Fundamentos de Rede
Contextualização
• Séculos XVIII e XIX - Revolução Industrial
– máquinas mecânicas, taylorismo, fábricas
– hierarquia, centralização da decisão, mainframes
• Séculos XX e XXI - Era do conhecimento (obtenção,
processamento e distribuição)
– sistema telefônico
– redes de rádio e televisão – satélites
– nascimento e maturação da indústria da computação – redes de computadores e sistemas distribuídos
Contextualização
Ano Evento
1838 Introdução do telégrafo (Samuel Morse)
1876 Invenção do telefone (Alexander Graham Bell)
1897 Invenção do telégrafo sem-fio (Guglielmo Marconi) 1906 Invenção da válvula (Lee De Forest)
1938 Broadcasting da televisão
1940-45 Invenção do RADAR 1948 Invenção do transistor
1959 Invenção do circuito integrado
1962 Telstar, satélite de comunicação comercial, lançado 1968 Introdução da fibra ótica
Terminologia
• Teleprocessamento: processamento à distância (telecomunicações + processamento)
• Necessidade de se utilizar recursos e capacidades de um computador central em localidades distantes
• Termo oriundo da centralização do poder de processamento (mainframe)
• Hoje em dia, temos vários sistemas autônomos (com poder de processamento) interligados, formando uma Rede de
Computadores
• Teleprocessamento = Comunicação de Dados para esta disciplina
Terminologia
CPU terminal terminal terminal CPU terminal terminal FILIAL meio de transmissão MATRIZ MATRIZ CPU centralizada CPU centralizada e terminais descentralizados (teleprocessamento)Evolução
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente
através de um meio de transmissão?
– teoria da informação, amostragem, processamento de sinais, multiplexação, correção de erros, controle de fluxo...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente
através de uma rede de comunicação
– comutação de pacotes, teoria das filas...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente
através de redes interconectadas de comunicação?
– internetworking, sistemas distribuídos...
50-60
60-70
Evolução
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente
através de um meio de transmissão?
– teoria da informação, amostragem, processamento de sinais, multiplexação, correção de erros, controle de fluxo...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente
através de uma rede de comunicação
– comutação de pacotes, teoria das filas...
• Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente
através de redes interconectadas de comunicação?
– internetworking, sistemas distribuídos...
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Nosso problema...
A
B
meio de transmissãodispositivo
dispositivo
Engenharia de Comunicação
Comunicação de Dados
Como transmitir bits de maneira confiável e eficiente através de um meio de transmissão?
Revisão Unidades
Telecomunicações (vazão) 1Kbps = 1000 bps = 103 bps 1Mbps = 1000000bps = 106 bps 1Gbps = 1000000000bps = 109 bps Informática (tamanho) 1KB = 1024 bytes = 8192 bits 1MB = 1048576 bytes 1GB = 1073741824 bytes Tempo 1ms = 10-3s 1s = 10-6s 1ns = 10-9s Exercício:Calcule o tempo necessário para enviar um arquivo de 1,5MB em em enlace ótico de 50Gbps.
Modelo de Comunicação
• Fonte
– gera os dados a serem transmitidos
• Transmissor
– converte os dados em sinais transmissíveis
• Sistema de Transmissão
– transmite os dados
• Receptor
– converte os sinais recebidos em dados
• Destino
Teleprocessamento
Tarefas de um sistema de comunicação
Flow control – controle de
fluxo
Network management
Error detection and correction
Detecção e correção de erros
Security
Exchange management – ger.
da troca de dados
Message formatting – formato
da mensagem
Synchronization - sincronismo
Recovery – recuperação da
conexão
Signal generation
Geração do sinal
Routing – escolha de rotas
Interfacing - conexão
Addressing - endereçamento
Transmission system utilization
Modelo simplificado de comunicação
1) envio de mensagem de correio
eletrônico
Redes de Comunicação de Dados
• A comunicação ponto-a-ponto às vezes não é
prática
– Dispositivos estão distantes
– Grande número de dispositivos pode necessitar de várias conexões
• A solução é uma rede de comunicação de
dados
– Wide Area Network (WAN) – Local Area Network (LAN)
Taxonomia para as redes
• Quanto à tecnologia de transmissão
– Redes broadcast – Redes ponto-a-ponto
• Quanto a escala
– LANs – MANs – WANsRedes broadcast
• Redes compostas por um meio físico compartilhado por todas as máquinas da rede
• Mensagens enviadas por uma máquinas são “escutadas” por todas as máquinas da rede
– campo de endereço para determinar o destinatário da mensagem
• Valores especiais para indicar que:
– mensagem é destinada a todas as máquinas da rede (broadcast) – mensagem é destinada a um sub-conjunto de máquinas (multicast)
• Tendência
Redes ponto-a-ponto
• Redes compostas por um conjunto de conexões entre
vários pares de máquinas
• Para ir da fonte ao destino, um pacote deve passar
por uma série de máquinas intermediárias
• Múltiplas rotas, de diferentes tamanhos, são possíveis
– algoritmo de roteamentos desempenham papel importante• Tendência
Possíveis topologias (redes ponto-a-ponto)
a) estrela b) anel c) árvore d) completa (full-meshed) e) anéis c/ intersecção f) irregularLANs - Local Area Networks
• Redes geograficamente limitadas (prédios ou
campus) pertencendo normalmente a uma mesma
organização (poucos km)
• Utilizadas para conectar computadores pessoais e
estações de trabalho para o compartilhamento de
informações e recursos
• Apresentam altas taxas de transmissão de dados,
baixa taxa de erros e tendem a utilizar broadcast
• Exemplos
– Redes Ethernet (IEEE 802.3) – Redes Token Ring (IEEE 802.5)
MANs - Metropolitan Area Networks
• Resultado de uma expansão de uma ou mais LANs
em um local geograficamente próximo (cidade)
• Rede privada ou pública
• Pode suportar voz e dados
– rede de televisão a cabo pode ser considerada MAN
• Não contém elementos de comutação
• Exemplos:
– IEEE 802.6 (DQDB - Distributed Queue Dual Bus) – Redes ATM Metropolitanas
MANs - Metropolitan Area Networks
WANs - Wide Area Networks
• Redes que cobrem grandes áreas geográficas (estado,
país, continente)
• Geralmente utiliza meios compartilhados (comuns)
– backbones, satélites, cabos óticos transoceânicos
• hosts (end-systems) comunicam-se através de uma
sub-rede destinada somente ao tratamento dos
aspectos da comunicação (ex: sistema telefônico)
• sub-rede = linhas de transmissão + equipamentos de
comutação (ou roteadores)
WANs - Wide Area Networks
WANs - Wide Area Networks
• Comutação de circuitos (circuit switching)
– Há o estabelecimento de uma sessão (=reserva de recursos) antes da transmissão dos dados
– A informação é comutada sempre pelo mesmo caminho dentro da rede – Sem informação de endereçamento (a sessão já foi aberta entre os dois
pontos)
– Multiplexação determinística - menor eficiência na alocação de recursos – Ex: Sistema telefônico
WANs - Wide Area Networks
• Comutação de pacotes (packet switching)
– Sem estabelecimento de conexão a priori
– A informação é dividida em pacotes independentes e comutada em cada elemento interno
– Cada pacote pode trafegar por caminhos diferentes até chegar ao seu destino
– Cada pacote carrega informações de endereçamento
– Multiplexação estatística - maior eficiência na alocação de recursos
Rede de redes (internetwork)
• Conjunto de redes interconectadas entre si
– redes diferem entre si em hardware e software
– necessitam de máquinas especiais para a interconexão de redes distintas (gateways)
• A Internet é um tipo de internetwork
– conjunto de redes privadas e públicas (LANs, MANs, WANs) interligadas umas às outras
– a interligação é realizada por um conjunto de programas padronizados de comunicação (protocolos)
Padronização (standards)
• Os padrões são acordos documentados que contém
especificações técnicas ou outros critérios precisos que são usados como regras, guias ou definições de características de modo a garantir que materiais, produtos, processos e serviços sirvam a seus propósitos.
• Vantagens
– melhoria da qualidade e confiabilidade
– possibilita a interoperabilidade e compatibilidade entre produtos e serviços
– simplificação melhora a usabilidade
– redução do número de modelos -> redução de custos – aumento da eficiência de distribuição
Alguns organismos de padronização
• ISO (International Standards Organization)
– Modelo OSI, Modelo de Gerenciamento de redes – http://www.iso.org
• IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
– Ethernet, Token Ring, Token Bus,... – http://www.ieee.org
• ATM Forum (Redes ATM)
– associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a promoção de redes ATM
– http://www.atmforum.org
• Frame Relay Forum (Redes Frame Relay)
– associação de fornecedores, fabricantes usuários e consultores para a promoção de redes Frame Relay
• ITU (International Telecommunication Union) (ex-CCITT)
– ITU-T é responsável pela padronização do sistema telefônico e de alguns aspectos da comunicação de dados em redes WAN
– http://www.itu.ch
• TIA (Telecommunications Industry Association)
– produtos de comunicação para TI e Telecom – http://www.tiaonline.org
• EIA (Electronics Industries Alliance)
– desenvolvimento da indústria eletrônica – http://www.eia.org
• Os padrões Internet estão definidos em documentos públicos chamados de RFC (Request for Comments). Um RFC não define necessariamente um padrão.
– http://www.ietf.org/rfc
• Internet Society
– http://www.isoc.org
• IETF (Internet Engineering Task Force)
– http://www.ietf.org
• IAB (Internet Activities Board)
– http://www.iab.org
• IESG (Internet Steering Group)
– http://www.ietf.org/iesg.html
