Teleprocessamento de redes

Tele-Processamento e Redes
(Redes de Computadores)
Prof. Fábio Moreira Costa
Capítulo 1

Introdução
 Usos de redes de computadores e suas implicações
 Hardware de redes: visão geral
 LANs, MANs, WANs, PANs, SANs
 Tecnologias de interconexão (com fio, sem fio, broadcast)
 Software de redes: visão geral
 Protocolos de rede: hierarquias, camadas
 Serviços: interfaces, primitivas, com e sem conexão
 Modelos de referência: OSI, TCP/IP
 Exemplos de redes e serviços de comunicação
 Capítulo 1, Tanenbaum
2
Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG

Comentários Iniciais
 No princípio: computadores isolados, sem
comunicação
 Cenário intermediário: computadores
(mainframes) com terminais conectados a eles
através de linhas telefônicas ou canais
dedicados
 Relação mestre-escravo
 Atualmente: convergência das tecnologias de
computação e comunicações
 Conectividade em rede tornou-se a regra
3

Rede de Computadores
 Uma coleção interconectada de computadores
autônomos.
 Interconectividade: computadores capazes de
trocar informações
 Cabo de cobre, fibra ótica, micro-ondas, satélite, etc.
 Autonomia: computadores são independentes
entre si
 Nenhuma relação do tipo mestre-escravo: em geral, um
computadore não pode controlar outros na rede
4

Rede de Computadores (2)
5
[Coulouris,Dolimore&Kindberg, 2001]
intranet
ISP
desktop computer:
backbone
satellite link
server:

network link:




Redes vs. Sistemas Distribuídos
 Sistema Distribuído: mascara a existência de
múltiplos computadores autônomos
 Transparência: a rede se passa por um sistema
computacional unificado - um uniprocessador virtual
 O sistema operacional distribuído (ou middleware) se
encarrega dos problemas relativos à distribuição
 Rede de computadores: uso explícito dos recursos
na rede
 Ex.: login, acesso a arquivos remotos, disparo de
processos remotos, aspectos de localização
 Uma questão de software
6

Usos de Redes de
Computadores
 Em empresas
 compartilhamento de recursos
 elevada confiabilidade e disponibilidade
 economia - fator custo/desempenho
 meio de comunicação
 Indivíduos
 acesso a informações remotas
 meio de comunicação
 entretenimento
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Implicações Sociais
 Privacidade
 Segurança
 Sobrecarga de informações
 ex.: e-mail spams
 Facilidade de se publicar idéias
 mais quantidade do que qualidade
 Questões éticas
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Algumas Novas Aplicações
 Correio eletrônico
 Multimídia e Hipermídia distribuída
 Grupos de discussão
 Teleconferência
 Ensino à distância
 Comércio eletrônico
 Jogos interativos à distância
 TV interativa
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Hardware de Redes
 Classificações de redes
 Redes de broadcast vs. ponto-a-ponto
 Área de cobertura da rede
 Redes locais (LAN)
 Redes metropolitanas (MAN)
 Redes de longa distância (WAN)
 Redes de área pessoa (PAN)
 Redes de área de sistema (SAN)
 Redes sem-fio vs. redes com fio
 Inter-redes (internetworks)
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Redes de Broadcast (difusão)
 Todas as estações conectadas a um meio físico
compartilhado
 Mensagens (pacotes) enviados por uma
estação são vistas por todas as demais
 Endereçamento:
 para destinos específicos: unicasting
 Mensagens endereçadas para outras máquinas são
ignoradas
 para todas as estações: broadcasting
 para grupos de estações: multicasting
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Redes ponto-a-ponto
 Conexões dedicadas interconectam pares de
estações
 Mensagens precisam passar por estações
intermediárias até chegar ao destino
 roteamento
 caminhos alternativos
 Em geral: unicasting
 Broadcasting/Multicasting: requer o envio de
múltiplas mensagens
12

Área de Cobertura de uma Rede
13
 0.1m: multiprocessadores, máquinas data flow
 1m: multicomputadores
 1-10m: redes de área de sistema (SAN), cluster,
redes de área pessoal (PAN)
 10-1000m: redes locais (LAN)
 10Km: redes metropolitanas (MAN)
 > 100Km: redes de longa distância (WAN),
redes globais (ex.: Internet)

Redes Locais (LAN)
 Área de cobertura limitada
 Dentro de uma área física
 Dentro de uma instituição
 Permite suposições sobre:
 atrasos de transmissão, padrões de uso
 Simplifica o projeto e gerenciamento
 Meios de transmissão
 Meios compartilhados (broadcast)
 Cabos de cobre, fibra ótica, rádio
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Redes Locais (2)
 Desempenhos típicos
 Taxas de transmissão: 10Mbps – 1Gbps
 1 megabit = 1.000.000 bits (não 220 bits!)
 Atrasos de transmissão: da ordem de dezenas de
microssegundos
 Taxa de erros: 10-6 – 10-9
 Topologias
 Barramento
 Anel
15

Redes Locais (3)
16

Redes Locais (4)
 Controle de acesso ao meio
 Estático
 Reservar fatias de tempo fixas para cada estação
transmitir
 Dinâmico
 Centralizado: um nó central da rede dertermina qual
estação será a próxima a transmitir, com base em algum
algoritmo de alocação
 Descentralizado: cada estação decide quando transmitir ou
não
 Algoritmos (distribuídos) de controle de contenção
Teleprocessamento e Redes – Prof. Fábio M. Costa – Instituto de Informática – UFG 17

Redes Metropolitanas
 Versão ampliada de uma rede local
 Meio compartilhado, controle de acesso ao meio, etc
 Protocolos e estruturas especiais para lidar
com distâncias maiores
 Tipicamente sem elementos de chaveamento
 Uma única rede física (ex. um par de cabos)
 Atualmente:
 Tecnologias LAN / WAN têm ganhado terreno no
contexto de redes metropolitanas

Redes Metropolitanas (2)
 Exemplo clássico
 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) – IEEE 802.6 MAN

Redes de Longa Distância (WAN)
 Extensão geográfica
 Dois tipos de hardware:
 Hosts: processamento de aplicação
 Estações de trabalho, sistemas terminais (end systems)
 Sub-Rede de comunicação (subnet): dedicada à condução
de mensagens entre hosts
 Linhas de comunicação (canais, circuitos, troncos)
 Elementos de comutação (chaveamento): computadores
especializados usados para interconectar duas ou mais linhas de
transmissão
 Ponto-a-ponto

WANs – Elementos de
Comutação
 Designações alternativas:
 nós de comutação de pacotes
 sistemas intermediários
 centrais de comutação de dados
 roteadores
 Recebem dados (pacotes) por meio de uma linha de
transmissão e os re-transmitem por meio de outra
 Roteamento de pacotes
 Host de origem  nós intermediários  host de destino
 Store-and-forward, comutação de pacotes

WANs – configuração típica

WANs – Topologias

Redes Sem Fio (wireless)
 Mobilidade + Conectividade
 Dispositivos móveis
 PDAs, notebooks, telefones celulares
 Aplicações móveis
 Escritório portátil, serviços de emergência, etc...
 Alternativa a redes com cabeamento
 Em edifícios antigos/históricos
 Distâncias variadas (tecnologias diferentes)
 poucos metros: LANs (802.11), PANs (Bluetooth)
 a alguns kilômetros: WANs (sitema móvel celular)

Redes Sem Fio (2)
 Taxas de transmissão mais baixas que em
redes com cabeamento
 2Mbps a 11Mbps tipicamente (até 54Mbps)
 Taxas de erros mais altas
 Interferência de sinal, caminhos múltiplos
 Problemas de segurança

Inter-Redes (Internetworking)
 Conectando redes independentes e
possivelmente incompatíveis para formar uma
teia de redes
 Gateways: resolvem as incompatibilidades (de
hardware e software) entre as redes
interconectadas
 Conversão de protocolos, tipos de serviço,
endereçamento, etc.

Interconexão de Redes
Gateway
Rede de
Interconexão

Software de Redes
 Hierarquias de protocolos e camadas
 Interfaces (entre camadas ajacentes) e
serviços
 Serviços orientados a conexão e sem conexão
 Primitivas de serviço
 Serviços Vs. Protocolos

Hierarquias de Protocolos
Objetivo: Estratificar
a rede em camadas,
de forma a simplificar
o
projeto/implementação
Uma camada utiliza
serviços da camada
inferior e oferece
serviços para a
camada superior
Camada n
Camada n-1
Requisita
serviço
Fornece
serviço

Hierarquias de Protocolos (2)
 Em cada máquina, o hardware/software de
redes é estruturado em camadas
 A camada n em uma máquina “conversa” com
a camada n em outra máquina
 Protocolo da camada n: acordo mútuo sobre como
a comunicação deve proceder (na camada n)
 Regras de formatação e tipos de pacotes, ordem dos
pacotes, etc.
 Detalhes de camadas inferiores são abstraídos

 Camadas adjacentes interagem
através de interfaces bem
definidas
 Operações e serviços que a camada
inferior oferece à camada superior
 Contribui para a independência entre
as implementações das camadas
 A implementação de uma camada pode
ser substituída por outra implementação
sem afetar as camadas adjacentes
 Desde que a interface seja preservada!
Camada n
Camada n-1
( )
Interface

 Arquitetura de rede:
 Conjunto de camadas e protocolos
 Pilha de protocolos
 Especificação completa para garantir a
interoperabilidade de implementações diferentes
com respeito ao protocolo de cada camada
 Não são parte da arquitetura:
 Detalhes de implementação
 Especificação das interfaces entre camadas

Hierarquias de Protocolos:
Uma Analogia

Hierarquia de Protocolos:
Fluxo de Informações

Camadas de Protocolos:
Aspectos de Projeto
 Identificação e endereçamento
 Transmissores e receptores
 Regras de transferência de dados
 Simplex
 Half-duplex
 Full-duplex
 Controle de erros de transmissão
 Protocolos para detecção e correção de erros
t1 t2

Aspectos de Projeto (2)
 Ordem das mensagens
 Numeração seqüencial
 Re-ordenação
 Controle de fluxo
 Protocolo de acknowledgement
 Fixar um limite à taxa de transmissão
 Tamanho das mensagens aceitas pela camada
 Quebra e re-montagem de mensagens longas
 Combinação e desmembramento de msgs. curtas

Aspectos de Projeto (3)
 Multiplexação
 Uso de uma mesma conexão para transmitir
múltiplas “conversações” entre processos diferentes
 Roteamento
 Definir o caminho pelo qual mensagens trafegarão
para atingir o destino

Interfaces e Serviços:
Terminologia

Interfaces e Serviços:
Terminologia
Entidade
da camada
n+1
Entidades
pares
n+1-PDU
IDU
ICI SDU
SDU’
n-PDU
SDU”
n-PDU
SDU
Interface
ICI
IDU
A camada n oferece um serviço à camada n+1

Serviços Orientados a Conexão
 Uma conexão precisa ser estabelecida antes
que mensagens individuais sejam transmitidas
 A conexão permanece aberta enquanto durar a
transmissão das mensagens (sessão)
 A conexão é fechada quando a sessão terminar
 Todas as mensagens transmitidas por uma
conexão estão sujeitas ao mesmo tratamento
 Propriedades da conexão, rota associada, etc.
 A ordem das mensagens é preservada

Serviços sem Conexão
 Cada mensagem individual
 é independente das demais
 contém o endereço completo do destino
 pode ser roteada por um caminho diferente
 A ordem das mensagens pode ser alterada
(incidentalmente)
 Às vezes chamado de serviço de datagrama

Qualidade de Serviço
 Confiabilidade
 nível de perda e/ou “embaralhamento” de
mensagens
 Serviços orientados a conexão são tipicamente
confiáveis neste sentido
 baseados em seqüências de mensagens
 baseados em fluxo de bytes
 overhead adicional para estabelecer a conexão
 garantia de alta confiabilidade: acknowledgement
 Embora nem toda aplicação possa aceitar o overhead

Qualidade de Serviço (2)
 Em serviços de datagrama (sem conexão)
 Tipicamente não confiáveis
 As mensagens têm uma boa probabilidade de serem
entregues ao destino, mas sem garantias
 Serviço de datagrama confiável: acknowledgement
 Em um nível mais elevado: request-reply
 Típico em sistemas cliente/servidor
A B

Tipos de Serviço: Resumo

Primitivas de Serviço
 Usadas pela entidade da camada n+1 para
determinar a ação de serviço a ser executada
pela entidade da camada provedora (n)
 Classificação das primitivas comuns
Primitiva Significado
Requisição Uma entidade requer que o serviço realize alguma tarefa
Indicação Uma entidade é informada sobre a ocorrência de um evento
Resposta Uma entidade quer responder a um evento (ou requisição)
Confirmação A resposta a uma requisição anterior foi recebida

Primitivas de Serviço - Exemplo
CONNECT.response
CONNECT.confirm
DATA.request
DATA.indication
DATA.request
DATA.indication
...
DATA.request
DATA.indication
DISCONNECT.request
DISCONNECT.indication
Computador 1 Computador 2
CONNECT.indication
CONNECT.request

Primitivas de Serviço: Visualização
em Camadas
CONNECT.response
CONNECT.confirm
DATA.request
DATA.indication
DATA.request
DATA.indication
...
DATA.request
DATA.indication
Computador 1 Computador 2
CONNECT.indication
CONNECT.request
camada n+1 camada n
DISCONNECT.request
DISCONNECT.indicatio
camada n
camada n+1

Primitivas de Serviços
1- CONNECT.request
2- CONNECT.indication
3- CONNECT.response
4- CONNECT.confirm
5- DATA.request
6- DATA.indication
3- DISCONNECT.request
4- DISCONNECT.indication
Legenda:

Serviços vs. Protocolos
 Serviço:
 Conjunto de primitivas que uma camada provê para a
camada imediatamente superior
 Definido pela interface entre as duas camadas
 Protocolo:
 Conjunto de regras governando o formato e o significado das
mensagens (ou quadros, ou pacotes) trocadas entre
entidades pares em uma mesma camada
 Relacionado com a implementação do serviço
 Dois conceitos distintos/independentes

Modelos de Referência
 OSI-RM
 TCP/IP

O Modelo de Referência OSI
 Padrão ISO (International Organization for
Standardization)
 Conexão de sistemas abertos
 Sistemas capazes de se comunicar utilizando
protocolos e serviços padrão (não-proprietários)
 Divide uma arquitetura de redes em camadas
 Sete camadas no total
 Valor histórico-didático atualmente
 Implementações não atingiram o mercado

O Modelo de Referência OSI
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OSI: Princípios para definição
das camadas
 Cada camada define um nível de abstração diferente
 Cada camada realiza uma função bem definida
 Protocolos padronizados internacionalmente em cada camada
 Minimizar o fluxo de informações entre camadas
 Número de camadas
 Grande o suficiente para não misturar funções diferentes
 Pequeno o suficiente para não dificultar o projeto e implementação de
uma arquitetura de redes
 OSI-RM não define uma arquitetura de redes em si
 Apenas a funcionalidade associada a cada camada
 Padrões complementares da ISO: protocolos e serviços para as camadas

OSI: Camada Física
 Transmissão de bits “crus” em um canal de
comunicação
 Um bit transmitido como 1 deve ser recebido como 1 (e não
0) do outro lado do canal
 Níveis de voltagem para representar 1s e 0s
 Duração do sinal correspondente a cada bit
 Direcionalidade da transmissão   
 Estabelecimento e término de conexões
 Interface física
 Aspectos mecânicos, elétricos e procedurais
 Meio físico de transmissão

OSI: Camada de Enlace
 Prover um canal lógico de comunicação
 Livre de erros não detectados
 Estruturado
 Fluxo de dados é segmentado em quadros (frames) transmitidos
seqüencialmente
 Delimitadores de início e fim de quadros
 Padrões de bits especiais
 Com reconhecimento de quadros transmitidos/recebidos
 Quadros especiais de acknowledgement (ACK)
 Evitar a perda de quadros

Camada de Enlace: Problemas a
serem resolvidos
 Delimitação de quadros
 Perda e adulteração de quadros
 Detecção e correção de erros
 Retransmissão
 Duplicação de quadros retransmitidos
 Ex.: se o reconhecimento de um quadro for perdido
 Transmissão eficiente de quadros de ACK
 Piggybacking: ACKs pegam carona em quadros transmitidos no sentido
oposto ao dos quadros sendo reconhecidos
 Controle de acesso ao meio: Sub-camada MAC

OSI: Camada de Redes
 Controle da operação da sub-rede
 Roteamento
 Controle de congestionamento
 Contabilização de uso da rede (para efeitos de custo)
 Conexão de redes heterogêneas
 conversão de protocolos, endereços, etc.

OSI: Camada de Transporte
 Segmentação de mensagens
 Em unidades (pacotes) menores que possam ser
tratadas pela camada de redes
 Se necessário
Camada de
Transporte
Camada de
Redes
Mensagem
Pacotes

Camada de Transporte (2)
 Multiplexação de várias conexões de transporte
em uma única conexão da camada de redes (a)
 Uso de várias conexões em nível de rede para
transmitir uma única conexão de transporte (b)
Camada de Transporte
Camada de Redes
Camada de Transporte
Camada de Redes
(a) (b)

 Tipo de serviço provido à camada superior
 Conexão ponto-a-ponto confiável (livre de erros)
 Datagrama (mensagens isoladas), sem garantias de
ordenação
 Broadcast de mensagens para múltiplos destinos

 Comunicação fim-a-fim
 Entre processos localizados em máquinas diferentes
 Um nível adicional de endereçamento
Host A
Host B
Conexão de rede
Conexão de transporte

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