1Aula :

Faculdade Pitágoras

Prof. Fabricio Lana Pessoaprofessor.fabriciolana@gmail.com

Rede de ComputadoresRede de Computadores

Fundamentos de RedesFundamentos de Redes

2Aula :

Objetivo

• Conhecer o histórico da evolução dos sistemas computacionais e dos meios de comunicação

3AULA :

Primordios da comunicação• Desde os tempos mais remotos, o homem anseia comunicar-se à longa distância. 

4AULA :

• Acesso a informação a qualquer lugar, a qualquer momento

• Redes Celular, Wifi, WiMax, 3G.• Todos querem estar em rede.

5Aula :

“Redes de Computadores é um conjunto de equipamentos que são capazes de trocar informações e compartilhar recursos entre

si, utilizando protocolos para se comunicarem e interligados por meios de

comunicação.”

6Aula :

Exemplo

7Aula :

Elementos de uma Rede

• Equipamentos– Qualquer dispositivo capaz de se

comunicar através do sistema de comunicação disponível. Ex. Roteadores;

• Sistema de comunicação– São os meios de transmissão. Ex.

cabo, fibra óptica, ondas de rádio;

• Protocolos– Conjunto de regras com o fim de

organizar a comunicação. Ex. TCP/IP.

8Aula :

O surgimento das redes

Anos 50 - Processamento e acesso centralizados•Um único computador de grande porte mantinha, processava e disponibilizava as informações . Processamento em lote (batch).•Terminais começam a ser instalados a distância e se comunicar com um computador central•Surge a necessidade de segurança e redundância de dados, compartilhamento de conhecimento e recursos, mobilidade.•Em meados da década de 1960, o governo dos EUA., por intermédio do Departamento de Defesa, iniciou estudos relacionadas à viabilidade do desenvolvimento de redes de computadores. Surge a ARPANET, que se transformaria mais tarde na Internet

Evolução Histórica

• Anos 60:– Surgiram os terminais interativos.– Acesso ao computador central por meio de linhas de

comunicação.– Processamento em tempo compartilhado (time-sharing).

Evolução Histórica• Anos 70:

– Descentralização:– Minicomputadores e microcomputadores podiam se

comunicar com o computador de grande porte.– Mais acessíveis e mais fáceis de utilização pelos usuários.

• Anos 80:– Evolução dos sistemas de comunicação de dados para longa

distância;– Expansão de linhas dedicadas.– Uso de satélites.– Integração dos micros às redes de comunicação corporativas

(além do processamento local).

Evolução Histórica• Anos 90:

– Compartilhamento de periféricos, programas aplicativos e informações de banco de dados entre microcomputadores.

– Interconectividade entre redes.

• Atualmente:– Internet Ultra-Rápida.– Servidores de usos diversos.– Redes privadas virtuais.– Voz sobre IP.– Evolução do terminal multifuncional.

Evolução dos Sistemas Computacionais

Computador Móvel

Questões para Discussão:

1 - Que motivações levaram ao surgimento das redes?

2 - De acordo com o conceito apresentado, quais componentes constituem uma rede?

3 - Qual é a tendência atual na forma de se organizar as redes ?

14Aula :

Comunicação de DadosComunicação de Dados

15Aula :

Comunicação é o processo pelo qual uma informação gerada de um ponto no espaço e no tempo(fonte) é transmitida para outro ponto(destino)

Deve respeitar regras (protocolos e normas)

Comunicação

15

16Aula :

Tipos de Sinais

Sinal AnálógicoSinal Análógico

F=1/T

T

Frequência: variação ciclica de uma função no tempo, em Hz ( É a quantidade de ciclos/s)

Período: intervalo de tempo em que uma função náo se repete.

1 0 11 0 1 00 1 1 1 000 1 1 1 000 11 t

Sinal DigitalSinal Digital

17Aula :

Banda Passante

•Para o exemplo ao lado, dizemos que a banda passante do meio de tx ou do canal vai de 300hz a 3700khz. Temos portanto um canal com 3400 hz de largura de banda.

•A performance de um meio de tx está diretamente relacionada com a faixa de frequências em que ele opera.

•Esta faixa é chamada de banda passante e é defina pelo intervalo de frequências que sofrem menor atenuação e são preservadas pelo meio de transmissão.

banda passante

18Aula :

Banda PassanteA importância da banda passante de um meio físico está no fato de que ela determina a velocidade de transmissão dos dados.

C = W log2(1+S/N) bits/s.

Quanto maior a banda passante ou a largura de banda, maior a capacidade e velocidade de um meio de transmissão

Shannon demonstrou que a máxima taxa de transmissão de um determinado meio pode ser dada por:

Onde:C -> Taxa máxima possível W -> Largura de banda do meio de txS/N -> Relação Sinal Ruído

19Aula :

Banda Passante

Pequena Largura de Banda

A banda passante é o como um cano de água. Quanto mais largo o cano, maior quantidade de água pode passar. Ou ainda, como uma estrada, quanto mais larga, maior a quantidade de veículos que pode suportar

20Aula :

Banda Passante

Grande Largura de Banda

Um canal com grande largura de banda, permite portanto a transmissão em altas velocidades.

•É ai que tem a origem a expressão banda larga associada a uma elevada taxa de transmissão.

•Entretanto, como veremos a seguir este conceito não está cientificamente correto, pois não se deve confundir os termos Banda Larga e Largura de Banda..

21Aula :

Banda Passante

Grande Largura de Banda

•Largura de banda é a faixa de frequências que o meio de transmissão transmite. Quanto maior esta faixa, maior a largura de banda e maior a velocidade de transmissão dos dados.

•A confusão reside no fato de que uma maior largura de banda permite maior velocidade de transmissão, motivo da confusão com o termo banda larga.

22Aula :

•Banda larga" na verdade é a comunicação que utiliza técnicas de multiplexação em frequencia (FDM) para transmissão das informações. Refere–se portanto a técnica de transmissão de multiplos sinais e serviços simultâneos em um mesmo meio de tx, na forma de sinais analógicos, cada qual em sua faixa de frequência.

Exemplos:

Serviço Net Combo-> voz, dados e TV em um mesmo meio de tx, modulados com transmissão analógica.

VeloxDONWLOAD

UPLOAD

Telefone

23Aula :

•O oposto da Banda Larga são as comunicações em "banda base“, que são feitas de forma digital.

Exemplo: BANDA BASE: Transmisão de dados em Redes Locais Ethernet.

24Aula :

Sabe-se que tipicamente as linhas telefônicos possuem uma largura de banda de 3kHz e proporcionam transmissões onde nível de potência do ruído é de no mínimo 1 milésimo da potência do sinal que vai ser transmitido. Calcule a velocidade máxima de transmissão dos dados neste canal.

Exercício

25AULA : 1

• As informações que serão transmitidas pode portanto, ser:

VozVídeo

Sensor de TemperaturaSensor de Pressão

Código MorseCódigo ASCII

Arquivo Binário

ANALÓGICAS/CONTÍNUAS DIGITAIS / DISCRETAS

• A transmissão pode ser:

Transmissão em diferentes frequências do

espectro

CodificaçãoANALÓGICA DIGITAL

26AULA : 1

- A modulação consiste em, através de um circuito eletrônico, modificar a frequência e a forma do sinal que vai ser transmitido adequando-o as características do meio de transmissão.

Modulação-Em qualquer caso, para que sofram menores perdas e alcancem maiores distâncias, os dados precisam ser tradados antes de serem transmitidos. Dizemos então que eles são modulados ou que sofrem modulação.

27AULA : 1

•A modulação é a modificação de um sinal eletromagnético inicialmente gerado, antes de ser irradiado, de forma que este transporte informação sobre uma onda portadora.

•Para que possamos enviar os sinais em faixas específicas de frequência, é necessário realizarmos a modulação do sinal.

28AULA : 1

•É interessante notar que muitas formas de comunicação envolvem um processo de modulação.

• Exemplo: nossa voz -> 300hz a 20.000hz

•Depois de modulada em FM, por exemplo, 102,1 KHz

Modulação: Exemplo

29AULA : 1

• Modem. - >dispositivo eletrônico que modula um sinal digital em uma onda analógica, e transmite pela linha telefônica.

• Na recepção este dispositivo demodula o sinal analógico e o reconverte para o formato digital original...

Modulação: exemplo

O nome Modem vem justamente da junção das palavras modulador e demodulador.

30AULA : 1

Modulação: exemplo• HDSL - > Além de adequar as características do sinal ao meio de transmissão, o processo de modulação permite a transmissão simultânea de múltiplas informações (MULTIPLEXAÇÃO) em um mesmo canal.

32AULA : 1

QUADRO GERAL

33AULA : 1

-Ao final do processo, o sinal transmitido tem a forma analógica.

Modulação AM Modulação ASK

TRANSMISSÃO ANALÓGICA

34AULA : 1

TRANSMISSÃO DIGITAL

Neste caso, estamos transformando um sinal de voz em um sinal digital, por meio de uma técnica chamada PCM.

Vantagens sobre transmissão analógica

•Repetidores regeneram o sinal•Técnicas de Processamento Digital de Sinais compressão e tratamento digital da informação •Convergência de serviços

PCM

-Ao final do processo, o sinal transmitido tem a forma digital.

Voz

35AULA : 1

TRANSMISSÃO DIGITAL

CodificaçãoPor fim, quando transformamos um sinal digital em outro com características diferentes, mas também digital, temos o processo de codificação. Exemplo :Modem digital ou banda base

36AULA : 1

TRANSMISSÃO DIGITAL

0 1 1 0

• EXEMPLO• Codificação Manchester

– Cada tempo de bit é dividido pela metadade

– Resovle o problema de longa sequências de 0’s ou 1’s e sincronização

– Utilizada nas redes Ehternet de 10 Mbps

37AULA : 1

TRANSMISSÃO DIGITAL• EXEMPLO• CODIFICAÇÃO 4B5B

– Para evitar longas sequências de 0’s ou 1’s, cada grupo de 4 bits é convertido em um código de 5 bits, garantindo no mínimo uma transição a cada 4 bits

– Utilizada nas redes Ehternet de 100 Mbps– Também utilizada nas redes a 1Gbps (8B/10B)

38AULA : 1

TRANSMISSÃO DIGITAL

• EXEMPLO• CODIFICAÇÃO PAM

– Utiliza diferentes níveis de amplitude para representar uma sequência de dados

– Utilizada nas redes Ehternet 100Mega 1Gigabit e em testes de redes 10Gigabit.

39AULA : 1

Vantagens-Como não possuem o conversor A/D possuem menor custo - Sinais digitais são muito menos sensíveis a interferências ou ruídos- É possível transmitir mais informação através de sistemas digitais do que em sistemas analógicos. (compressão e multiplexãção)- Podem ser enviados diretamente a computadores, que são equipamentos que utilizam sistemas digitais.

Desvantagens-Restrições de alcance

TRANSMISSÃO DIGITAL

40Aula :

A comunicação pode ocorrer de diferentes modos:

40

41Aula :

Modos de transmissão (analógico e/ou digital)

41

42Aula :

Modos de transmissão (analógico e/ou digital)

42

Serial x Paralela

• Paralela: Os bits da informação são enviados através de vários caminhos simultaneamente. Exemplo. Comunicação paralela entre um computador e uma impressora

TX RX

Serial x Paralela

• Serial: Os bits são transmitidos um a um em seqüência, pois só existe um caminho ou um único fio entre transmissor e receptor

TX RX

Comunicação Assíncrona e Síncrona

• Na comunicação assíncrona, um remetente e um receptor não sincronizam antes de cada transmissão, ou seja, não existe um intervalo de tempo fixo entre os bits ou dados transmitidos. Utilizada em redes mais antigas e de baixa velocidade (linha discada).

• Na comunicação síncrona, o remetente e o receptor devem estar sincronizados, ou seja, os bits serão enviados sempre em intervalos de tempo constantes. Quando não houver dados a serem enviados, o transmissor continua enviado algum caracter na linha mantendo o “ritmo” da transmissão. Utilizada em redes de maior velocidade ( Ex. 2 Mbps)

Classificação das Redes e dos Tipos de Comunicação

Orientada a Conexão• Análogo ao sistema telefônico:

– Tira o telefone do gancho e disca o número / Estabelece uma conexão.

– Fala / Usa a conexão.– Desliga / Libera a conexão.

• A conexão funciona como um caminho único entre origem e destino, onde, ao se inserir bits numa extremidade os mesmos serão recebidos pelo receptor, na mesma ordem.

• Pode ser Permanente ou Temporária

Não Orientada a Conexão• Análogo ao sistema postal:

– Cada correspondência possui o endereço de destino.– Se duas ou mais correspondências forem enviadas, a partir

de um mesmo emissor, para o mesmo destino, podem chegar fora de ordem.

• Não existe uma conexão criada entre origem e destino, sendo assim, os pacotes podem ser encaminhados por caminhos diferentes e chegarem em ordens diferentes no destino.

• Exemplo: Internet

Área de Abrangência

• LAN (Local Area Network): Pequeno número de computadores em áreas restritas (pequenas distâncias entre eles) Redes Locais

• MAN (Metropolitan Area Network): Médio número de computadores em áreas de grande porte (cidades) Redes Metropolitanas

• WAN (Wide Area Network): Grande número de computadores em áreas envolvendo várias cidades e/ou países Redes de Amplo Alcance

Área de Abrangência

TOPOLOGIAS DE REDES

Topologia de Conexão• A topologia de uma rede é um diagrama que

descreve como seus elementos estão conectados (disposição geométrica). Esses elementos são chamados de nós, e podem ser computadores, impressoras e outros equipamentos.

• Seja qual for a topologia utilizada, é preciso que sempre exista um caminho através de um meio de transmissão, ligando cada equipamento a todos os demais equipamentos da rede.

• A topologia física é determinada pela maneira como os equipamentos são fisicamente conectados.

• Esta relacionada a modo pelo qual são distribuídos, organizados e conectados cabos e placas de rede.

Topologia Física

53

Topologia Física

Barramento• Também conhecida como linear, na topologia em barra todos

os computadores são conectados ao mesmo meio de transmissão em SÉRIE.

Apresenta uma dificuldade de expansão: se um novo equipamento for adicionado à rede, pode ser preciso fazer um remanejamento de cabos.

Se um cabo for desconectado, toda a rede fica inoperante.

Cada nó conectado à barra pode “ouvir” todas as informações transmitidas.

Ex. Redes de cabo coaxial. Antiga Ethernet (IEEE 802.3) 10base2 e 10base5

Barramento

Colisão no Barramento

• A colisão é um evento que ocorre freqüentemente nestas redes, quando dois computadores tentam enviar informações no mesmo instante

• Elas são normais no funcionamento da topologia “barramento”, mas se forem muito freqüentes, o desempenho da rede será prejudicado

•

Tratamento da Colisão• Quando um computador deseja transmitir, ele avalia se a

linha está disponível e inicia a transmissão

• Se dois computadores iniciarem a transmissão ao mesmo tempo utilizando o mesmo barramento, haverá a “colisão”

• Os computadores envolvidos na colisão irão aguardar um intervalo de tempo aleatório e tentar novamente

• Esse método é o utilizado pelo CSMA/CD em redes locais, que será visto com mais detalhes nas unidades seguintes.

CSMA / CD• Carrier-sense Multiple Access with Collision Detection - Acesso

Múltiplo com Detecção de Portadora e Colisão;

• Analogia: Uma conversa educada à mesa de jantar:– Nosso segmento Ethernet é a mesa de jantar, e os nós são as

pessoas conversando educadamente;– A expressão múltiplo acesso (multiple access) quer dizer que

quando uma estação de Ethernet transmite, todas as estações no meio ouvem a transmissão. Da mesma maneira que, quando uma pessoa fala todos as outras pessoas à mesa escutam.

CSMA / CD– Agora vamos imaginar que você esteja à mesa e tenha algo a dizer. No

momento, entretanto, existe uma outra pessoa falando;– Como esta é uma conversa educada, em vez de imediatamente você

falar e interromper o outro, você espera até que ele termine de falar. Na terminologia da Ethernet, esse processo se chama carrier sense (detecção de portadora);

– Antes de uma estação começar a transmitir, ela "ouve" o meio para saber se outra estação está transmitindo. Se o meio estiver em silêncio, a estação reconhece que esse é o momento apropriado para transmitir.

(Nick Pidgeon. "HowStuffWorks - Como funciona a Ethernet". Fonte: <http://informatica.hsw.uol.com.br/ethernet7.htm> Acesso em:

29 jan. 2009)

61

Observação...

O IEEE 802.3 é uma especificação com padrões sobre o funcionamento das redes locais. Esta especificação, inclui vários subpadrões de acordo com o tipo de cabo utilizado (coaxial fino ou grosso, par trançado, etc). Exemplo:

De um modo geral, o 802.3 refere-se a redes locais que utilizam protocolo Ethernet, tendo ficado conhecido então como o padrão Ethernet de redes locais.

Estrela

Estrela• Nesta topologia existe um dispositivo central, comumente

chamado de concentrador, por onde passa todo o tráfego da rede.

• Normalmente apresenta uma maior confiabilidade, já que a parada de uma única estação não prejudica toda a rede.

• Proporciona maior facilidade de manutenção, uma vez que permite a identificação setorizada de problemas e para as intervenções não é necessário parar toda a rede.

• Apresenta uma maior quantidade de cabos e a falha do equipamento central pode provocar a paralisação total da rede

Anel

Anel• As ligações são ponto-a-ponto e operam num único sentido de

transmissão (comunicação simplex)

• Uma mensagem deverá circular pelo anel até que chegue ao módulo de destino, sendo passada de estação em estação, obedecendo ao sentido definido pelo anel

• A comunicação é baseada na troca de “tokens” (“fichas”) autorizações para comunicação. Cada máquina só irá transmitir no momento que ocorrer a passagem do “token” na sua “porta”

• Um bom exemplo são as redes Token Ring (IEEE 802.5) que utilizam topologia física em anel.

Comparação entre as Topologias

• As topologias lógicas descrevem a maneira como a rede transmite informações de um equipamento para outro.

• Esta relacionada ao modo pelo qual os equipamentos fazem acesso ao meio de transmissão.

• Isto determinará o protocolo que será utilizado, o formato do pacote, o método de transferência, entre outras informações.

• Vale observar que para uma mesma configuração de topologia, poderemos ter diferentes classificações para sua disposição física e lógica, conforme apresentado a seguir e detalhamento dos protocolos na unidade 2.

Topologia Lógica

67

Topologia Física em estrela e lógica em barramento

HUB

Topologia lógica em Estrela, física em estrela

Swicth

Neste caso não há problemas com a colisão O switch faz o chaveamento direto entre os membros da comunicação, criando um caminho exclusivo para os pacotes.

Topologia lógica em Anel

Física em Estrela

71

Topologia lógica em Anel

Um bom exemplo para esta topologia são as redes FDDI. Estas redes também utilizam mecanismo de Token, semelhante as redes token ring, mas admitem a existência de vários tokens circulando na rede.

Este padrão foi derivado das especificações do IEEE mas acabou sendo padronizado pela ANSI.