. . .124357861234REA DE SPOOLFILA5porta 1porta 2exemplos: Netprint, JetDirect, etc.. . .Servidor de Impresso

Impressora com interface de rede. . .124357861234REA DE SPOOLFILAServidor de Impresso

Impressora com interface de rede e spool local. . .124357861234REA DE SPOOLFILAServidor de Impresso

Servidor de BDCentralizao de funes de controle de concorrncia e manuteno da consistncia dos bancos de dados Processamento orientado a transaesAumento de performance da rede como um todoConcentrao de investimento no servidor com diviso de custos (ao invs de pulverizar investimentos menores)Ex: Oracle, SQL Server, DB2, MySQL

1REAS DE BOOT(CONFIGURAES PERSONALIZADAS)2NO MOMENTO DO POWER ON: BROADCAST DE ENLACE PROCURANDO O SERVIDOR DE BOOTESTAES DISKLESS OU NOServidor de BootEPROM de boot

Servidor de Data/HoraReferncia nica/centralizada de calendrio e relgio para servidores e estaes de trabalhoAtualizao durante a execuo de login scripts (estaes de trabalho) ou scheduler (servidores)Contingncias (mais de um servidor de data/hora ou procedimentos manuais)

2 CamadasClienteGUI e aplicaoServidor de banco de dados e aplicaoCamada 1Camada 2

3 CamadasClienteGUIServidor de aplicaoCamada 1Camada 2Servidor de banco de dadosCamada 3

4/N CamadasClienteBrowserServidorWebCamada 1Camada 2Servidor de aplicaoCamada 3Servidor de banco de dadosCamada 4

Referncias[Soares, 1995] Cap. 16

Camada de Aplicao

Protocolos Internet

Protocolos InternetDNS (Domain Name System) para servios de nomesFTP (File Transfer Protocol) para a transferncia de arquivosNFS (Network File System) para sistemas de arquivos em redeTelnet para terminais remotosHTTP (Hyper-Text Transfer Protocol) para World Wide WebSMTP (Simple Mail Transfer Protocol) e POP (Post Office Protocol) para correio eletrnicoSNMP (Simple Network Management Protocol) para gerncia de redesSSL (Socket Secure Layer) para segurana

DNSCada host na Internet possui (pelo menos) um endereo IP e um nome associado para facilitar a refernciaSempre que feita uma referncia a um nome de host, este nome deve ser convertido para um endereo IPEste processo pode ser feito atravs de arquivos de hosts previamente configurados, Para redes grandes, como a Internet, este esquema invivelO Domain Name System (DNS) um esquema de gerenciamento de nomes hierrquico (rvore) e distribudo, definido nas RFCs 1034 e 1035Tem como principal funo mapear nomes de hosts em endereos IP e vice-versa, alm de mapear servidores de email

Domnios InternetO primeiro domnio o raiz (root) Cada nvel abaixo da raiz corresponde a um domnio (genrico ou pas) que pode ter um ou mais subdomniosOs subdomnios de mais baixo nvel endeream os hostsA diviso de domnios e subdomnios no fsica, mas lgicaPara criar-se um novo domnio sun abaixo de .com necessria a autorizao do administrador do domnio .comPara criar-se um novo domnio abaixo de sun basta a autorizao do administrador da Sun Microsystems

DNS Lookupflits.cs.vu.nl deseja acessar linda.cs.yale.eduConsulta o servidor DNS de cs.vu.nlConsulta o servidor DNS de .eduConsulta o servidor DNS de yale.eduConsulta o servidor DNS de cs.yale.edu e obtm o IP de linda.cs.yale.eduO IP de linda colocado no cache de cs.vu.nl para evitar o lookup em futuras buscasDepois de um certo perodo de tempo a resoluo retirada do cache

FTPO File Transfer Protocol permite a visualizao, cpia e eliminao de arquivos ou diretrios em hosts remotosGeralmente exige a identificao do usurio, atravs de um username e uma senhaNo caso de diretrios pblicos existe a possibilidade de conexo atravs do usurio anonymousSo mantidas duas conexes: uma para dados (porta 20) e uma para controle (porta 21)Permite transferir arquivos no formato texto e binrioFunciona no modelo cliente/servidor, onde existe um cliente FTP e um servidor FTPOferece baixa segurana

Utilitrio FTP

Comandos FTPc:> ftp ftp> help ftp> open www.puc-rio.brftp> binary ou asciiftp> lsftp> get arquivoftp> put arquivoftp> closeftp> quit

TelnetPermite que um host estabelea uma sesso interativa com um host remotoUtiliza o conceito de terminal virtual, que torna transparente o tipo de terminal fsico que est sendo utilizado nos hosts de origem e destinoFunciona no modelo cliente-servidor, onde existe um cliente Telnet e um servidor TelnetA maioria verses do Unix oferece o comando rlogin, semelhante ao telnetOferece baixa segurana

Telnetc:> telnet www.puc-rio.br

SMTPO Simple Mail Transfer Protocol permite a troca de correio eletrnico (email)Definido pela RFC 821 (protocolo de transferncia) eRFC 822 (formato da mensagem)Formado por agentes de usurio e agentes de transferncia de mensagens (Message Transfer Agent MTA)Agentes de usurio permitem o envio, recebimento e gerncia de emails (ex: Eudora, Outlook etc.)MTAs so processos (daemons) que fazem a transferncia de emails (ex: Exchange, Notes, Sendmail)O endereo de email formado por um domnio e um nome de caixa posta (mailbox) onde as msgs ficam armazenadas (ex: lpmaia@ism.com.br)Filtros, junk mail, out-of-office, email forward, emails em formato HTML, emails com scripts, mailing list etc.

MIME/POP/IMAPMultipurpose Internet Mail Extensions (MIME), definido na RFC 1341 e 1521 permite ampliar o tipo de contedo da msg: caracteres acentuados, outros alfabetos, outras lnguas, imagens, udio, vdeo etc.Post Office Protocol (POP3), definido na RFC 1225, permite que clientes que no estejam ligados Internet recebam email. O POP permite que o cliente acesse sua mailbox no servidor e copie as msgs para a mquina localInteractive Mail Access Protocol (IMAP), definido na RFC 1064, permite que o cliente acesso remotamente sua mailbox, porm a msg no copiada para a mquina local

SNMPSimple Network Management Protocol (SNMP)Definido na RFC 1157SNMPv2 definido nas RFCs 1441 at 1452Permite gerenciar dispositivos de rede, como roteadores, bridges, switches, servidores etc. Cada dispositivo deve ter instalado um agente SNMP para comunicar-se com uma estao de gerenciamentoCada dispositivo mantem uma base dados local (Management Information Base MIB) com variveis que descrevem seu estado e histricoA estao de gerenciamento um computador comum com um sw de gerncia de rede (OpenView, TNG-Unicenter, NetView etc.), que comunica-se com os agentes nos dispositivos atravs do protocolo SNMPPermite obter informaes dos dispositivos e alterar suas configuraes

SNMPDispositivos comunicam eventos atravs de um SNMP trapEstao de gerenciamento realiza um trap directed polling

HTTPHistricoPrimeira proposta, Tim Berners-Lee, CERN, 1989Primeiro prottipo, 1991Primeiro browser, Mosaic, 1993Padres definidos pelo World Wide Web (WWW) Consortium (www.w3c.org), 1994O Hyper-Text Transfer Protocol permite a comunicao entre um cliente Web (browser) e um servidor WebUma pgina Web referenciada atravs de uma URL (Universal Resource Locator)http://www.puc-rio.br/index.htmProtocolo que no mantm o estado da conexo (stateless), ou seja, a cada pgina acessada criada uma nova conexoPara poder manter um controle da conexo so utilizados cookies

CookiesMecanismo desenvolvido pela Netscape e includo no Navigator 2.0So arquivos texto, armazenados localmente no clientePermitem obter informaes do cliente fornecidas por elePermite rastrear o cliente e conhecer seu perfilNo l informaes armazenadas no disco rgido (planilhas, arquivos de senhas etc)Desabilitar os cookies a nica sada para manter a privacidade ou utilizar sites do tipo www.anonymizer.com

BrowserCliente universal para qualquer tipo de aplicao, sistema operacional, rede etc.Microsoft Internet Explorer (IE), AOL Netscape Navigator e OperaNo Brasil, o IE domina cerca de 90% do mercadoExistem funcionalidades em um browser no disponveis ou implementadas de forma diferente/incompatvel nos demaisHTML, Plug-ins, Scripts, Applets

HTML, DHTML e XMLHTML (HyperText Markup Language) uma linguagem padro para a elaborao de pginas WebHTML no uma linguagem de programao, mas apenas define caractersticas grficas do texto, hiperlinks, tabelas, forms e figuras, atravs de tagsDynamic HTML (DHTML) permite que a pgina Web seja alterada, sem a necessidade de recarreg-laXML (Extensible Markup Language) permite dar sigficado ao contedo de uma pgina Web, permitindo que os dados contidos na pgina sejam reconhecidos e processadosXHTML (Extensible HyperText Markup Language) a combinao dos padres XML v1.0 e HTML v4.1

Plug-ins e HelpersPlug-ins e helpers permitem que o browser execute cdigo no HTML, especficos de uma determinada aplicao Animaes, udio e vdeoMacromedia Shockwave e Flash, Microsoft Windows Media Player, RealPlayer, Adobe Acrobat Reader, Apple QuickTimeAlguns browsers j possuem plug-ins pr-instaladosUtilizar sempre a verso mais recente disponvel no site do frabricanteTm acesso completo ao sistemaDevem ser evitados em ambientes corporativos por questes de segurana

ScriptsLinguagens de programao, cujos os comandos podem ser inseridos dentro de arquivos HTML, utilizando tangs especiaisComandos so interpretados pelo browser e o processamento feito na estao clientePermite implementar animaes, clculos simples, caixas de dilogos etc.JavaScript foi criada pela NetScape e est disponvel na maioria dos browsersJScript a verso da Microsoft para o JavaScript, no sendo totalmente compatvelVBscript o script oficial da Microsoft e semelhante a linguagem Visual Basic, sendo suportado apenas pelo IETm acesso limitado ao sistema

CGI e ISAPICGI (Common Gateway Interface) um protocolo que permite a um cliente Web solicitar a execuo de um programa no servidor, passar parmetros e receber a respostaProgramas CGI podem ser escritos em Perl, Python, Java, C/C++ etc.Amplamente utilizado em ambientes UnixPodem apresentar problemas de desempenho e seguranaISAPI (Internet Server Application Programming Interface) foi desenvolvido pela Microsoft para o seu servidor Web IIS (Internet Information Server)ISAPI oferece melhor desempenho, mas exclusivo da Microsoft

JavaLinguagem desenvolvida pela Sun Microsystems, semelhante a C++ e fortemente orientada a objetosNo gera cdigo executvel, mas um cdigo intermedirio, chamado bytecode contido em uma applet JavaNecessita de uma mquina virtual Java (Java Virtual Machine JVM) para interpretar o appletA JVM dependente do sistema operacional, mas a applet pode ser executado em qualquer ambiente, desde que exista uma JVMApplet Java executada no cliente, enquanto a Servlet Java executada no servidorPossui um nvel de segurana razovel quando as classes de segurana esto habilitadas

JavaBytecodeRede

ActiveXActiveX uma tecnologia desenvolvida pela Microsoft para a Web, baseada no OLEUm componente ActiveX pode ser desenvolvido em qualquer linguagem desde que seja suportada na plataforma WindowsO componente fica armazenado em um servidorPara executar um componente no necessrio qualquer tipo de interpretadorOs usurios podem aceitar ou recusar os controles com base em seus certificadosTodos os controles tm acesso completo aos recursos do sistema

ASP, PHP e JSPPermite construir pginas Web dinamicamenteProcessamento feito no servidor WebASP (Active Server Pages) da Microsoft utiliza VBScript como linguagem de programao, objetos COM/COM+ e est limitado ao servidor Windows/IISPHP (Hypertext Preprocessor) gratuito, utiliza uma linguagem semelhante a Java e C, e est disponvel na plataforma LinuxJSP (Java Server Pages) da Sun utiliza Java como linguagem, componentes JavaBeans e pode ser executada em vrios sistemas

Referncias[Soares, 1995] Cap. 15[Tanenbaum, 1996] Cap. 7[Comer, 1995] Cap. 22, 23, 24, 25 e 26

Segurana de RedesRedes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

O que Segurana?ConfidencialidadeIntegridadeAutenticidadeNo repudiaoControle de acessoDisponibilidade

Viso Geral

ProblemasRede TCP/IPNo oferece confidencialidadeNo oferece integridadeNo oferece autenticidadeNo garante quem enviou/recebeu os dadosServidoresClientes

Sniffers

Port Scanning

Intrusion Detection SystemIntrusion Detection System (IDS) so ferramentas que descobrem ataques e ameas em uma rede, alm de respond-losA resposta pode ser um aviso na console do administrador, uma mensagem de email ou pager, desativao de uma conexo de rede, desabilitar uma conta de usurio ou desligar (shutdown) um ou mais sistemasExistem dois tipos: baseados em hostbaseados em rede

FirewallFirewall um dispositivo projetado para previnir que usurios externos acessem a sua rede interna. Este dispositivo pode ser um computador, um roteador ou uma soluo proprietria (hw+sw)Consiste em um conjunto de componentes organizados de uma forma a garantir certos requisitos de segurana

Topologia

FunesServir como ponto nico de entrada na rede. Em um firewall configurado corretamente, somente conexes requisitadas por hosts autorizados so processadas, as demais so descartadasDistinguir pacotes especificos na rede e processar o tratamento adequadoO ponto mais importante na implementao do firewall a construo de um conjunto de regras que reflitam de maneira real e segura o modo como usurios devem acessar a rede externa (Internet) e obter acesso a rede interna (Intranet)

Network LevelPacked filters ou network level firewalls so normalmente roteadores com uma grande capacidade para filtrar pacotesUma vantagem de network level firewalls a facilidade de implementao e o baixo custo, principalmente se o site est permanentemente conectado InternetUsando network level firewalls o administrador pode permitir ou negar acesso ao site baseado em variveis como: endereo de origem, protocolo e nmero de portaUma deficincia dos firewalls-routers que muitos deles esto suscetveis a spoof attacks e tambm tm a sua performance bastante degradada quando as regras de filtro so muito rigorosas e o movimento de entrada e sada de pacotes intenso

Application LevelProxy servers ou application level firewalls so intermediadores das conexes entre a rede interna e externaQuando um usurio se conecta a redes com application gateway firewalls os pacotes IP no so despachados para a rede interna, neste momento acontece uma traduo, onde o gateway atua como um intermediadorPermite implementar autenticao e controle de acesso, logging e auditoriaFiltragem em nvel de aplicaoDiminuio da latncia e melhor utilizao da banda (cache)Conexo mais lenta e exige um software especfico no cliente, em funo do protocolo

Proteo no GatewayFirewallInternetCliente InternoInspeco Anti-Vrus,Vandals, e arquivos atachadosQuarentena

Conceito de VPNRede privada virtual constituda a partir de servios de redes pblicas. Idia: tnel nas redes pblicas usando a criptografia.

Aplicaes de VPNSubstituio de redes privadas baseadas em enlaces dedicados (caras).Formao de comunidades fechadas de Comrcio Eletrnico.Expanso do acesso remoto discado.Interligao entre filiais remotas.Interligao com outras empresas (Extranet).

Servidor de AutenticaoUSERNAME + PASSWORDUSERNAME + PASSWORDUSERNAME + PASSWORD. . .SERVIDOR #1SERVIDOR #2SERVIDOR #N

Servidor de Autenticao

USERNAME + PASSWORDSERVIDORSERVIDORPDCBDCBDCServidor de Autenticao

Segurana de Redes(continuao)Redes de Processamento e Comunicao de Dados - RTP

O que Criptografia?DefinioArte de escrever em cifra ou em cdigoServiosConfidencialidadeIntegridadeAutenticidadeNo repudiao

O Que Criptografia?Criptografia = krypts (oculto) + grpho (escrita): arte de escrever em cifra ou em cdigo.Fonte:UnB.

Sistema Simtrico=f(K,Cifrado)

Sistema Assimtricociframentoassinaturaverificaodeciframento

Assinatura DigitalProblema: baixo desempenho dos algoritmos de chave pblica.

Simtrica x Assimtrica

Vantagens

Desvantagens

Algortmos Simtricos

Apresentam processamento rpido

Exigem canal separado para distribuio de chaves.

Gerenciamento de chave complexo (~n2). Permitem repdio

Algortmos Assimtricos

Permite autenticao via assinatura digital.

Facilitando o gerenciamento de chaves (~2n)

Apresentam processamento lento

Sistemas Hbridos +ciframentoassinatura digital, gerenciamento de chaves

Camada de Rede

Camada de Transporte

SSL e HTTPS

Protocolo SSL

Camada de AplicaoPGP (Pretty Good Privacy)S/MIME (Secure MIME)SET (Secure Electronic Transaction)

Certificado DigitalDocumento eletrnico, assinado digitalmente por uma terceira parte confivel, que associa o nome (e atributos) de uma pessoa ou instituio a uma chave criptogrfica pblica.

O que h num CD?

Exemplo de Certificado

Internet Banking

Internet Banking1. Cliente e banco trocam informaes para definir quais protocolos de segurana utilizar:cripto simt