O documento descreve as redes de comunicação de dados, incluindo sua história, modelos computacionais, modelo cliente-servidor, classes de redes, normalização, arquiteturas de camadas (OSI), topologias de cablagem e conceitos relacionados.

1. O que é uma Rede de Comunicação de Dados? É um conjunto de dispositivos que podem armazenar e manipular dados em formato electrónico, interligados de forma a que os seus utilizadores possam guardar, ler, processar e partilhar informação.

2. História e conceitos básicos dos Sistemas Distribuídos Cada um dos 3 últimos séculos foi dominado por uma única tecnologia: Séc. XVIII: grandes sistemas mecânicos Séc. XIX: máquinas a vapor Séc. XX: armazenamento, processamento e distribuição de informação Bem mais jovem que outras indústrias, a dos computadores sofreu em poucos anos uma espectacular evolução, quer a nível do desempenho, tamanho, preço e/ou facilidade de utilização. A evolução também se reflectiu na forma de usar e organizar os computadores.

3. História e conceitos básicos dos Sistemas Distribuídos Modelo computacional centralizado Existência de uma sala com um grande computador ( mainframe ) onde todas as operações informáticas são centralizadas Um único computador serve todas as necessidades computacionais de uma organização (com n utilizadores) Principais características: Assenta num sistema fechado (soluções proprietárias) Custo elevado Elevada fiabilidade

4. História e conceitos básicos dos Sistemas Distribuídos Modelo computacional baseado em computadores independentes A rápida evolução capacidade/preço dos PC tornam-nos na base computacional de milhares de empresas Evolução do hardware e diminuição dos seus custos => génese do PC ( Personal Computer ) Anos 70 Anos 80 O PC começa a apresentar capacidades de processamento e armazenamento suficientes para ser utilizado em pequenas empresas e escritórios Anos 90 Os PC apresentam baixo custo e desempenhos elevados, correm a maior parte das aplicações de que as empresas necessitam

5. História e conceitos básicos dos Sistemas Distribuídos Modelo computacional baseado em computadores independentes Principais características: Assenta em sistemas abertos O PC é uma unidade autónoma (cada qual com o seu software e base de dados independente) Permite tarefas distribuídas Não existe partilha de recursos Baixo custo

6. História e conceitos básicos dos Sistemas Distribuídos Modelo computacional baseado nas redes de computadores Principais características: Redução de custos por partilha de recursos. Distribuição mais rápida e eficiente da informação. Melhor fiabilidade do sistema informático. Melhoria da capacidade de resposta da organização.

7. Modelo Cliente-Servidor e serviços comuns Modelo Cliente-Servidor Modelo conceptual adoptado para disciplinar, orientar, o projecto e a implementação de aplicações que estão funcionalmente separadas em processos distintos. Os servidores são mais potentes que os clientes e com um sistema operativo de processamento paralelo. Processo Cliente: Solicita serviços (envia pedidos ao servidor) Processo Servidor: Fornece serviços (atende os pedidos, processa e responde)

8. Modelo Cliente-Servidor e serviços comuns Exemplos de serviços Serviço de ficheiros Serviço de impressão Acesso (leitura/escrita) a ficheiros armazenados no servidor Acesso a uma impressora remota gerida pelo servidor

9. Modelo Cliente-Servidor e serviços comuns Exemplos de serviços Serviço de base de dados Serviço de comunicações Acesso base de dados gerida pelo servidor Acesso a outras redes, serviço de e-mail

10. Classes de redes de comunicação de dados Dimensão e funcionalidade LAN – Local Area Network Limitadas a um edifício ou campus (poucos Kms) Elevada velocidade Privadas (meios próprios) Ligações simples entre dispositivos LAN DDCBranco

11. Classes de redes de comunicação de dados Dimensão e funcionalidade MAN – Metropolitan Area Network Tipicamente interligam LAN Áreas metropolitanas (poucas dezenas de KM) Velocidade superior às LAN Privadas / pública Ligações mais complexas Tecnologia idêntica às LAN MAN Castelo Branco

12. Classes de redes de comunicação de dados Dimensão e funcionalidade WAN – Wide Area Network Áreas mais vastas (centenas ou milhares de Kms) Várias organizações Tem sistemas de comutação Ligações mais complexas WAN Portugal

13. Normalização do equipamento e software Porquê a existência de normas? Interacção de produtos de diferentes fabricantes Maior mercado Maior qualidade Diminuição dos preços A normalização permite que dispositivos de diferentes fabricantes possam interagir, eliminando-se assim os problemas de incompatibilidade Vantagens

14. Normalização do equipamento e software Aspectos normalizados nas redes de comunicação de dados Características mecânicas e eléctricas do meio de transmissão Método de acesso ao meio Estabelecimento de um canal de comunicação fiável Encaminhamento da informação entre redes Aplicações finais

15. Normalização do equipamento e software Instituições de normalização ISO ( International Organization for Standardization ) www.iso.ch Instituição internacional de normalização. Produção de normas que abrangem um número vasto de assuntos. Responsável pelo modelo OSI EIA ( Electronic Industries Association ) Fabricantes de equipamento electrónico. Responsável pela norma RS232 IEEE ( Institute of Electrical and Electronic Engeineers ) www.ieee.org Maior organização de profissionais de Eng.ª Electrotécnica e de Computadores. Responsável pela maior parte das normas das LAN – 802.x ETSI ( European Telecomunications Standards Institute ) www.etsi.fr Criado pela Comissão Europeia, cujos membros são fabricantes e operadores de telecomunicações da U.E. ICP (Instituto das Comunicações de Portugal) www.icp.pt Normaliza as telecomunicações no nosso país. Entre outros, é responsável pela acreditação de técnicos de instalação de redes telefónicas e pela atribuição de canais de frequência aos operadores de telecomunicação

16. Normalização do equipamento e software Conceito das arquitecturas de camadas A interligação de computadores em rede não tem sido fácil Muitos problemas a equacionar Multiplicidade de funções A forma encontrada de atacar essa complexidade foi agrupar as funções de uma rede em sub-conjuntos designados por CAMADAS Totalidade de funções necessárias para uma correcta transmissão de dados Função ... Função1, 2 Função 5 Função 3, 4 Função ...

17. Normalização do equipamento e software Modelo OSI ( Open Systems Interconnection ) Norma criada pelo ISO É um modelo para sistemas abertos com 7 camadas Permite a comunicação entre aplicações ou processos situados em diferentes computadores 1 – Ligação física 2 – Ligação de dados 3 – Rede 4 – Transporte 5 – Sessão 6 – Apresentação 7 – Aplicação 1 – Ligação física 2 – Ligação de dados 3 – Rede 4 – Transporte 5 – Sessão 6 – Apresentação 7 – Aplicação Meio físico de transmissão Utilizador Utilizador Canais virtuais

18. Modelo OSI Princípio aplicado a cada uma das 7 camadas Cada camada define um nível de abstracção diferente Cada camadas desempenha funções bem definidas As funções em cada camada devem ser escolhidas com o objectivo de definição de protocolos normalizados Às camadas superiores são atribuídas funções de nível lógico mais elevado Às camadas inferiores são atribuídas funções de menor abstracção, mais próximas das acções físicas Uma camada presta serviço à camada superior, utilizando para isso serviços de nível inferior As camadas não agem ou servem apenas como intermediárias . Cada qual tem funções a cumprir e só depois encaminha os dados Camada N+1 Camada N Camada N-1 Serviço de camada N

19. Modelo OSI Conceito de hierarquia É possível agrupar as camadas em dois conjuntos: Camadas superiores são auxiliares na comunicação. Limitam-se a fornecer valor acrescentado ao serviço prestado pela camada de transporte Camadas inferiores são responsáveis pela criação de uma infra-estrutura de comunicação fiável 1 – Ligação física 2 – Ligação de dados 3 – Rede 4 – Transporte 5 – Sessão 6 – Apresentação 7 – Aplicação Utilizador

20. Modelo OSI Camada 1 – camada ligação física Preocupa-se com a transmissão de bits através de um canal de comunicação Não fornece garantias quanto à fiabilidade da transmissão É onde se encontram definidas as características físicas/mecânicas (fichas, tomadas, cabos) e eléctricas (níveis de tensão/potência utilizados, duração do bit, ligar/desligar) da interface entre os dispositivos Exemplo de normas RS232 RDIS

21. Modelo OSI Camada 2 – camada ligação de dados (ou lógica) Definição das regras utilizadas para enviar e receber informação através da camada física Tem de assegurar uma ligação livre de erros Codifica e empacota os dados em tramas Métodos de acesso ao meio Responsabilidade de detectar erros e controlo de erros Controlo de fluxo de tramas: Ajustar velocidade de transmissão/recepção Retransmissões Confirmar recepção de tramas, anular tramas duplicadas

22. Modelo OSI Camada 2 – camada ligação de dados (ou lógica) Esta camada encontra-se dividida em 2 sub-camadas: MAC – Medium Access Control LLC – Logical Link Control Exemplo de protocolos HDLC ( High Level Data Link Control ) Driver Ethernet Token Ring Sub-camada MAC Sub-camada LLC Camada 2

23. Modelo OSI Camada 3 – camada de rede Responsável pelo encaminhamento de pacotes e comutação Gestão de problemas de congestionamento Interligação de redes de tecnologias diferentes Exemplo de protocolos IP ( Internet Protocol ) X.25 IPX ( Internetwork Packet Exchange )

24. Modelo OSI Camada 4 – camada de transporte Isola as camadas superiores das mudanças nas tecnologias de hardware Responsável por complementar o serviço oferecido pela camada 3 Tem como função básica receber dados da camada de sessão, parti-los em unidades mais pequenas e passá-los à camada de rede, assegurando que chegam correctamente ao seu destino: Controlo de alto nível: controlo de erros, prioridades e mecanismos de segurança sofisticados Serviço de qualidade e precisão: ligações orientadas à ligação entre dois sistemas Controlo de sequência de pacotes: caminho virtual seguro Exemplo de protocolos TCP ( Internet Transmission Control Protocol ) UDP ( Internet User Datagram Protocol ) SPX ( Sequenced Packet Exchange ) NetBIOS/NetBEUI

25. Modelo OSI Camada 5 – camada de sessão Transporta dados de forma ordinária como a camada de transporte, mas fornece também uma série de serviços mais avançados: Estabelecimento de sessões (ligações lógicas) : Início de uma sessão => estabelecimento de uma ligação física; Após quebra de ligação física, a ligação lógica pode ser retomada com uma nova ligação física; ou sem desfazer a ligação física esta pode suportar várias sessões distintas (ex.: conversa telefónica) Sincronismo: esta camada fornece mecanismos de reconhecimento lógico; o facto da informação ser recebida não significa que esta tenha sido processada, ou correctamente processada, podendo ser necessário retransmitir Gestão de diálogos: é necessário gerir quem transmite e a que instante pois convém que cada um dos intervenientes transmita de cada vez

26. Modelo OSI Camada 6 – camada de apresentação Resolve diferenças no formato e apresentação de dados, i. e., faz a conversão de códigos Para as máquinas se entenderem, esta camada define os dados de forma abstracta Assim, os dados são transmitidos e recebidos na “linguagem” ASN.1 ( Abstract Syntax Notation )

27. Modelo OSI Camada 7 – camada de aplicação Para esta camada ficou tudo o que de específico cada aplicação possa ter Podemos ter tantos protocolos como tipos de aplicação POP3, SMTP ou IMAP para e-mail FTP para transferência de ficheiros ...

28. Modelo OSI Unidades de dados Quer os serviços, quer os protocolos levam à troca de dados As camadas adjacentes trocam entre si SDU ( Service Data Units ) As camadas homólogas trocam entre si PDU ( Protocol Data Units ) Dado que a progressão da informação se faz de forma vertical, as PDU de uma camada (N+1) são passadas dentro de SDU da camada N, i. e., as unidades de dados de uma camada são encapsuladas dentro de dados da camada inferior SDU PDU Camada N+1 Camada N Camada N Física Lógica Rede Transporte Sessão Apresentação Aplicação

29. Cablagem estruturada Motivação – redes estruturadas As infra-estruturas de cablagem são usadas para a interligação de equipamento de rede Nos edifícios e campus são normalmente implementados sistemas de cablagem normalizados, compostos por vários níveis hierárquicos que garantam o máximo de longevidade da instalação Permite a correcta operação do equipamento e a gestão e expansão futura de uma rede

30. Cablagem estruturada Topologia física das redes Estrutura de ligação física dos cabos que interligam os diferentes dispositivos que formam a rede local de computadores O tipo de topologia condiciona a instalação dos componentes da rede

31. Cablagem estruturada - topologia Ligação ponto a ponto Existem apenas dois dispositivos ligados entre si

32. Cablagem estruturada - topologia Ligação em BUS Todos os dispositivos da rede estão ligados a um único cabo – partilham o mesmo canal de transmissão Existem também BUS duplos Tem baixos custos, mas fraca fiabilidade Cabo principal do BUS

33. Cablagem estruturada - topologia Ligação em estrela Todos os dispositivos da rede estão ligados a um ponto central –concentrador ( hub ) ou comutador ( switch ) Se o ponto central se avaria (muito improvável) toda a rede é afectada Necessita grandes quantidades de cabo, mas é de grande fiabilidade Estrela distribuída Estrela

34. Cablagem estruturada - topologia Ligação em anel As permissões de uso do meio passam de um dispositivo para outro de forma circular, apesar da configuração física ser normalmente em estrela Cada estação actua como um repetidor O acesso ao meio é controlado por uma trama especial, testemunho ( token ), que circula pelas estações de acordo com um dado algoritmo O anel pode ser simples ou duplo Fraca fiabilidade

35. Cablagem estruturada - topologia Ligação em árvore Pequenos grupos ligados em estrela ou BUS a um concentrador que por sua vez está ligado em estrela ou BUS a outros concentradores em estrela ou BUS Existem vários níveis hierárquicos