Informática para Ciências e Engenharias 2012/13. Teórica 6

Informática para Ciências

e Engenharias

2012/13

2

Na aula de hoje...



Revisão: for, if, matrizes, gráficos

•

Cálculo de áreas por Monte Carlo



Introdução às redes de computadores e

à Internet:

•

Redes de computadores e seus protocolos

•

Web

•

Obtenção de dados da Internet usando MATLAB/Octave.

3

4

Estimar π



Círculo de raio 1, área = π

•

quadrado área = 1

•

quarto, área = π/4

5

Estimar π



Algoritmo (Monte Carlo)

•

N pontos ao acaso

•

contar d dentro

•

π ~ (d/N)*4

6

Calculo de áreas por MC



Em geral

•

N pontos ao acaso numa região conhecida que inclua a região de interesse

•

pseudo aleatórios

•

contar quantos incidem na área de interesse

•

a área de interesse será essa fracção, aproximadamente, da área conhecida

•

funciona melhor quanto maior for N e quanto maior for a fracção na área de interesse.

7

Calculo de áreas por MC



Função estimapi

•

recebe o número de pontos a gerar para a estimativa

•

devolve

•

o valor estimado de pi

•

duas matrizes com os pontos (x,y) que calharam dentro e fora da área de interesse, para o gráfico.



Assinatura da função:

8

Cria os vectores de saída (no máximo N linhas) e os

contadores que indicam

quantos pontos e em que linha vamos, em cada caso.

9

Ciclo principal para disparar N pontos

10

Função rand simula números aleatórios (pseudo-aleatória) 0 <= rand < 1 octave:46> rand ans = 0.30517 octave:47> rand ans = 0.73012 octave:48> rand ans = 0.76470 octave:49> rand ans = 0.083024

11

O ponto gerado a cada iteração conta dentro se a distância à origem não ultrapassar a unidade, fora se ultrapassar.

Incrementando as variáveis ixDentro e ixFora mantemos a contagem e o índice do ponto na matriz respectiva.

12

O resultado, a estimativa de π, é o quádruplo da área estimada pela proporção de pontos dentro.

É preciso também

redimensionar as matrizes dos pontos de acordo com o número efectivo de pontos (N linhas era o máximo possível, para evitar

redimensionar as matrizes muitas vezes durante o ciclo).

13

Estimar π



Script de

14

Estimar π

15

Estimar π

16

Estimar π

17

Estimar π

18

Estimar π



Mais pontos,

19

20

Redes de computadores



Um conjunto de computadores pode ser

interligado com o objectivo de trocar

informação e partilhar recursos,

transferindo dados entre si.

•

Exemplo: pesquisa no Google

•

enviamos os termos a pesquisar, usamos os

recursos do motor de pesquisa, obtemos de volta o resultado.

21

Redes de computadores



Numa transferência intervêm dois

computadores e a rede.

•

Nó emissor : produz uma sequência de bytes (mensagem)

•

Nó receptor : recebe essa sequência de bytes

•

A rede, a infraestrutura que inclui

•

Meios de interligação: cabos, atmosfera, …

•

Computadores dedicados a encaminhar a

22

Relação Cliente Servidor

Programa Cliente Programa Servidor

Pedido (request)

Resposta (response)

Um servidor pode servir vários clientes em simultâneo. Por exemplo, Browser Por exemplo, Servidor Web

23

Relação Cliente Servidor

23

 O servidor gere um recurso e fornece um serviço aos clientes

manipulando esse recurso.

 Um servidor Web pode gerir recursos com dados ou programas

que executa por conta dos clientes.

•

Um Servidor FTP ou de email funciona de forma análoga. 3. Servidor envia a resposta Recurso 2. Servidor processa o pedido 4. Cliente processa a resposta

1. Cliente envia pedido

Programa Cliente

Programa Servidor

24

Relação Cliente Servidor

24



Exemplo

•

O browser pede uma página de um blog

•

O servidor do blog recebe o pedido, obtém o conteúdo da base de dados

•

Texto, comentários, imagens, etc

•

O servidor envia essa informação, devidamente estruturada

•

O browser processa a informação e apresenta a página.

25

Relação entre pares

25



Ligação peer-to-peer

•

(par-a-par, ponto-a-ponto, P2P)

•

Neste tipo de relação, todos os participantes funcionam como clientes e como servidores

•

O esforço é partilhado, não exigindo servidores com capacidades especiais

•

Napster foi o primeiro exemplo notório (mas era centralizado)

•

BitTorrent é um dos mais conhecidos, e pode ser descentralizado.

26

Redes de computadores



Nos nós terminais

•

Placa ethernet

•

sinais por cabo

•

Placa Wi-Fi

•

sinais por ondas rádio



Rede local

•

LAN, Local Area Network

•

~1km; os computadores estão ligados directamente.

27

Redes de computadores

 LAN

•

Cobre um edifício, ou edifícios próximos  WAN

•

Wide Area Network

•

Liga redes locais

 Encaminhador

•

Router, gateway

•

máquina dedicada que liga redes diferentes (e.g. LAN a WAN)

28

Redes de computadores

28 28 Nó Nó Nó Router Nó Nó Router Nó Router Ethernet ou WiFI Ethernet ou WiFi

Ligação via satélite

Ligação fibra óptica



Duas LAN ligadas por 3 encaminhadores

29

Redes de computadores



Poder enviar sinais não basta.



É preciso saber

•

Remetente e destinatário

•

Controlar o tráfego

•

Como interpretar o conteúdo, etc.

30

Protocolos Internet



Nível físico

•

Sinais entre os nós da rede

•

Modulação e conversão

31

Protocolos Internet



Nível físico



Nível da ligação

•

Transmissão de conjuntos de bits entre nós da rede

32

Protocolos Internet



Nível físico



Nível da ligação



Nível IP (Internet Protocol)

•

Gere os pacotes de bytes, endereçamento e reencaminhamento

•

A informação é dividida em pacotes (sequências de bytes), encaminhados individualmente ao

destino.

•

Cada máquina tem um endereço e cada pacote

33

Protocolos Internet



Internet Protocol (IP)

•

o protocolo IP (versão 4) especifica um endereço único com 32 bits para cada máquina

•

(128 bits no IPv6)

•

mas permite redes privadas

•

e.g. em cada casa o router doméstico cria uma rede com os endereços 192.168.0.(0 – 255), e o ISP fornece um outro endereço para toda essa rede.

34

Protocolos Internet



Nível físico



Nível da ligação



Nível IP (Internet Protocol)



Nível de transporte (TCP).

•

Gere o transporte de dados, encarregando-se da gestão de pacotes, detecção e

35

Protocolos Internet



Nível físico



Nível da ligação



Nível IP (Internet Protocol)



Nível de transporte (TCP).



Nível da aplicação

•

Protocolos destinados a gerir a comunicação entre aplicações ou com o utilizador.

36

37

Protocolos Internet



Normalmente não vemos endereços IP



Usamos endereços simbólicos

•

Strings associadas aos endereços IP

•

e.g. www.google.com

•

O DNS (Domain Name System) é um sistema hierárquico de servidores que mapeia os

38

Top level domains

Top Level Domain Utilização

biz Negócios

com Comercial (EUA)

edu Educação (EUA)

info Informação

gov Governo (EUA)

mil Militar (EUA)

net Rede

39

Top level domains

39

Fora dos Estados o TLD é o código (com 2 letras) do país.

País TLD pt Portugal uk Reino Unido es Espanha fr França nz Nova Zelândia cn China … …

40

Domain Name System

Domínio raiz Top-level

domains edu gov com … uk pt …

utl unl cmu cs fe fct di google ibm

41

Protocolos Internet



Endereços simbólicos, exemplo

•

nslookup (no command prompt ou consola)

~$ nslookup fct.unl.pt ...

Name: fct.unl.pt

42

Nome do nó

asc.di.fct.unl.pt

Top level domain

(TLD)

Organização

Nome da

máquina

~$ nslookup asc.di.fct.unl.pt ... asc.di.fct.unl.pt

canonical name = di78.di.fct.unl.pt. Name: di78.di.fct.unl.pt

43

Internet



Reenvio de pacotes

•

O remetente envia cada pacote ao router na sua rede.

•

Cada router reenvia os pacotes ao router que (estima) está mais próximo do destinatário

•

Pelo endereço IP e tempos de transmissão

•

Este processo é dinâmico, permitindo gerir o tráfego e contornar falhas pontuais na rede.

•

Eventualmente, o pacote chega a um router que o envia ao destinatário

44

Internet

45

Programas servidores



Nos servidores há programas que esperam

por pedidos (programas servidores)

•

São executados em background, sem interacção directa com utilizadores (deamons)

•

Aguardam pedidos dirigidos a portas específicas

•

Uma porta é um endereço dentro da própria máquina

•

Exemplos

•

Servidor Web (porta 80)

46

Programas servidores



Exemplos:

•

Servidor Web (porta 80)

•

Recursos: ficheiros, programas, páginas dinâmicas

•

Serviços: obter ficheiros e executar programas CGI a pedido do cliente.

•

Servidor FTP (portas 20 e 21)

•

Recursos: ficheiros

•

Serviços: leitura e escrita de ficheiros

•

Servidor de Mail (porta 25, SMTP)

•

Recursos: ficheiro spool de email.

47

Programas clientes



Exemplos:

•

Browser, ftp, ssh,



Encontra o programa servidor

•

Pelo endereço da máquina onde o programa servidor está a ser executado

•

Pela porta associada ao protocolo e serviço

•

e.g. O browser contacta a máquina com aquele endereço IP na porta 80 para o protocolo HTTP.

48

49

World Wide Web



1989

•

Tim Berners-Lee (no CERN) escreve uma proposta para desenvolver um sistema

distribuído de hiper-texto. Ligar uma “web of notes with links” para ajudar os físicos do CERN a partilhar informação em grandes projectos.



1990

•

Tim B-L escreve um browser com interface gráfica.

50

World Wide Web

 A Web (teia)

•

Documentos interligados e sofware para consultar e manipular essa informação.

 Protocolos da Web

•

Protocolos de aplicação que gerem a partilha da informação.

 Página Web

•

Documento com dados e, normalmente, ligações (link) a outros documentos.

 Link (elo)

51

World Wide Web

 Site Web

•

Conjunto de páginas Web relacionadas e, geralmente, armazenadas na mesma máquina.

 Servidor Web - servidor

•

Programa, na máquina que aloja a informação, que responde a pedidos de acesso às páginas Web.

 Browser Web - cliente

•

Ferramenta que pede páginas Web e as mostra.

52

World Wide Web



A Web não é a Internet

•

a Internet inclui muito mais do que a Web

•

a Web existe sobre a Internet



Três elementos centrais da Web são

•

Uniform Resource Locator

•

(ou endereço Web)

•

HTML

•

linguagem das páginas Web

•

HTTP

53

URL: Uniform Resource Locator

http://asc.di.fct.unl.pt/~pm/index.html

Protocolo Máquina Endereço IP:x.x.x.x Nome DNS Ficheiro /home/pm/public-html/index.html 53



Forma normalizada de especificar a

localização de um recurso na Web.

•

Protocolo (pode ser omitido);

•

Nome da máquina;

54

HTML



Hypertext Markup Language (HTML)

•

Linguagem usada para criar páginas Web.

•

é uma markup language porque usa marcas (tags) para anotar a informação.



Tags (marcas)

•

Especificam a interpretação do conteúdo

•

A forma concreta como a informação é

55

HTML

Código fonte da página, HTML

56

HTML

Representação da página pelo browser

57

HTML



Marcas (tags)

•

Colocadas entre os símbolos < e >

•

A marca final distingue-se da inicial pela </..>



Elementos

•

Os elementos da página são definidos por uma marca inicial e final ladeando o conteúdo.

•

e.g. <TITLE>Título</TITLE>

58

HTML



Exemplos

•

<P> ... </P> especifica um parágrafo separado.

•

<BR> indica uma mudança de linha.

•

<CENTER> ... </CENTER> centra o conteúdo.

•

<I> … </I> conteúdo em itálico.

•

<B> … </B> conteúdo em negrito (bold).

•

<HR> insere um separador horizontal a toda a largura da página (mudança de contexto).

59

HTML



Exemplos

•

<UL> … </UL> define uma lista de itens.

•

<LI>…</LI> define um item.

•

<H1> … </H1> Formatação do texto no estilo H1 –relevo máximo (dimensão das letras …).

•

…

•

<H8> … </H8> Formatação do texto no estilo H8 – relevo mínimo.

60

HTML



Nota:

•

No standard HTML5 a ênfase é na semântica e não no aspecto visual.

•

Várias tags foram delegadas para folhas de estilo (e.g. CENTER) ou têm significado

61

HTML



A tag pode ter também atributos

•

informação adicional acerca do elemento.

•

nome-do-atributo="valor"



Exemplo

•

Imagem:

62

HTML



Links (hiper-ligação)

•

Tag A (âncora) 

Exemplo

<A HREF = "http://ssdi.di.fct.unl.pt/ice/b/praticas.html"> página das práticas de ICE-B</A>

63

Protocolo HTTP

Browser Servidor Pedido Resposta GET /index.html HTTP/1.1

Linhas com informação sobre o pedido e o browser Linha em branco

Mais linhas opcionais

200 OK HTTP/1.1

Linhas com informação sobre a resposta e o servidor Linha em branco

Mais linhas opcionais

<html>

…

</html>

Pedidos e respostas são

64

World Wide Web

Utilizador especifica URL, o browser pede o recurso ao servidor, este envia os dados com o texto, imagens, etc.

65

Conteúdo estático



O conteúdo pode ser estático

•

é enviado um ficheiro que existe no servidor

•

Exemplos: ficheiros HTML, imagens, audio clips.

•

URLs para conteúdos estáticos:

•

http://www.cs.cmu.edu:80/index.html

•

http://www.cs.cmu.edu/index.html

•

http://www.cs.cmu.edu

•

Identificam o ficheiro index.html gerido pelo servidor em www.cs.cmu.edu à escuta na porta 80.

66

Conteúdo dinâmico



O conteúdo pode ser dinâmico

•

Quando é pedido um recurso dinâmico, o servidor executa um programa que o gera no momento.

67

68

Acesso a recursos remotos



O MATLAB (e Octave) inclui funções para

aceder a recursos pelo URL

[conteudo, sucesso] = urlread( url )

•

A função urlread acede ao URL url e retorna:

•

na string conteudo o conteúdo obtido;

•

no booleano sucesso o valor true (1), se a operação teve sucesso, e o valor false (0), se a operação não teve sucesso.

69

Acesso a recursos remotos

[nComp,sucesso]=urlwrite(url,nomeFich)

•

A função urlwrite acede ao URL url, grava o conteúdo no ficheiro nomeFich e retorna:

•

na string nComp o nome completo do ficheiro local, incluíndo o caminho;

•

no booleano sucesso o valor true (1), se a operação teve sucesso, e o valor false (0), se a operação não teve

70

71

Exemplo



Wunderground

•

Em http://www.wunderground.com podem consultar-se dados meteorológicos de vários pontos da Terra.

•

Para Lisboa:

•

http://www.wunderground.com/weatherstation/WX DailyHistory.asp?ID=ILISBON2&format=1

72

Exemplo

•

E.g. 23:44 de 24-11-2012: ↵ Time,TemperatureC,DewpointC,PressurehPa,WindDirection,WindDirectionDegrees,WindSpeedKMH, WindSpeedGustKMH,Humidity,HourlyPrecipMM,Conditions,Clouds,dailyrainMM,SoftwareType,DateU TC<br>↵ 2012-11-24 00:03:00,15.9,12.7,1014.1,SSE,166,16.1,16.1,81,0.0,,,0.0,Wunderground v.1.13,2012-11-24 00:03:00, ↵ <br>↵ 2012-11-24 00:08:00,15.9,12.7,1014.1,SSE,157,16.1,25.7,81,0.0,,,0.0,Wunderground v.1.13,2012-11-24 00:08:00, ↵ <br>↵ (…) 2012-11-24 23:43:00,13.7,13.1,1015.5,NE,40,11.3,11.3,96,1.3,,,56.4,Wunderground v.1.13,2012-11-24 23:43:00, ↵ <br>↵

73

Exemplo



Gráfico

•

Processando esta informação pode-se obter o gráfico da temperatura por hora na Portela

•

Mas, por agora,

vamos fazer uma versão simplificada

74

Exemplo



Simplificando:

•

http://asc.di.fct.unl.pt/~pm/meteorologia.txt

•

temperatura ( ºC), Ponto de condensação (º C), pressão (hPa), direcção do vento (código numérico), velocidade do vento (Kph), humidade (%), precipitação (mm/m2)

•

Cada linha corresponde a uma hora (0:00 a 0:59, 1:00 a 1:59, etc...) 8.6,1.9,1029.3,4,1.6,63,0.0; 8.5,1.8,1029.0,4,1.6,63,0.0; 8.0,2.1,1029.0,4,0.0,66,0.0; 7.7,1.9,1029.3,4,0.0,67,0.0; ...

75

Exemplo

 Queremos o gráfico da temperatura média a cada

76

Exemplo

 Compreender o problema  Caracterizar:

•

Entrada: URL

•

Saída: nenhum valor, mas gerar o gráfico

 Tarefas

•

Obter os dados remotos (urlread) e converter numa matriz (como? Já vamos ver...)

•

Desenhar o gráfico

77

Exemplo



Assinaturas das funções

•

(não se esqueçam)

function dados=ledados(url)

function graficotemp(horas,temp)

function temperaturas(url)

78

Exemplo



Converter string em números:

•

str2num _{octave:11> a=str2num(s)}

a = 123 octave:12> a+1 ans = 124 octave:13> mStr='1,2,3;4,5,6;7,8,9' mStr = 1,2,3;4,5,6;7,8,9 octave:14> m=str2num(mStr) m = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 octave:9> s='123' s = 123 octave:10> s+1 ans = 50 51 52

79

Exemplo



Os dados no servidor são fáceis de

converter:

8.6,1.9,1029.3,4,1.6,63,0.0; 8.5,1.8,1029.0,4,1.6,63,0.0; 8.0,2.1,1029.0,4,0.0,66,0.0; 7.7,1.9,1029.3,4,0.0,67,0.0; ...

80

81

Exemplo

octave:8> mat=ledados('http://asc.di.fct.unl.pt/~pm/meteorologia.txt') mat =

8.6000e+00 1.9000e+00 1.0293e+03 4.0000e+00 1.6000e+00 6.3000e+01 0.0000e+00 8.5000e+00 1.8000e+00 1.0290e+03 4.0000e+00 1.6000e+00 6.3000e+01 0.0000e+00 8.0000e+00 2.1000e+00 1.0290e+03 4.0000e+00 0.0000e+00 6.6000e+01 0.0000e+00 7.7000e+00 1.9000e+00 1.0293e+03 4.0000e+00 0.0000e+00 6.7000e+01 0.0000e+00 6.8000e+00 1.5000e+00 1.0297e+03 4.0000e+00 0.0000e+00 6.9000e+01 0.0000e+00 7.0000e+00 9.0000e-01 1.0300e+03 4.0000e+00 1.6000e+00 6.5000e+01 0.0000e+00 6.0000e+00 1.1000e+00 1.0304e+03 4.0000e+00 0.0000e+00 7.1000e+01 0.0000e+00 5.7000e+00 1.3000e+00 1.0310e+03 4.0000e+00 0.0000e+00 7.3000e+01 0.0000e+00 7.3000e+00 3.6000e+00 1.0317e+03 4.0000e+00 0.0000e+00 7.7000e+01 0.0000e+00 8.8000e+00 4.4000e+00 1.0321e+03 4.0000e+00 1.6000e+00 7.4000e+01 0.0000e+00 9.5000e+00 4.9000e+00 1.0321e+03 6.0000e+00 4.8000e+00 7.3000e+01 0.0000e+00 1.1200e+01 5.7000e+00 1.0317e+03 6.0000e+00 0.0000e+00 6.9000e+01 0.0000e+00 1.3500e+01 5.9000e+00 1.0310e+03 1.0000e+00 4.8000e+00 6.0000e+01 0.0000e+00 1.3000e+01 5.4000e+00 1.0304e+03 1.0000e+00 3.2000e+00 6.0000e+01 0.0000e+00 1.3900e+01 6.5000e+00 1.0300e+03 6.0000e+00 9.7000e+00 6.1000e+01 0.0000e+00 1.3500e+01 7.1000e+00 1.0304e+03 4.0000e+00 1.1300e+01 6.5000e+01 0.0000e+00 ...

82

Exemplo

octave:9> ledados('xpto')

Ooops... alguma coisa falhou em ledados. ans = [](0x0)

83

84

Exemplo



Testar graficotemp:

85

86

Exemplo



Testar:

87

88

Trabalho Prático 1



Obter dados de um servidor (URL)



Processar os dados

•

matrizes, cálculos, …



Gerar um gráfico

89

Trabalho Prático 1



Aulas

•

Apoio nas semanas 8-12 e 15-19



Entregas

•

Versão intermédia, 14 de Abril

•

não conta para nota

•

para “ensaiar” e para seguirmos o progresso

•

Versão final

•

Limite: 21 de Abril, recomendado: ~19 de Abril

90