Aula-3-PI1-EngTel-2013-1 Projeto Integrador 1 - Engenharia

Redes de Computadores

As redes de computadores permitem o compartilhamento de diversos recursos tais como memórias, impressoras, scaners, etc. Além do compartilhamento de recursos estas redes permitem a comunicação entre os computadores. Tais redes interligam computadores em diversos níveis e podem ser classificadas em função da sua abrangência em:

• Redes Locais (LAN – Local Area Network): são redes contidas em um prédio ou em edificações de uma mesma organização localizadas em uma área de alguns Km2. Nas redes locais geralmente os computadores e demais periféricos estão conectados por uma via de transmissão comum, tal via é chamada de barramento.

• Redes Metropolitanas (MAN – Metropolitan Area Network): correspondem a ampliação das LANs, são redes que abrangem grupos de empresas, bairros e cidades vizinhas. Estas redes algumas vezes utilizam parte da infraestrutura das redes telefônicas.

• Redes Geograficamente Distribuídas (WAN - Wide Area Network): estas redes cobrem áreas correspondentes a países e continentes.

Outras redes são hoje definidas: PANs, NANs etc;

A Rede Local Ethernet

Nas redes locais geralmente os computadores e demais periféricos estão conectados por uma via de transmissão comum, tal via é chamada de barramento. É o caso da tecnologia Ethernet (IEEE802.3)

Observe que na figura acima o PC2 envia uma mensagem para PC3. A placa de rede de
PC1 constrói um quadro (frame) com um cabeçalho contendo o MAC fonte 
(endereço da placa de PC2) e o MAC destino (endereço da placa de PC3). A mensagem
é colocada no campo da DADOS do frame.

Na tecnologia ethernet as unidades básicas de transmissão são os quadros. Um quadro possui um cabeçalho (header) e uma área de dados (limitado a 1500 bytes). O header possui o endereço de hardware (MAC address) fonte e o endereço MAC de destino.

Pelo aspecto construtivo da ethernet pode-se observar que pode haver colisões na transmissão (duas ou mais estações tentam transmitir simultaneamente). Uma placa que transmite o quadro pode detectar a colisão e voltar a transmitir após um tempo aleatório calculado. Esta técnica é chamada de CSMA-CD.

Imagine que no experimento da aula anterior o transmissor possui
um LED para visualizar o que transmite. Se ele observar interferência
no que transmite é porque uma colisão ocorreu.

A Ethernet com switch

Por questões de robustez e de evitar colisões, aumentando o desempenho do sistema, a Ethernet é hoje utilizada com um elemento chaveador de quadros chamado de switch.

 Observação: os MACS do FRAME estão trocados nesta figura. Vou corrigir (Eraldo).

Um switch logo que ligado, faz a rede funcionar como um barramento normal, propagando quadros em todas as portas. Rapidamente ela aprende quem está ligado na porta e constrói uma tabela que associa a porta do switch aos endereços MAC nela ligados.

Ver animação da rede com switch aqui.

Note que existe um endereço ethernet que é usado para broadcasting. Ver animação aqui.

A Ethernet sem fio

A Ethernet, originalmente criada pela Xerox, foi "adotada" pela IEEE que criou uma série de comitês para gerar padrões associados a tecnologia. Um destes comitês é o IEEE802.11 que definiu um standard para WLAN (LAN sem fio), mais conhecida como WiFi.

A WiFi prevê o uso de infraestrutura (pontos de acesso ou access points) ou nenhuma infraestrutura (rede adhoc).

A Rede de Pacotes Internet

Vimos anteriormente que existem várias tecnologias de redes locais. A ethernet é uma destas tecnologias. Um problema é como interligar redes LANs ou outras redes de uma forma homogênea? A Internet, como o próprio nome diz é uma tecnologia que visa interligar redes. Ela se apresenta como uma estrutura de ISPs (Internet Service Providers) Estrutura hierárquica de ISPs

• Visão geral da Internet

Fonte wikipedia [1]

• Visão simplificada da Interligação na Internet

Os protocolos da Internet: arquitetura TCP/IP

• 4 camadas de protocolos caracterizam a arquitetura TCP-IP
  • Aplicação: HTTP, FTP, SMTP etc
  • Transporte: TCP, UDP
  • Rede: protocolo IP, ICMP etc
  • Enlace/Física: ethernet, enlaces óticos, enlaces sem fio.

• O Modelo TCP - IP
  EmbedVideo received the bad id "UGxXj7QQndU&feature#!" for the service "youtube".

Endereçamento IP e Estrutura do Pacote IP

• Endereçamento IPv4: 4 bytes - uma parte do endereço idenfica a rede (netid) e outra parte identifica o hospedeiro

(hostid). A alguns anos atrás o próprio endereço IP definia quantos bits pertenciam a um netid. Isto era chamado de endereços classful. Ver tabela de classes aqui. Atualmente, pela escassez de endereços isto foi flexibilizado. A parte rede do endereçamento IP é definido por uma máscara ver aqui.

• Endereçamento IPv6: 6 bytes

A estrutura de um pacote IP pode ser vista aqui.

• Estrutura do IPv4

Observe que o pacote IP também possui um endereço IP de destino e um endereço IP fonte.

Encaminhamento IP

O papel básico de um roteador da rede é encaminar pacotes IP recebidos por uma interface para um outro roteador imediatamente conectado a uma interface deste roteador.

Vamos analisar este exemplo: encaminhando um ping

Encapsulamento IP

Como já mecionado anteriormente, os protocolos da Internet se organizam na forma de camadas. Pacotes de uma camada são inseridos em um pacote de uma camada inferior e tratados de forma transparente por esta camada.

Vamos analisar o encapsulamento com este exemplo e com este exemplo.

Fonte Wikimedia [2]

Camada de Transporte

Fonte Wikipedia [3]

Deve ser observado que a camada IP presta um serviço dito de "melhor esforço" e sem conexão. Em outras palavras, o hospedeiro envia o pacote, repassando-o para a camada IP que encaminha o pacote até o seu destino. Nada garante que o pacote chegue (roteadores podem jogar pacotes fora, por exemplo). Além disto, o pacote IP possui informação suficiente para chegar na máquina que possui o endereço de destino.

Então como poderíamos acresentar confiabilidade na transmissão e acrescentar informações de endereçamento para uma entidade (processo) dentro da máquina? A comunicação fim-a-fim entre duas máquinas é realizada por uma camada chamada transporte.

O protocolo TCP é um protocolo que garante a comunicação fim-a-fim entre dois processos comunicantes. O pacote TCP é chamado segmento e possui um header que identifica as portas associadas a cada processo na ponta da comunicação.

Pelo fato de ser fim-a-fim e confiável, tudo se passa como se houvesse um canal (ou cano) de comunicação direto entre dois processos remotos. O canal é bidirecional pois qualquer um dos dois processos pode transmitir.

Ver animação do TCP aqui.

Existem outros protocolos de transporte. O UDP é um deles. Ele não fornece confiabilidade na comunicação mas fornece o endereçamento a nível de portas. Ele é muito usado em comunição de mídia em tempo real (exemplo, Voz sobre IP).

Arquitetura de serviços sobre a Internet

• Modelo cliente-servidor

Fonte Wikipedia[4]

• Modelo P2P (peer-to-peer): decentralizado ou centralizado

Os serviços da Internet

• Correio eletrônico: protocolos smtp, pop
• World Wide Web: protocolos htpp

Fonte [5]

• Acesso remoto: ssh
• Compartilhamento de arquivos: Napster, Kazaa
• Transmissão de mídia
• Telefonia na Internet (Voz sobre IP)

Sistema de Nomes de Domínios

• Domínio de nomes: para fins de uso pelo ser humano, as redes (domínios) recebem nomes. Um serviço de resolução de nomes mapeia um nome em um endereço;

Rede de Acesso

É a parte da rede de telecomunicações que conecta os clientes
 ao provedor de serviço imediato.

Na Internet, as principais tecnologias de acesso são:

• discada (dial up)
• xDSL
• ISDN
• WiFi(IEEE802.11): (usado por Wireless ISPs e na construção de redes locais sem fio WLAN)
• Ethernet (ou variações Gigabit Ethernet etc)
• WiMax(IEEE 802.16) (usado por Wireless ISPs na construção de redes metropolitanas - MANs)
• Cable modem
• FTTH
• rede broadband por satélite
• rede celular broadband: 3G(UMTS,HSDPA,CDMA2000) e 4G (LTE)
• Internet power-line
• Leased Lines (linhas alugadas): canais T1 e E1