Redes - Conceitos Básicos

Redes ‐ Aula 1
Conceitos Básicos
LANs, Ethernet, Token ring e Modelo OSI
Prof. Rodrigo Coutinho –
prof.rodrigo.coutinho@gmail.com
1

O que são redes?
Conjunto de dois ou mais dispositivos (nós) que usam
um conjunto de regras em comum para compartilhar
recursos (hardware, dados, mensagens)
Exemplos de rede
Rede local de um domícilio
Rede telefônica
Internet
Exemplos de dispositivos (ou nós)
Computadores
Impressoras
Switches
Roteadores
2

Endereçamento
• Cada dispositivo tem uma identificação única, ou seja,
um endereço
• Os endereços se comunicarão via rede, por meio dos
protocolos de transmissão
• Na Internet, endereços utilizados são IP, do protocolo
TCP/IP
3

Protocolo
• Protocolos definem as regras de construção
de um pacote, criando uma linguagem
comum entre diferentes máquinas, que
inclui:
– Endereços
– Correções de erros
– Regras de reconstrução de pacotes
– Controle de fluxo
4

Serviços de rede
Conjunto de operações implementadas por um protocolo
Cada serviço pode ser usado por diferentes aplicações
Uma aplicação também pode usar vários serviços
Ex. Browser de internet
Serviços orientados à conexão
Estabelece conexão prévia à transmissão dos dados
Gera uma comunicação de dados confiável
Possibilita correção de erros e controle de fluxo
Gera overhead na comunicação
Serviços sem conexão
Envia dados sem conhecimento prévio
Mais rápido
Menos confiável, pois não há garantia de entrega
5

Meios
• Ambiente físico usado para conectar os nós de
uma rede
• Meios físicos são variados:
– Cabo coaxial
– Cabo par trançado
– Fibra óptica
– Ondas de rádio
– Infravermelho
– Outros meios
6

Classificação das redes
• Por área geográfica
• Por topologia da rede
7

Classificação por área
LAN (Local Area Network)
Permite a conexão de equipamentos em uma pequena
região (até 5‐10km)
Encontrada em lares e escritórios de empresas
MAN (Metropolitan Area Network)
Área de abrangência pouco maior que as LANs
Considere uma empresa na mesma cidade, com várias
sedes
WAN (Wide Area Network)
Geograficamente distribuída
Altos custos de comunicação
Velocidades menores
8

• Outras redes:
• SAN (Storage Area Network) – rede exclusiva
para armazenamento de dados
• GAN (Global Area Network) – Coleções de
redes de longa distância ao longo do Globo
9

10

Classificação por topologia
• Barramento
– Computadores compartilham cabo único
– Dados são recebidos por todos, mas só a máquina de destino aceita
– Somente 1 computador por vez pode transmitir dados
– Se houver ruptura no cabo, toda rede é afetada
– Está em desuso, com popularização da Ethernet/estrela
11

• Anel
– Estações conectadas por um único cabo, em forma de círculo
– Conceito de Token para transmissão
– Falha em um computador impacta toda rede
12

• Malha
– Utiliza vários segmentos de cabos
– Oferece redundância e confiabilidade
– Dispendiosa
– Geralmente utilizada em conjunto com outras topologias
13

• Estrela
– Topologia mais comum na atualidade
– Utilizam hubs e switches para intercomunicação
– Falha em um cabo não paralisa toda rede
– Ponto único de falha: Switch ou Hub
14

Formas de transmissão
Simplex
Ocorre em apenas uma direção
Ex. TV Aberta
Half‐Duplex
Ocorre em ambas as direções, mas um evento de cada
vez
Ex. Rádio amador
Full Duplex
Recepção e envio ocorrem simultaneamente
Ex. tv a cabo
15

Colisões
Ocorrem quando dois ou mais computadores enviam
dados ao mesmo tempo
Ocorrem somente em half‐duplex
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision
Detection)
Dispositivos são avisados da colisão e aguardam tempo aleatório
para retransmitir
Não efetivo em redes muito longas ( a detecção é feita pela
estação que irá transmitir)
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision
Avoidance)
Manda um “aviso” de transmissão
Mais eficaz, porém aumenta o tráfego na rede
16

Colisões
• Prioridade de demanda
– Surgiu com as redes Fast Ethernet
– Padrão IEEE 802.12
– Se dois computadores enviam pedidos ao mesmo
tempo, o switch atenderá primeiro o pedido com
maior prioridade
– Se a prioridade é idêntica, são servidos com
alternância
17

Cabeamento ‐ Coaxial
• Usados nas redes com topologia de barramento
• Baixo custo, alta flexibilidade
• Utiliza conectores BNC
• Necessita terminador na rede
18

Cabeamento – Par trançado
• Tecnologia mais comum na atualidade
• Pode ser blindado (STP) ou não (UTP)
• Tamanho máximo: 100 metros
• Cat 5 – certificada para 100 Mbps / Cat 5e – 1 Gbps
• Conector: RJ45
19

Cabeamento – Fibra
Tecnologia mais cara, mas atinge maiores distâncias
Fibra monomodo
Caminho único do feixe de laser
Usada para comunicação de longa distância
Mais difícil conexão – núcleo da fibra é mais fino
Fibra multimodo
Diversos caminhos para o feixe
Usada para distâncias mais curtas
A fibra é mais cara, mas a implementação é mais barata
Núcleo maior permite uso de lasers mais baratos
Conectores mais confiáveis e baratos
20

Cabeamento – Fibra
21

Modelo OSI
Padronização de protocolos e padrões pela ISO
para Interconexão de sistemas abertos
Sistema aberto, não vinculado a hardware
Sozinho não define arquitetura da rede (Não diz
como fazer, apenas o que fazer)
Divisão em 7 camadas
“Dividir para conquistar”
Estabelece uma interface bem definida entre as
camadas
Vantagens: Implementação independente das
camadas; Reutilização de código; Adaptabilidade
22

Camadas ‐ comunicação
Camadas parceiras se comunicam por um objeto
chamado entidade da camada
Entidade pode ser elemento de hardware ou de
software
Entidade significa: Capacidade de comunicação
Ex: Protocolo IP, roteador, etc
Comunicação entre camadas verticais: Serviços
Comunicação entre camadas horizontais:
Protocolos
23

Camadas
24

Camadas OSI
25
Camada Exemplos Funcionalidades
Aplicação E‐mail, Web, ftp, etc Aplicações
Apresentação Encriptação e
compressão de dados
Sessão Controlar as sessões
Transporte TCP/UDP Conectividade virtual
ponto a ponto
Rede IP, X.25 Roteamento
Enlace Ethernet, PPP, ATM Comunicação com
correção de erros
Física Transmissão do sinal

Camada física
Fluxo de bits pelo meio físico
Totalmente orientada a HW e trata dos aspectos do
link físico entre dois computadores
Define, dentre outras coisas:
Técnica de transmissão dos dados (half duplex, etc)
Pinagem do conector
Níveis do sinal elétrico
Como estabelecer e cancelar a conexão
Não trata:
Significado do que está sendo transmitido
Erros de transmissão
26

Camada de enlace
Detecta e corrige os erros de transmissão da camada física
Controle de Fluxo
Delimitação de quadros
Bits são organizados em frames, com frame check sequence
FCS – Controle de erros (CRC, etc)
Fornece ao nível de rede 3 tipos de serviços:
Sem conexão e sem reconhecimento: Demora na transmissão é pior
que perda de dados (Ex. Voz)
Sem conexão com reconhecimento: Mais confiável – frames incorretos
são descartados e retransmitidos
Orientado à conexão: Garante entrega dos quadros na ordem correta e
“error free” à camada de rede
Subcamadas MAC (acesso ao meio) e LLC (interface com as demais
camadas e controle de erros e de fluxo)
27

Camada de rede
Transparência com relação às camadas inferiores
Função: Transporte de pacotes
Comunicação se torna ponto a ponto
Nos níveis anteriores, comunicação era apenas com o próximo
nó
Funções principais
Endereçamento
Roteamento
Tradução de endereços lógicos em físicos (enlace)
Controle de congestionamento
Normalmente não orientado à conexão, mas pode existir o
contrário
Ex. Protocolo X.25
28

Camada de transporte
• Principal função: garantir confiabilidade dos
dados
• Particionamento da mensagem em
segmentos
• Garante a comunicação entre os hosts
– Reconhece o recebimento de pacotes
– Controle de fluxo
– Sequenciamento e retransmissão de pacotes
– Pode ser orientado ou não à conexão
29

Camada de sessão
Conexão entre duas aplicações que residem em
computadores diferentes
Gerenciamento do “diálogo” entre essas máquinas
Pontos de sincronização
Ex. Transmissão de um arquivo muito grande ou envio de
mensagens de correio
Atividade – cada ponto de sincronização é uma
unidade de diálogo. Cada grupo de unidades é uma
atividade
Estabelece direitos de atividades prioritárias (acessos
de administrador, por exemplo)
30

Camada de apresentação
• Um grande “tradutor”
• Define formato para trocas de mensagens
• Funções principais
– Tradução de protocolos
– Conversão de padrões (ASCII, ANSI, etc)
– Criptografia
– Compressão de dados
31

Camada de aplicação
• “Janela” onde as aplicações conversam com
a rede
• Identificação dos parceiros na comunicação
• Determinação dos níveis de serviço
aceitáveis
– Retardo, tempo máximo de espera, taxa de
erro tolerável
• Segurança de acesso e integridade dos
dados
32

Relacionamento entre camadas
• Comunicação virtual entre pares de camadas
• Pacotes são encapsulados da camada mais alta até a mais
baixa, adicionando informações em cada camada
• O processo se repete até a camada física, onde os dados são
enviados
• No host de destino, acontece o procedimento inverso
33

PDU
• Protocol Data Unit
• É a informação transmitida como uma unidade em uma rede,
que pode transportar informações de controle ou dados
• Conforme a camada do modelo OSI, tem diferentes nomes:
– Camada física – bit
– Camada de enlace – frame (quadro)
– Camada de rede – packet (pacote)
– Camada de transporte – segmento
– Demais – dados
34

Redes Ethernet
Camada 2 do modelo OSI
Utilizada em pequenas e grandes redes
Padronizado pela IEEE – especificação 802.3
Velocidade: 10/100 Mbps e 1/10 Gbps
Pode utilizar tanto cabos coaxiais quanto pares
trançados
Frames com tamanhos variando entre 64 e 1518
bytes. 18 bytes são usados pelo próprio frame
35

Redes Ethernet ‐ Características
• Topologia lógica: barramento
• Uso de CSMA/CD em half duplex
• Camada MAC faz encapsulamento e
transmissão dos frames
• Pacotes enviados a toda a rede
• MTU – Maximum transfer Unit – delimita o
tamanho máximo do frame
36

Redes Ethernet ‐ Frame
• Preamble: seqüência de bytes para sincronizar comunicação
• SOF – Start of frame: delimitador
• Endereços: usam os MACs das placas
• Type: Indica o tipo, para formatos opcionais
• Dados: Dados propriamente ditos
• FCS: Checagem de CRC
• Tamanho do frame: 64 (mín.) ou 1518 (máx) bytes
– Jumbo Frames: Não aceito pela ISO 802.3, permite até 9000 bytes
37

Padrões Ethernet 10 Mbps
• 10BaseT
– Sistema de sinalização – barramento
(normalmente se configura estrela ‐ hub)
– Cabo par trançado UTP ou STP
– Nós finais da rede: Os computadores
– Segmento máximo: 100 metros
38

10Base2
Cabo coaxial fino
Segmento máximo: 185 metros
Comprimento mínimo: 0,50 metros entre estações
Máximo de 30 computadores por segmento
Máximo de 5 segmentos interligados por 4
repeaters
Performance melhora caso se divida os segmentos
(bridges)
39

• 10Base5
– Cabo coaxial grosso
– Segmento máximo: 500 metros
– Máximo de 100 nós (computadores e repetidores)
por segmento
– Máximo de 5 segmentos interligados por 4
repeaters
– Comum utilização de coaxiais finos e grossos na
mesma rede (Tv a Cabo)
40

• 10BaseFL
– Fibra óptica
– Vantagem: Grande comprimento
– Desvantagem: Custo
– Segmento máximo: 2 km
41

Fast Ethernet 100 Mbps
Mantém formato do frame, MTU e mecanismos
MAC
Capacidade de operação full duplex
Aumento de velocidade e eliminação de colisões
100BaseTX ou FX (Fast Ethernet)
TX: Cabos par trançado cat 5
○ São usados apenas 2 pares (Pinos 1e2; 3e6)
FX: Fibra ótica multimodo
Extensão do padrão original 10BaseT (CSMA/CD)
Full Duplex (802.3x) – somente switches
Topologia física em estrela
42

Gigabit Ethernet
Norma: Operação full duplex, com switches
Com half duplex:
Carrier extension para que o frame atinja tamanho
mínimo de 512 bytes; ou
Frame bursting: envia múltiplos pequenos frames até
o limite de 1500 bytes, sem controle CSMA/CD entre
frames
Utiliza fibra ótica ou par trançado
Cabos UTP mínimos de categoria 5
Cat 5e ou 6 são recomendados
Velocidade 1 Gbps
Usado para grandes backbones, no início
43

Padrões Gigabit Ethernet
1000‐BaseT
Utiliza os 4 pares do cabo UTP
Autonegociação é requerida
Padrão bastante sensível ao cabeamento
Cabos cat 5 de baixa qualidade geram erros de
conexão
1000‐BaseTX
Utiliza apenas 2 pares do cabo UTP
Exige UTP Cat 6
Menos sucesso comercial (mais caro e a exigência cat.
6)
44

Padrões Gigabit Ethernet
1000‐BaseCX
Padrão inicial do GbE
Utiliza cabos STP
Distância máxima: 25m
1000‐BaseLX
Fibra ótica com laser de comprimento de onda longo
Especificação: 5km; Na prática: até 10 ou 20 km
Funciona também na fibra multimodo: 550m
1000‐BaseSX
Fibra ótica multimodo com comprimento de onda curto
Especificaçao: 220m; Prática: até 550m
Popular para ligação intra‐edifício em largas corporações
45

10G Ethernet
Suporta apenas full duplex
Não suporta half duplex e nem CSMA/CD
Conexões apenas com switches
Hubs e pontes não são usados
Cabos UTP mínimos de categoria 6
Categoria 6a recomendada
Velocidade 10 Gbps
Usado para backbones de corporações
Utiliza fibra ótica ou cabos UTP/STP
46

Padrões 10G Ethernet
10GBASE‐T
Cabos par trançado UTP ou STP
Distância: 100m
Autonegociação também presente
10GBASE‐SR
Fibra ótica multimodo(Short Range)
Distância típica: até 85m
10GBASE‐LR
Fibra ótica monomodo (Long Range)
Distâncias típicas: 10 a 25 km
47

Autonegociação
• Alta complexidade por várias taxas de dados e
configurações de duplex diferentes
• Utilizados em cabos de par trançado (fibra
ótica não suporta)
• Assim que o link for detectado, o processo
começa
• É negociada sempre a melhor combinação
velocidade/duplex possível
48

Redes Token Ring
• Criada pela IBM nos anos 80
• Características
– Topologia em anel estrela (anel lógico em que o
anel físico está no HUB)
– Método de acesso baseado na passagem do Token
– Cabo par trançado UTP ou STP (specs IBM)
– Taxa de Transferência de 4 e 16 Mbit
49

Redes Token Ring
Funcionamento
Token percorre a rede até que uma estação se apodera
Apenas a máquina que detém o token pode transmitir
O frame percorre o anel até a máquina de destino e o
retorno à máquina de origem com o status
Máquina de origem então libera o Token
Só há um Token por anel e ele só percorre a rede em uma
direção (horário ou anti‐horário)
Monitoração ou beaconing: Feito pelo primeiro
computador que fica online, assegura entrega dos frames e
existência de apenas um token na rede
50

Redes Token Ring
Cabeamento
IBM 1,2 e 3
MSAU = Hubs da tecnologia
Conectores de interface de mídia para cabos tipo 1 e 2
RJ‐45 para tipo 3
Fibra ótica também é utilizada (maiores custo e
alcance)
Utilização bastante restrita atualmente
Gerenciamento mais oneroso
Congestionamento das pontes
Velocidade inferior aos principais concorrentes
51

Exercícios – Aula 1 ‐ Cabeamento
(Susep/06 – Esaf) 71‐ Analise as seguintes afirmações relacionadas às
especificações que definem as características funcionais, mecânicas e
elétricas para rede local Ethernet.
I. Uma rede local 10Base2 e uma 10Base5 utilizam, respectivamente, cabo
coaxial grosso e fino.
II. Uma rede local 10Base‐T utiliza cabo coaxial fino com conector BNC, ou
cabo coaxial grosso.
III. Uma rede local 10Base‐T utiliza cabos categorias 3, 4 e 5 com conectores
RJ‐45.
IV. Uma rede local 100Base‐TX utiliza cabo trançado, categoria 5, e conectores
RJ‐45.
Opção que contém todas as afirmações verdadeiras.
a) I e II b) II e III
c) III e IV d) I e III
e) II e IV
52

Exercícios – Aula 1 ‐ Topologia
(Pref. Vitória/07 – CESPE) 51. Uma rede de computadores pode ter
topologia em malha, estrela, barramento ou anel, podendo, ainda,
assumir formas híbridas. Em redes com topologia em estrela, cada
máquina é diretamente ligada a cada uma das outras máquinas da rede.
(STF/08 – Cespe) 82. A topologia de uma rede de computadores indica
como as estações na rede são interconectadas. Em uma topologia em
anel, a rede tipicamente contém repetidores interligados por enlaces
físicos ponto a ponto, formando um anel, cada repetidor participa em dois
enlaces e os dados circulam no anel.
(TJPA/2006 – Cespe) Nas redes locais usando o padrão IEEE 802.5 (voltado
para redes do tipo token ring), emprega‐se o mecanismo conhecido como
binary exponential backoff para tratar colisões entre diferentes estações
que tentem competir simultaneamente pelo acesso ao meio
compartilhado, da mesma forma como ocorre na Ethernet.
53

Exercícios – Aula 1 ‐ Ethernet
• (FUB/2008 – Cespe) 80 As redes ethernet, definidas no padrão IEEE 802.3 não possuem
mecanismos de detecção de colisão.
• (FUB/2008 – Cespe) 81 O endereço de uma interface de rede ethernet, denominado
endereço MAC (medium access control), possui 32 bits.
• (ABIN/2004 – Cespe)94. O emprego de concentradores de cabeamento (hubs) em rede
ethernet com cabeamento 10baseT permite mudar a localização física de estações da
rede e detectar quebras de cabos de forma mais simples que nas redes com cabeamento
10base2 ou 10base5.
• (Cohab/2004 – Cespe) O padrão IEEE 802.3 define um conjunto de tecnologias para
redes locais (LAN) conhecidas pelo termo genérico ethernet. Essas redes têm como
característica a utilização de um protocolo de acesso ao meio sem contenção e com
controle de transmissão pela emissão de tokens.
54

Exercícios – Aula 1 – Quadro Ethernet
• (TCU/2008 – Cespe) 135 Ao avaliar a camada física de um dos segmentos
da rede da organização, o analista identificou as seguintes características:
o método de acesso ao meio é CSMA/CD, o meio de transmissão é cabo
de par trançado com fios de cobre e a transmissão de quadros apresenta
um preâmbulo, indicador de início de quadro, endereços, tamanho e
seqüência de validação. Nesse situação, é possível que a rede da
organização seja do tipo Eth ernet IEEE 802.3.
• (STF/2008 – Cespe) 87 Nas redes que adotam o padrão IEEE 802.3, a
técnica de controle de acesso ao meio denomina‐se CSMA/CD. Os dados
são transmitidos em quadros (frames) MAC, que contêm, entre outras
informações, um preâmbulo para sincronização e endereços da origem e
do destino do quadro.
55

Exercícios – Aula 1 ‐ Gigabit
• (Pref. Rio Branco/2007 – Cespe) 87. O gigabit Ethernet
permite taxas de transmissão na ordem de 1 Gbps. Por esse
motivo, o padrão gigabit Ethernet não pode ser utilizado
sobre cabos UTP.
• 88 O padrão 1000Base‐LX é definido para fibras monomodo.
• (STJ/2004 – Cespe) No formato do quadro gigabit‐ethernet, o
campo de extensão (extention field) possui tamanho
invariante pré‐fixado que permite garantir uma mínima
duração de transmissão do quadro, o que é necessário para a
operação em modo halfduplex a 1.000 Mbps.
56

Exercícios – Aula 1 ‐ OSI
• (TSE/2006 – Cespe) Julgue os seguintes itens referentes ao modelo OSI da ISO.
• I Uma entidade pode se comunicar com entidades em camadas acima ou abaixo no mesmo
sistema. Uma entidade implementa protocolos que possibilitam a comunicação com outras
entidades na mesma camada em diferentes sistemas.
• II A camada de enlace provê a transferência confiável de dados entre sistemas conectados via
múltiplos enlaces. Protocolos nessa camada podem garantir a sincronização e a detecção de
erros, mas não o controle de fluxo.
• III A camada de rede provê uma comunicação que independe das tecnologias de chaveamento
e de transmissão usadas. Protocolos na camada de rede não podem ser responsáveis por
estabelecer, manter e encerrar conexões.
• IV A camada de transporte possibilita a comunicação confiável para a troca de dados entre
processos em diferentes sistemas. O tamanho e a complexidade de um protocolo de
transporte dependem dos serviços da camada de rede.
• V A camada de apresentação define a sintaxe usada entre entidades de aplicação e possibilita
a seleção e modificação da representação usada. Essa camada resolve diferenças nos
formatos e representações dos dados.
• A quantidade de itens certos é igual a
• A 1.B 2.C 3.D 4.
57

Redes - Conceitos Básicos

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (20)

Semelhante a Redes - Conceitos Básicos

Semelhante a Redes - Conceitos Básicos (20)

Redes - Conceitos Básicos