Redes de Computadores

1 - Introdução

Douglas Comer William Stallings

Alguns livros

Aula 1• Modelo Mainframe Terminal;

• Modelo de Redes de Computadores;

• Componentes básicos de uma Rede de Computadores;

• Equipamentos;

• Meios de transmissão;

• Protocolos de Comunicação;

• Tipos de redes;

• Abrangência Geográfica das Redes;

• Padronização.

Mainframe Terminal

As primeiras comunicações eram feitas através de um sistema Mainframe terminal

Modelo Mainframe Terminal

Computador de grande porte centralizado;

Os recursos do computador central, denominada mainframe são compartilhadas por vários usuários (time-sharing);

Os terminais não possuiam poder computacional significativo, sua função básica era de interface;

Normalmente os terminais eram interligados através de uma linha de comunicação de baixa velocidade;

Todo processamento relevante é executado no mainframe.

Mainframe Terminal

Usuário digita a letra “A”

01000001

01000001

A

Limites de um modelo Mainframe Terminal

Se acontece algo ao computador central isto afetará a todos os terminais;

Alto custo de implementação;

Pouca escalabilidade.

Início da mudança do modelo Mainframe Terminal para o

modelo de Redes de Computadores

• Surgimento do microcomputador;

• Implementação de Redes de Computadores com um custo menor que o Mainframe;

• Downsizing.

Tem como

característica

principal a utilização

isolada de

computadores. Se

algum usuário

tivesse que imprimir

um relatório, teria

que esperar aquele

que estivesse

utilizando o

computador

conectado à

impressora.

Início da utilização de computadores

Redes de Computadores

Computadores de pequeno e médio porte interligados através de um meio físico;

Cada computador tem poder de processamento suficiente para trabalhar de forma autônoma;

Os computadores estão interligados entre si para que possam compartilhar recursos e informações.

Redes de Computadores

Redes de Computadores

• Compartilhamento de Recursos (impressoras, discos);

• Compartilhamento de informações;

• Escalabilidade.

Vantagens na utilização deRedes de Computadores

Componentes básicos

Cabeamento: par trançado, cabo coaxial, fibra óptica, conexões sem fio

Placa adaptadora de rede (NIC): converte os dados paralelos recebidos pela CPU em padrões elétricos adequados para a transmissão pela rede.

Equipamentos: repetidores, Hubs, Pontes, Switches e roteadores

Componentes de software: Sistema Operacional de Rede (NOS), drivers de equipamentos

Protocolo de Comunicação: regras que possibilitam a comunicação entre os computadores.

EQUIPAMENTOS

Repetidores

Atuam na camada física do modelo de referência OSI;

Não possuem capacidade de efetuar conversão de protocolo;

Só podem ser usados para ligar redes identicas;

Principal função: compensar as atenuações introduzidas pelo meio fisico de transmissão;

Equipamento de baixo custo;

A utilização de repetidores permite construir redes de maior alcance. Hub ativo: multirepetidor

Pontes Interconectam redes na camada de enlace de dados do modelo de referência OSI;

São capazes de separar o tráfego das redes, através de uma operação de filtragem;

Essa operação é feita utilizando as informações de endereçamento contidos no cabeçalho dos quadros formatados pelo protocolo de enlace de dados.

Switch: Ponte (Bridge) multiporta

Roteadores

Interconectam redes na camada de rede do modelo de referência OSI;

Principal função dos roteadores é encaminhar as mensagens através de redes distintas, passando geralmente por vários nós intermediários;

São capazes de executar o roteamento das mensagens através de rotas múltiplas;

Essa operação é feita utilizando informações de endereçamento contidas nos cabeçalhos dos pacotes formatados pelo protocolo de rede.

Roteador: camada 3 (Rede) do modelo OSI

Placa adaptadora de rede

Dispositivo eletrônico responsável por converter os dados paralelos da CPU da estação nos padrões elétricos adequados para a transmissão pela rede;

É responsável por implementar as funções da camada física e de controle de acesso ao meio (MAC);

A placa adaptadora utilizada deve ser escolhida de acordo com a tecnologia de implementação das camadas físicas (incluindo o tipo de cabeamento) e de enlace de rede.

Meios de Transmissão

• Cabo coaxial

• Par trançado

• UTP (Unshielded Twisted Pair)

• STP (Shielded Twisted Pair)

• Fibra óptica

• Multimodo

• Monomodo

• Conexões sem fio (Wireless)

Protocolos de comunicação

Padrões usados pelos dispositivos de uma rede de modo que eles consigam se entender, ou seja, trocar informações entre si;

Para que todos os dispositivos de uma rede consigam conversar entre si, todos devem estar usando um mesmo protocolo.

Exemplos:

• TCP/IP;

• NetBEUI;

• SPX/IPX;

• AppleTalk.

Componentes de Software:Sistema Operacional de Rede

Cliente/Servidor

• Windows 2003 Server;

• Unix;

• Linux;

• Netware / Novell.

Ponto-a-ponto

• Windows 95/98/ME/XP;

• Linux;

• Lantastic.

Tipos de redes

• Redes ponto-a-ponto;

• Redes cliente/servidor.

Do ponto de vista da maneira com que os dados de uma rede são compartilhados, existem dois tipos básicos de redes:

Essa classificação independe da estrutura física usada pela rede, isto é, como a rede está fisicamente montada, mas sim da maneira com que ela está configurada em software.

Redes Ponto-a-Ponto

Tipo mais simples de rede que pode ser montada;

Praticamente todos os sistemas operacionais já vem com suporte a rede ponto-a-ponto;

Neste tipo de rede os micros compartilham dados e periféricos com facilidade;

Qualquer micro pode facilmente ler e escrever arquivos armazenados em outros micros da rede bem como usar periféricos que estejam instalados em outros computadores.Características:• Usada em pequenas redes;• Fácil implementação;• Baixo custo;• Sistema simples de cabeamento;• Não existem “servidores”;• Pouca segurança.

Redes Cliente/Servidor

Neste tipo de rede existe a figura do servidor, normalmente um computador que gera recursos para os demais micros da rede;

A administração e configuração é centralizada, o que melhora a organização e segurança da rede. Características:• Usada em redes maiores ou que necessitem de uma maior segurança;• Maior custo que o de redes ponto-a-ponto;• Maior desempenho;• A implementação necessita de especialistas;• Alta segurança;• Manutenção e configuração é feita de maneira centralizada, pelo administrador da rede.• Existência de servidores, que oferecem recursos aos demais micros da rede;• possibilidade de uso de aplicações cliente/servidor, como banco de dados.

ExemploRede: Cliente-Servidor, Ponto a Ponto

Cabeamento: par-trançado, wireless, fibra óptica

Protocolo: TCP/IP

Equipamentos: Hub, Switch, Roteador

Abrangência geográfica das redes

As tecnologias empregadas para a implementação de redes de computadores variam significativamente de acordo com a extensão geográfica que ela abrange;

Por esta razão, as redes são classificadas de acordo com a máxima distância entre computadores a ela conectadas;

A classificação mais usual define três categorias:

• Redes Locais (LAN);

• Redes Metropolitanas (MAN);

• Redes de Longa Distância (WAN);

Redes Locais (LAN)

Utilizam tecnologias de transmissão que permitem abranger uma extensão limitada a uns poucos quilômetros;

Empregam usualmente técnicas de broadcast através de um meio compartilhado;

A velocidade de operação de uma LAN varia de acordo com a tecnologia utilizada: as velocidades mais usuais são 10 Mbit/s ou 100 Mbit/s.Exemplos:

• Ethernet

• Token Ring

• Token Bus

Local Area Networks

Ethernet

Arquitetura da Ethernet original

Redes Metropolitanas (MAN)

Utilizam tecnologias de transmissão que permitem abranger uma extensão superior às empregadas pelas LANs;

A principal razao para distinguir as MANs como uma categoria a parte é que um padrão de tecnologia foi criado especialmente para elas: o DQDB ou IEEE 802.6, utiliza um meio compartilhado semelhante as LANs;

A diferença básica é que são utilizados dois barramentos para conectar os computadores, oferecendo um caminho full-duplex entre qualquer par de estações;A utilização de meios compartilhados simplifica consideravelmente a implementação da rede, pois não é necessário utilizar os equipamentos para controlar o fluxo de informações.

Exemplo:

• DQDB (IEEE 802.6)

Redes de longa distância (WAN)

Redes públicas ou privadas que utilizam tecnologias que permitem abranger uma extensão muito grande como um país ou um continente.

As redes WANs utilizam técnicas de chaveamento (roteamento).

São geralmente formadas por vários segmentos de LANs interconectadas por uma subrede.

A subrede é formada por um conjunto de equipamentos de comutação, usualmente chamados de roteadores, responsáveis por determinar o caminho do fluxo de informações entre estações conectadas de LANs distintas.

Uma rede WAN pode ser formada por uma infinidade de roteadores interconectados por enlaces físicos de longa distância, permitindo construir redes com uma abrangência geográfica e o número de computadores praticamente ilimitada.

Wide Area Networks

Wide Area Networks

Classificação das redes

Topologia física Refere-se a organização física de uma rede, isto é, a forma como os enlaces físicos e os nós de comutação estão organizados; Diversas organizações de rede são possíveis; A escolha de uma topologia é uma etapa importante do projeto, pois afeta a eficiência, velocidade, expansibilidade e confiabilidade da rede; A topologia pode variar desde organizações muito simples até arranjos mais complexos. Os principais arranjos são os seguintes:

Topologia em malha; Topologia em barramento; Topologia em anel; Topologia em estrela; Topologia mista.

Topologia em malha

As estações são ligadas entre si, duas a duas, através de um caminho físico dedicado;

Na prática, a topologia em malha é raramente utilizada, pois os custos de implantação física da rede são muito elevados;

O Arranjo em malha só é admissível em aplicações muito especiais, quando as estações precisam trocar constantemente informações entre si para resolver um problema complexo.

Cálculo para número de arcos:

Arcos=N(N-1)/2

Topologia em barramento

Utiliza um meio de transmissão compartilhado por todos os computadores da rede denominado barra ou barramento;

O modo básico de comunicação é o broadcasting, onde cada computador conectado ao barramento pode ouvir todas as informações transmitidas;

Cabe a cada computador decidir se ele é o destinatário final da mensagem ou não.

Topologia em anel

As estações são conectadas sequencialmente umas às outras através de repetidores formando um caminho fechado denominado anel;

Nas implementações mais usuais, a comunicação se dá sequencialmente e de forma unidirecional;

Quando uma mensagem é enviada por uma estação ela circula no anel completamente, até voltar a estação de origem, quando é retirada;

A estação que é a destinatária copia a mensagem durante a sua passagem, as demais simplesmente a ignoram.

Exemplos:

• Token Ring

• FDDI

Topologia em estrela

Refere-se genericamente ao arranjo onde todas as estações estão ligadas a um nó central único que intermedia todas as conexões;

O nó central pode exercer simplesmente a função de concentrador de fiação ou pode oferecer funções de comutação;

No primeiro caso o nó central pode ser um simples concentrador (hub);

No segundo caso o nó central é um equipamento que, ao invés de conectar o equipamento em um meio compartilhado, utiliza técnicas de chaveamento que possibilitam a troca de mensagens entre várias estações simultaneamente.Neste caso, o nó central recebe a denominação de comutador ou switch.

Topologia mista

Arranjo complexo formado pela interligação de duas ou mais topologias diferentes;

Para permitir a interligação de topologias diferentes é necessário utilizar dispositivos de rede especiais para efetuar a conversão entre protocolos e padrões físicos específicos de cada topologia;

Normalmente utiliza-se um roteador multiprotocolo para efetuar essa conversão.

Topologia lógica

Refere-se a forma através do qual o sinal é efetivamente transmitido entre um computador e outro. Uma rede pode ter uma topologia física em estrela, mas a topologia lógica em barramento, como é o caso do Ethernet.

Exemplos:Ethernet

Padronização A falta de padronização na indústria de informática nos leva a situações como, por exemplo, a falta de conectividade entre dispositivos de fabricantes diferentes;

Um padrão permite que um maior número de fornecedores produza um determinado recurso (hardware ou software), assegurando para seus usuários compatibilidade entre produtos de distintos fabricantes;

Existem diversos orgãos de padronização que disponibilizam as normas para a area de redes de computadores e telecomunicações.

Exemplo: Rede proprietária: empresa X

Só pode se conectar com os equipamentos que estão em conformidade com os seus padrões

Rede com padrão abertoRede com padrão

aberto

ISO www.iso.orgInternational Organization for Standartization

É uma entidade internacional formada por instituições de normalização de mais de 120 países em 1947; A organização consiste de 180 comitês técnicos, 750 sub-comitês, 1900 grupos de trabalhos e 20 grupos temporários de trabalho; Esta organização da ISO permite uma representação mais global para fabricantes, vendedores, usuários, laboratórios de teste, entidades de representação de grupos, governos e centros de pesquisa; Um conjunto de 9000 padrões e relatórios técnicos foi produzido na ISO nos últimos 20 anos; Esta documentação, além de grande em quantidade, é diversa em termos de tópicos (química básica, fotografia, engenharia mecânica, indústria gráfica e processamento da informação, entre outros).

IETF www.ietf.orgInternet Engineering Task Force

É o grupo de engenharia responsável pelo desenvolvimento de protocolos e aplicações da Internet; O IETF é um grupo internacional grande e aberto formado por pesquisadores, projetistas de redes e vendedores interessados na evolução tecnológica da arquitetura da internet; É formado por grupos de trabalhos nas áreas de roteamento, gerência de rede e segurança, entre diversas outras áreas; Tem seu funcionamento efetuado através de encontros anuais e listas de distribuição entre seus membros; Os RFCs (Request for Comments) são os relatórios técnicos no desenvolvimento de qualquer facildiade para a internet.

IEEE www.ieee.orgInstitute of Electrical and Electronics Engineers

É a maior sociedade técnica do mundo, fundada em 1884. Atualmente tem mais de 540.000 membros em 160 países. O instituto promove conferências técnicas, simpósios e encontros regionais. Os trabalhos publicados com o apoio do IEEE são considerados muito importantes.

ITU www.itu.orgInternational Telecommunication Union

É uma organização responsável pela padronização na área de telecomunicações. É a sucessora do CCITT, que foi fundada em 1865. Com a fundação das Nações Unidas, em 1947 o CCITT passou a ser um órgão da ONU. Em meados dos anos 90, o CCITT tornou-se ITU. Esta instituição foi dividida em três setores:

ITU-R: (setor de radiodifusão) – regula a alocação de frequências de rádio em todo o mundo. ITU-T: (telecomunicações) – controla sistemas de telefonia e de comunicação de dados terrestres e espacial. ITU-D: Setor de desenvolvimento.