Aula 1

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Aula 1

  1. 1. Redes de computadoresPor: Henrique Quirino SilvaAula 01- Conceitos Básicos• LANs• Ethernet• Token Ring• Modelo OSI
  2. 2. O que são redes?◉ Conjunto de dois ou mais dispositivos (nós) que usamum conjunto de regras em comum para compartilharrecursos (hardware, dados, mensagens)◉ Exemplos de rede• Rede local de um domícilio• Rede telefônica• Internet◉ Exemplos de dispositivos (ou nós)• Computadores• Impressoras• Switches• Roteadores
  3. 3. Endereçamento◉ Cada dispositivo tem uma identificação única, ou seja,um endereço◉ Os endereços se comunicarão via rede, por meio dosprotocolos de transmissão◉ Na Internet, endereços utilizados são IP, do protocoloTCP/IP
  4. 4. Protocolo◉ Protocolos definem as regras de construção deum pacote, criando uma linguagem comumentre diferentes máquinas, que inclui:• Endereços• Correções de erros• Regras de reconstrução de pacotes• Controle de fluxo
  5. 5. 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
  6. 6. 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
  7. 7. Classificação das redes• Por área geográfica• Por topologia da rede
  8. 8. 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
  9. 9. Classificação por áreaOutras 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.
  10. 10. Classificação por área
  11. 11. Classificação por topologia◉ Barramento• Computadores compartilham cabo único• Dados são recebidos por todos, mas só a máquina de destinoaceita• 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.
  12. 12. Classificação por topologia◉ Anel• Estações conectadas por um único cabo, em forma de círculo.• Conceito de Token para transmissão• Falha em um computador impacta toda rede
  13. 13. Classificação por topologia◉ Malha• Utiliza vários segmentos de cabos• Oferece redundância e confiabilidade• Dispendiosa• Geralmente utilizada em conjunto com outras topologias
  14. 14. Classificação por topologia◉ 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
  15. 15. Formas de transmissão◉ Simples• Ocorre em apenas uma direção.• Exemplo: TV Aberta.◉ Half-Duplex• Ocorre em ambas as direções, mas um evento decada vez• Exemplo: Rádio amador.◉ Full Duplex• Recepção e envio ocorrem simultaneamente• Exemplo: TV a cabo
  16. 16. Colisões◉ Ocorrem quando dois ou mais computadores enviamdados ao mesmo tempo• Ocorre somente em half-duplex.◉ CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / CollisionDetection)• Dispositivos são avisados da colisão e aguardamtempo aleatório para retransmitir• Não efetivo em redes muito longas ( a detecçãoé 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
  17. 17. ◉ Prioridade de demanda• Surgiu com as redes Fast Ethernet.• Padrão IEEE 802.12.• Se dois computadores enviam pedidos ao mesmotempo, o switch atenderá primeiro o pedido commaior prioridade.• Se a prioridade é idêntica, são servidos comalternância.Colisões
  18. 18. Cabeamento
  19. 19. • Usados nas redes com topologia de barramento• Baixo custo, alta flexibilidade• Utiliza conectores BNC• Necessita terminador na redeCabeamento - Coaxial
  20. 20. • 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: RJ45Cabeamento – Par Trançado
  21. 21. ◉ 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 maisbarata• Núcleo maior permite uso de lasers mais baratos• Conectores mais confiáveis e baratosCabeamento – Fibra Óptica
  22. 22. Cabeamento – Fibra Óptica
  23. 23. Modelo OSI
  24. 24. ◉ Padronização de protocolos e padrões pela ISO paraInterconexão de sistemas abertos◉ Sistema aberto, não vinculado a hardware◉ Sozinho não define arquitetura da rede (Não diz comofazer, 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.Modelo OSI
  25. 25. ◉ Camadas parceiras se comunicam por um objetochamado entidade da camada◉ Entidade pode ser elemento de hardware ou desoftware◉ Entidade significa: Capacidade de comunicação• Ex: Protocolo IP, roteador, etc◉ Comunicação entre camadas verticais: Serviços◉ Comunicação entre camadas horizontais: ProtocolosCamadas - Comunicação
  26. 26. Camadas
  27. 27. Camadas OSICamada Exemplos FuncionalidadesAplicação E‐mail, Web, ftp, etc AplicaçõesApresentação Encriptação e compressãode dadosSessão Controlar as sessõesTransporte TCP/UDP Conectividade virtual pontoa pontoRede IP, X.25 RoteamentoEnlace Ethernet, PPP, ATM Comunicação comcorreção de errosFísica Transmissão do sinal
  28. 28. Camada Física◉ Fluxo de bits pelo meio físico◉ Totalmente orientada a HW e trata dos aspectos dolink 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
  29. 29. 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 piorque perda de dados (Ex. Voz)• Sem conexão com reconhecimento: Mais confiável – framesincorretos são descartados e retransmitidos• Orientado à conexão: Garante entrega dos quadros na ordem corretae “error free” à camada de rede◉ Subcamadas MAC (acesso ao meio) e LLC (interface com asdemais camadas e controle de erros e de fluxo)
  30. 30. 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 próximonó◉ Funções principais• Endereçamento• Roteamento• Tradução de endereços lógicos em físicos (enlace)• Controle de congestionamento◉ Normalmente não orientado à conexão, mas podeexistir o contrário• Ex. Protocolo X.25
  31. 31. 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
  32. 32. Camada de sessão◉ Conexão entre duas aplicações que residem emcomputadores diferentes◉ Gerenciamento do “diálogo” entre essas máquinas◉ Pontos de sincronização• Ex. Transmissão de um arquivo muito grande ou envio demensagens de correio◉ Atividade – cada ponto de sincronização é umaunidade de diálogo. Cada grupo de unidades é umaatividade◉ Estabelece direitos de atividades prioritárias (acessosde administrador, por exemplo)
  33. 33. 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
  34. 34. 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
  35. 35. 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 sãoenviados◉ No host de destino, acontece o procedimento inverso
  36. 36. 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
  37. 37. Redes Ethernet
  38. 38. 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 parestrançados◉ Frames com tamanhos variando entre 64 e 1518bytes. 18 bytes são usados pelo próprio frame.
  39. 39. ◉ Topologia lógica: barramento◉ Uso de CSMA/CD em half duplex◉ Camada MAC faz encapsulamento e transmissão dosframes◉ Pacotes enviados a toda a rede◉ MTU – Maximum transfer Unit – delimita o tamanhomáximo do frameRedes Ethernet - Características
  40. 40. Redes Ethernet - Frame◉ Preamble: seqüência de bytes para sincronizarcomunicação◉ 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
  41. 41. Padrões Ethernet – 10Mbps◉ 10BaseT• Sistema de sinalização – barramento (normalmentese configura estrela ‐ hub)• Cabo par trançado UTP ou STP• Nós finais da rede: Os computadores• Segmento máximo: 100 metros
  42. 42. Padrões Ethernet – 10Mbps◉ 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 4repeaters• Performance melhora caso se divida os segmentos(bridges)
  43. 43. Padrões Ethernet – 10Mbps◉ 10Base5• Cabo coaxial grosso• Segmento máximo: 500 metros• Máximo de 100 nós (computadores erepetidores) por segmento• Máximo de 5 segmentos interligados por 4repeaters• Comum utilização de coaxiais finos e grossos namesma rede (Tv a Cabo)
  44. 44. Padrões Ethernet – 10Mbps◉ 10BaseFL• Cabo coaxial grosso• Fibra óptica• Vantagem: Grande comprimento• Desvantagem: Custo• Segmento máximo: 2 km
  45. 45. Fast Ethernet – 100Mbps◉ 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
  46. 46. Gigabit Ethernet◉ Norma: Operação full duplex, com switches◉ Com half duplex:• Carrier extension para que o frame atinja tamanho mínimo de 512bytes; ou• Frame bursting: envia múltiplos pequenos frames até o limite de1500 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
  47. 47. Padrões Gigabit Ethernet◉ 1000‐BaseT• Utiliza os 4 pares do cabo UTP• Auto negociação é requerida• Padrão bastante sensível ao cabeamento• Cabos cat 5 de baixa qualidade geram errosde conexão◉ 1000‐BaseTX• Utiliza apenas 2 pares do cabo UTP• Exige UTP Cat 6• Menos sucesso comercial (mais caro e a exigênciacat.6)
  48. 48. 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
  49. 49. 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
  50. 50. 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
  51. 51. Auto Negociação◉ Alta complexidade por várias taxas de dados econfigurações de duplex diferentes◉ Utilizados em cabos de par trançado (fibra ótica nãosuporta)◉ Assim que o link for detectado, o processo começa◉ É negociada sempre a melhor combinaçãovelocidade/duplex possível
  52. 52. Redes Token Ring
  53. 53. Redes Token Ring◉ Criada pela IBM nos anos 80◉ Características• Topologia em anel estrela (anel lógico em que o anel físico estáno 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
  54. 54. 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 àmáquina 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 umadireção (horário ou anti‐horário)• Monitoração ou beaconing: Feito pelo primeiro computadorque fica online, assegura entrega dos frames e existência deapenas um token na rede
  55. 55. 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.

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