Unidade I
REDES DE COMPUTADORES E
CO
C ÇÃO
TELECOMUNICAÇÃO
Redes de computadores e
telecomunicação
Objetivo:
apresentar os conceitos iniciais e
fundamentais com relação às redes de computadores e telecomunicação.
O que é a Internet?
Origem:
Guerra Fria – EUA x União Soviética União Soviética lança o Sputnik.
1º satélite artificial de comunicação
Figura 1 – Satélite Sputnik. Fonte:
<http://4.bp.blogspot.com/_DOGKfp2K4BM/SwsQukM04LI/ AAAAAAAAADI/9QbgBFHBlGk/s1600/sputnik.jpg>.
O que é a Internet?
EUA criam a ARPANet (Advanced
Research Projects Agency Network, Dept. of Defense).
Rede de comunicação de dados entre
bases militares e centros de pesquisas americanos.
No início do anos 70, universidades e
instituições de pesquisas militares se juntaram à ARPANet (somavam 100
O que é a Internet?
No fim dos anos 70, o enorme
crescimento da ARPANet aposentou o protocolo NCP e fez com que o protocolo TCP/IP começasse a ser utilizado.
Foi desativada em 1990.
Figura 2 – ARPANet em 1974.
Fonte:<http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0 /00/Arpanet_1974.svg/800px-Arpanet_1974.svg.png>.
O que é a Internet?
A resposta à pergunta acima pode ser dada por 3 pontos de vista:
estrutura; aplicação; topologia topologia.
O que é a Internet?
Estrutura
Vários comutadores de pacotes
(roteadores) interligados formando uma nuvem.
Roteador
Figura 3 – Estrutura da Internet
O que é a Internet?
Roteadores
Componentes de rede capazes de encaminhar pacotes de dados dos sistemas finais endereçando-os ao seu destino.
Possibilitam a interconexão de diversas redes.
O que é a Internet?
Figura 4 – Roteador.
Fonte: <http://communication.howstuffworks.com/ convergence/router1.htm>.
O que é a Internet?
Estrutura
Acesso à nuvem: necessário estabelecer
uma conexão entre um sistema final e o primeiro roteador disponível da nuvem.
O que é a Internet?
Linha de telefone convencional, assinante digital ou modem a cabo.
Figura 5 – Acesso à Internet.
O que é a Internet?
Aplicação
Redes de dados, voz e vídeo, que se interconectam possibilitando uma ampla gama de aplicações.
Redes sociais.Redes sociais.
Vídeo streaming. Email.
O que é a Internet?
Topologia
Conglomerado de redes privativas
interligando milhares de computadores utilizando-se o protocolo TCP/IP.
As redes privativas são independentes eAs redes privativas são independentes e se conectam por meio de redes de
acesso aos backbones de comunicação. Estes, por sua vez, são redes de alta velocidade que concentram o tráfego de dados de diversas redes.
Componentes de Rede
Elementos que atualmente participam da rede Internet: televisores, geladeiras, carros, máquina de produção, celulares,
video game e muitos outros.
Elementos de acesso:
placa de rede; roteador;
Protocolos
Protocolos
Regras que definem a troca de
informações entre dois elementos da rede. Ditam como iniciar, manter e encerrar uma comunicação.
Interatividade
Sob o ponto de vista da Estrutura, a Internet é composta de inúmeros
roteadores que interligados formam a grande rede mundial de computadores. Podemos dizer que os roteadores são: a) Comutadores de circuitos.
b) Conversores de interface. c) Adaptadores de redes. d) Comutadores de pacotes. e) NDA.
Redes de acesso
Rede de acesso é o enlace físico que
interliga o sistema final ao roteador mais próximo, também conhecido como
roteador de borda.
Conexão via ISP (Internet Service
Provider)
ISP possui capilaridade regional e se
interconecta aos backbones nacionais e internacionais.
Redes de acesso
Dial Up (conexão discada)
Utiliza a rede legada de telefonia através
do modem para conexão aos ISPs.
Conexão é feita através de uma chamada
telefônica. telefônica.
Figura 6 – Acesso Dial Up
Fonte: <http://www.buytelco.net/ NetworkApplications.asp ?ID=607>.
Redes de acesso
DSL
Muito popular, com velocidades que
variam entre 128kbps a 24Mbps.
As linhas telefônicas conduzem, em
paralelo os dados e os sinais telefônicos. paralelo os dados e os sinais telefônicos.
Redes de acesso
DSL
Um divisor de frequências, ou splitter,
separa o sinal de dados do sinal
telefônico, evitando que eles causem interferência entre si.
A velocidade real do sistema DSL está
inversamente ligada à distância em que se encontra o usuário da central
Redes de acesso
Cabo
Utiliza a infraestrutura de cabos da rede
de TV por assinatura.
Rede HFC (Hybrid Fiber and Coax).
Cable Modem modem especial para
Cable Modem – modem especial para
adaptar o tráfego do computador à rede HFC.
Redes de acesso
Head End
Fibra Ótica
Figura 8 – Acesso via Cabo. Fonte:
<http://www.jlsnet.co.uk/index.php?page= projects_docsis_chap3a>.
Redes de acesso
FTTH (Fiber to the home)
Tecnologia capaz de transmitir telefonia,
TV digital e Internet com alta velocidade (10 e 20Mbps).
Existem 2 tipos de distribuição:Existem 2 tipos de distribuição:
fibra direta à residência;
PON (Passive Optical Network) – a fibra é compartilhada entre
residências.
Tecnologia ainda pouco difundida no
Redes de acesso
Ethernet
Tecnologia de acesso mais comum para
as redes locais (LAN).
Usuários são conectados via cabo de
cobre trançado a um switch. cobre trançado a um switch.
Maior largura de banda. Cabeamento simplificado. Fast Ethernet (IEEE 802.3u) –
velocidades de 10 Mbps a 100 Mbps.p p
Gigabit Ethernet (extensão da IEEE
Redes de acesso
Ethernet
Topologia
Figura 9 – Acesso via Ethernet. Fonte:
Redes de acesso
Wi-Fi
Tecnologia que permite o acesso à
Internet por meio de dispositivos em sistemas finais sem fio. Padrão 802.11
Wireless LAN: conexão através deWireless LAN: conexão através de
roteador wireless, também chamado ponto de acesso ou hotspot.
Redes de acesso
Figura 10 – Acesso via Wi-Fi
Redes de acesso
Wi-Fi
Redes celulares: acesso à Internet em
velocidades teóricas de até 8 Mbps nas redes 3,5G. Tipicamente em torno de 1Mbps.
Redes de acesso
Figura 11 – Acesso via Wi-Fi
Fonte: <http://www.madboxpc.com/los-smartphones-saturan-8-veces-mas-las-redes-celulares-que-los-notebooks/>.
Transmissão de informação
Modulação
É o processo sistemático de alteração de
uma onda portadora por meio de uma onda modulante que contém uma informação.
Por que modular?
Adaptar o sinal a ser transmitido às
Transmissão de informação
Como modular?
Através de dispositivos denominados
moduladores. Técnicas de modulação: AM Modulação em Amplitude AM – Modulação em Amplitude. FM – Modulação em Frequência. PM – Modulação em Fase.
Transmissão de informação
Modulação em Amplitude – AM
O sinal senoidal da portadora é
modificado em sua amplitude pelo sinal modulante.
Figura 12 – Modulação em Amplitude
Transmissão de informação
Modulação em Frequência – FM
O sinal da portadora agora é alterado em
sua frequência pelo sinal modulante.
Figura 13 – Modulação em Frequência.
Transmissão de informação
Modulação em Fase – PM
O sinal da portadora é alterado na sua
fase pelo sinal modulante. Mais
comumente usado para transmissões digitais.
Figura 14 – Modulação em Fase.
Interatividade
A modulação em frequência é amplamente utilizada nas transmissões de radiodifusão. Pode-se afirmar com relação à modulação: a) Altera as características de uma onda
modulante de acordo com o sinal portador.
b) Altera as características do sinal de rádio dependendo da fase sintonizada.
c) Adapta-se ao meio por radiodifusão. d) Técnica pouco utilizada atualmente d) Técnica pouco utilizada atualmente. e) Altera as características de um sinal
portador de acordo com um sinal modulante.
O núcleo da rede
Existem duas abordagens fundamentais para tráfego de dados em redes de enlaces e roteadores:
redes de comutação em circuito; redes de comutação em pacotes.redes de comutação em pacotes.
O núcleo da rede
Redes de comutação em circuito
Precede-se o estabelecimento de uma
conexão “física” ponto-a-ponto entre os terminais que querem se comunicar. Recursos exclusivos.
O núcleo da rede
O núcleo da rede
Redes de comutação em pacotes
Comutação de pacotes pelos nós da rede
(roteadores) até o destino final. Os recursos da rede são compartilhados.
O núcleo da rede
Topologias de redes
Há duas maneiras de descrever a topologia de uma rede:
topologia física: aparência e distribuição
dos enlaces;
Topologias de redes
Barramento
Todos os computadores em um mesmo
barramento físico de dados.
Apenas uma máquina transmite por vez e
todas as outras recebem. todas as outras recebem.
Placa de rede responsável por descartar
os pacotes.
Uso de cabos coaxiais que se
subdividem para cada elemento.
Figura 17 – Topologia em Barramento Fonte:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia _de_rede>.
Topologias de redes
Anel
Elementos ligados em série formando
um círculo.
Os dados são transmitidos em uma
única direção, de nó em nó, até o seu única direção, de nó em nó, até o seu destino.
O sinal é mais imune a ruídos, pois cada
nó age como um repetidor. Contudo, isso gera atraso na transmissão.
Figura 18– Topologia em Anel Fonte:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_ de_rede>.
Topologias de redes
Estrela
Topologia mais utilizada na comutação
de pacotes.
Várias máquinas se conectam a um
concentrador da rede, que é responsável concentrador da rede, que é responsável em repetir a informação para todas as máquinas da rede.
Figura 19 – Topologia em Estrela Fonte:
Topologias de redes
Árvore
É composta por barramentos conectados
em alguns pontos.
Barramento principal, secundário e
terciário. terciário.
Velocidade tipicamente menor, dadas as
derivações dos sinais.
Figura 20 – Topologia em Árvore Fonte:
Topologias de redes
Malha
Cada elemento está conectado a
diversos outros, permitindo que cada um possua comunicação direta e
privilegiada com os outros.
Grande dificuldade e altos custos de
implementação se os elementos forem geograficamente dispersos.
Figura 21 – Topologia em Malha Fonte:
Topologias de redes
Híbrida
A característica dessa topologia é
flexibilidade, podendo ter pedaços de cada uma das topologias anteriores.
Dessa maneira, a rede se adaptaDessa maneira, a rede se adapta
plenamente às necessidades de cada local.
Vale a criatividade de explorar os
benefícios de cada uma das topologias existentes.
Interatividade
Pode-se negar em relação à topologia em anel:
a) Utiliza ligações ponto-a-ponto que operam em um único sentido de TX. b) O sinal circula o anel até chegar ao b) O sinal circula o anel até chegar ao
destino.
c) Amplamente utilizada uma vez que a técnica de spoofing garante uma rede livre de colisões.
d) Confiável mas com grande limitação d) Confiável, mas com grande limitação
quanto à sua expansão pelo aumento de “retardo de transmissão”
Arquitetura de camadas
A Internet
Sistema complexo e com muitos
elementos.
Inúmeros tipos de aplicação e
protocolos. protocolos.
Vários tipos de sistemas finais e
conexões entre eles.
Roteadores.
Meios físicos de enlace.
Com tamanha diversidade de elementos nas redes, é necessário organizar a
Arquitetura de camadas
Sistema de uma companhia aérea
Por meio das camadas, é possível
perceber que cada uma, combinada com as camadas abaixo dela, implementa alguma funcionalidade/serviço.
Figura 22 – Analogia de Arquitetura de redes. Fonte: Kurose, 2010.
Arquitetura de camadas
Modelo OSI
Facilitar a interconexão de sistemas de
computadores.
ISO (International Standards
Organizations) desenvolveu um modelo Organizations) desenvolveu um modelo
de referência chamado OSI (Open
Systems Interconnections).
Os fabricantes podem criar protocolos a
partir desse modelo, fazendo com que passem a existir padrões de protocolos. passem a existir padrões de protocolos.
Arquitetura de camadas
Modelo OSI
Figura 23 – Arquitetura de Camada do Modelo OSI
Algumas arquiteturas não seguem esse modelo. Caso da arquitetura TCP/IP, que implementa apenas 4 níveis dos 7
Arquitetura de camadas
Arquitetura TCP/IP
Arquitetura de 4 camadas
Figura 24 – Modelo de camadas da arquitetura TCP/IP. Fonte: Tanembaum, 2003.
Arquitetura de camadas
Arquitetura TCP/IP
Pilha de protocolos da arquitetura TCP/IP
Figura 25 – Pilha de principais protocolos da arquitetura TCP/IP. Fonte: Kovach, 2009.
Arquitetura de camadas
Arquitetura TCP/IP
Encapsulamento/Desencapsulamento.
Figura 26 – Encapsulamento e Desencapsulamento de pacotes.
Arquitetura de camadas
Arquitetura TCP/IP
Operação entre camadas
Figura 27 – Comunicação virtual entre camadas. Fonte: Kovach, 2009.
Interatividade
Pode-se afirmar com relação à função das camadas no modelo OSI e na arquitetura TCP/IP:
a) A camada deve executar uma função bem-definida.
b) Cada camada tem um índice que a identifica.
c) A função de cada camada dependerá da necessidade do sistema.
d) Todas as camadas têm a mesma função d) Todas as camadas têm a mesma função
e importância.
