RCO20704-2014-1
CSTTel: Redes de Computadores II - Diário de Aulas 2014-1
Professor: Arliones Hoeller
Turma: 20704
Encontros: segundas e quintas às 9:40.
Atendimento paralelo: segundas às 13:30 e quintas às 8:25.
Este curso é inspirado no modelo adotado pelo Prof. Sobral em edições anteriores.
Plano de Ensino
Bibliografia
- Livros sobre Redes de Computadores:
- KUROSE, James F. e ROSS, Keith W. Redes de computadores e a Internet, Uma abordagem Top-Down. 5a edição. Editora Addison Wesley SP, 2010.
- FOROUZAN, Behrouz. Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 3a/4a edicão. Editora Bookman, 2004.
- STALLINGS, W. Redes e sistemas de comunicação de dados. Editora Elsevier RJ, 2005.
- TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores, tradução da quarta edição. Editora Campus RJ, 2003
- GALLO, Michael A. E HANCOCK Wiliam M. Comunicação entre computadores e tecnologia de rede. Ed. Pioneira Thomson Learning SP, 2003.
- COMMER, Douglas E. Redes de Computadores e Internet – 2a edição. Editora Bookman, Porto Alegre, 2001
- Antiga página da disciplina (2009-1 e 2009-2)
- Links para outros materiais, normas, artigos, e apostilas do prof. Jorge Casagrande
- Programação com sockets:
- Uma introdução na Wikipedia (inglês)
- Um Guia básico (português)
- Livro Unix Network Programming, 2nd edition, de Richard Stevens (há na biblioteca)
Plano de Aulas
| Aula | Data | Horas | Conteúdo | Recursos | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 10/2 | 2 | Apresentação da disciplina; revisão de redes I. | Lab. Redes I | |
| 2 | 13/2 | 2 | LANs (redes locais): características, tecnologias, topologias. | Lab. Redes I | |
| 3 | 17/2 | 2 | LANs: arquitetura IEEE 802, protocolos de acesso ao meio (MAC) | Lab. Redes I | |
| 4 | 20/2 | 2 | LANs: interligação de redes locais, tecnologias de switches, segmentação de LANs. | Lab. Redes I | |
| 5 | 24/2 | 2 | LANs: interligação de redes locais, tecnologias de switches, segmentação de LANs. | Lab. Redes I | |
| 6 | 27/2 | 2 | LANs: redes locais virtuais (VLANs) IEEE 802.1q | Lab. Redes I | |
| 7 | 6/3 | 2 | LANs: redes locais virtuais (VLANs) IEEE 802.1q | Lab. Redes I | |
| 8 | 10/3 | 2 | LANs: redes locais virtuais (VLANs) IEEE 802.1q | Lab. Redes I | |
| 9 | 13/3 | 2 | LANs: protocolo STP | Lab. Redes I | |
| 10 | 17/3 | 2 | LANs: protocolo STP | Lab. Redes I | |
| 11 | 20/3 | 2 | LANs: revisão | Lab. Redes I | |
| 12 | 24/3 | 2 | Avaliação 1 | Lab. Redes I | |
| 13 | 27/3 | 2 | Atividade prática em laboratório: conclusão do trabalho I | Lab. Redes I | |
| 14 | 31/3 | 2 | Redes sem-fio: características, padrão IEEE 802.11 | Lab. Redes I | |
| 15 | 3/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: controle de acesso ao meio CSMA/CA | Lab. Redes I | |
| 16 | 7/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: controle de acesso ao meio CSMA/CA; desempenho estimado | Lab. Redes I | |
| 17 | 10/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: estrutura de redes sem-fio: redes infraestruturadas. | Lab. Redes I | |
| 18 | 14/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: redes ad hoc e mesh | Lab. Redes I | |
| 19 | 17/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: segurança (WPA) | Lab. Redes I | |
| 20 | 24/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: segurança (WPA) | Lab. Redes I | |
| 21 | 28/4 | 2 | Redes sem-fio IEEE 802.11: revisão | Lab. Redes I | |
| 22 | 5/5 | 2 | Avaliação 2 | Lab. Redes I | |
| 23 | 8/5 | 2 | WAN (redes de longa distância): introdução, tecnologias de acesso | Lab. Redes I | |
| 24 | 12/5 | 2 | WAN: tecnologias de acesso, enlaces ponto-a-ponto com protocolos PPP e HDLC | Lab. Redes I | |
| 25 | 15/5 | 2 | WAN: enlaces PPP e HDLC | Lab. Redes I | |
| 26 | 19/5 | 2 | WAN: detecção e controle de erros em enlaces ponto-a-ponto | Lab. Redes I | |
| 27 | 22/5 | 2 | WAN: detecção e controle de erros em enlaces ponto-a-ponto | Lab. Redes I | |
| 28 | 26/5 | 2 | WAN: enlaces físicos, modems | Lab. Redes I | |
| 29 | 29/5 | 2 | WAN: modems e interfaces digitais | Lab. Redes I | |
| 30 | 2/6 | 2 | WAN: modems e interfaces digitais | Lab. Redes I | |
| 31 | 5/6 | 2 | WAN: enlaces ADSL e seus componentes, protocolo PPPoE | Lab. Redes I | |
| 32 | 9/6 | 2 | WAN: comutação de circuitos virtuais; Frame Relay | Lab. Redes I | |
| 33 | 12/6 | 2 | WAN: comutação de circuitos virtuais; Frame Relay | Lab. Redes I | |
| 34 | 16/6 | 2 | WAN: MPLS | Lab. Redes I | |
| 35 | 23/6 | 2 | WAN: MPLS | Lab. Redes I | |
| 36 | 26/6 | 2 | WAN: MPLS | Lab. Redes I | |
| 37 | 30/6 | 2 | Avaliação 3 | Lab. Redes I | |
| 38 | 3/7 | 2 | Apresentação de projetos e encerramento | Lab. Redes I | |
| 39 | 7/7 | 2 | Revisão para recuperação | Lab. Redes I | |
| 40 | 10/7 | 2 | Recuperação | Lab. Redes I | |
| TOTAL | 80 | ||||
Avaliação
A avaliação do aprendizado será realizada através de uma prova teórica e um trabalho prático para cada uma das três partes da disciplina (LANs, Redes sem fio, WANs). Será considerado aprovado o aluno que demonstrar ter adquirido as competências e habilidades suficientes em cada avaliação (ou seja, no mínimo C). Ao final do semestre será oferecida a possibilidade de recuperação de notas aos alunos através da reaplicação de prova teórica dos conteúdos nos quais não tenha sido atingido conceito C.
Diário de Aulas
10/02: Apresentação da disciplina e revisão de redes I
- Apresentação do plano de ensino.
- Conversa com a turma.
- Revisão de Redes I
- Slides do Kurose: http://wiki.sj.ifsc.edu.br/images/9/9b/Kurose-slides-1.ppt
13/02: LANs (redes locais): características, tecnologias, topologias.
- Capítulo 13 do livro "Comunicação de Dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan
- Capítulo 5 do livro "Redes de Computadores e a Internet", de James Kurose.
- Capítulo 4 do livro "Redes de Computadores", de Andrew Tanenbaum
Lembrando Redes de Computadores da 3a fase ...
Em RCO1 foi estudado o assunto Arquitetura de Redes com ênfase na Internet. A figura abaixo resume a arquitetura em camadas usada para representar o funcionamento de sistemas em uma rede de computadores. Cada camada representa uma certa funcionalidade necessária para a comunicação, e apresenta um ou mais protocolos que participam dessa tarefa.
O foco da disciplina RCO2 é a infra-estrutura de rede, representada pelas camadas Internet e Acesso a rede no modelo TCP/IP (ou camadas Rede e inferiores no modelo OSI). Ela diz respeito ao conjunto de equipamentos, links, protocolos e tecnologias empregados para construir uma rede de computadores. Essa rede pode ser assim usada para que sistemas finais consigam se comunicar, tais como computadores de usuários, servidores, smartphones, e quaisquer outros dispositivos que produzam ou consumam dados. Desta forma, em RCO2 estudaremos como escolher tecnologias, selecionar e configurar equipamentos, e interligá-los para construir redes de computadores.
Nosso ponto de partida serão pequenas redes compostas por uma ou mais redes locais (LANs) que se interligam, incluindo conexão para a Internet. Em cada rede investigaremos seu funcionamento, incluindo as configurações da subrede IP e os equipamentos usados.
Figura 1: uma pequena rede local (LAN) com conexão para Internet
Figura 2: duas redes locais (LAN) interligadas por um enlace de longa distância (WAN)
Conceitos necessários para realizar os exercícios:
- Endereços IP e máscaras de rede
- Rotas estáticas
- Interfaces de rede
Ferramentas de apoio ao estudo
Uma limitação que temos está na pouca quantidade de equipamentos para as atividades em laboratório. Para atenuar esse problema, podem-se usar softwares que simulem redes. Existe um software desses em particular, chamado Netkit, que possibilita criar redes virtuais. Essas nada mais são que máquinas virtuais interligadas com switches e links seriais virtuais (isso é, tudo feito por software mas funciona como se fosse de verdade). Com ele se podem criar redes compostas por máquinas virtuais Linux, que são conectadas por links ethernet e PPP. Todos os cenários que usaremos em nosso estudo (com exceção das configurações de modems), poderiam ser reproduzidos com esse software. Existe um guia de instalação e uso publicado na wiki:
Esse guia contém uma coleção de exemplos, para que tenham ideia do que se pode fazer com o Netkit.
O Netkit fica assim como opção para complementar o estudo. Ele funciona como um laboratório de redes, em que se podem criar redes como aquelas que vemos em aula e mesmo inventar novas redes. Seu uso se destina a fixar conceitos, para que o uso dos equipamentos reais seja facilitado.
Além do Netkit, o seguinte simulador de roteamento IP, que roda dentro do próprio navegador, pode ajudá-los a exercitar a divisão de subredes e a criação de rotas estáticas.
Exercícios
1. Usando o Netkit crie as seguintes redes. Não esqueça de definir as rotas estáticas.
| Arquivo do experimento |
|---|
pc1[type]=generic
pc2[type]=generic
pc3[type]=generic
r1[type]=gateway
r2[type]=gateway
pc1[eth0]=link0:ip=192.168.0.1/24
pc2[eth0]=link1:ip=192.168.1.2/24
pc3[eth0]=link2:ip=192.168.2.3/24
r1[eth0]=link0:ip=192.168.0.254/24
r1[eth1]=link1:ip=192.168.1.254/24
r2[eth0]=link0:ip=192.168.0.253/24
r2[eth1]=link2:ip=192.168.2.254/24
pc1[default_gateway]=192.168.0.254
pc2[default_gateway]=192.168.1.254
pc3[default_gateway]=192.168.2.254
r1[route]=192.168.2.0/24:gateway=192.168.0.253
r2[route]=192.168.1.0/24:gateway=192.168.0.254
|
| Arquivo do experimento |
|---|
pc1[type]=generic
pc2[type]=generic
pc3[type]=generic
pc4[type]=generic
r1[type]=gateway
r2[type]=gateway
r3[type]=gateway
r4[type]=gateway
pc1[eth0]=lan1:ip=192.168.1.1/24
pc2[eth0]=lan2:ip=192.168.2.1/24
pc3[eth0]=lan3:ip=192.168.3.1/24
pc4[eth0]=lan4:ip=192.168.4.1/24
r1[eth0]=lan1:ip=192.168.1.254/24
r1[eth1]=lan2:ip=192.168.2.254/24
r2[eth0]=lan2:ip=192.168.2.254/24
r2[eth1]=lan3:ip=192.168.3.254/24
r3[eth0]=lan1:ip=192.168.1.254/24
r3[eth1]=lan4:ip=192.168.4.254/24
r4[eth0]=lan3:ip=192.168.3.254/24
r4[eth1]=lan4:ip=192.168.4.254/24
|
| Arquivo do experimento |
|---|
pc1[type]=generic
pc2[type]=generic
pc3[type]=generic
pc4[type]=generic
r1[type]=gateway
r2[type]=gateway
pc1[eth0]=lan1:ip=10.0.1.1/26
pc2[eth0]=lan2:ip=192.168.1.1/24
pc3[eth0]=lan3:ip=192.168.2.129/26
pc4[eth0]=lan4:ip=192.168.2.193/26
r1[eth0]=lan1:ip=10.0.1.62/26
r1[eth1]=lan2:ip=192.168.1.254/24
r2[eth0]=lan2:ip=192.168.1.253/24
r2[eth1]=lan3:ip=192.168.2.190/26
r2[eth2]=lan4:ip=192.168.2.254/26
|
2. Teste a comunicação entre os computadores e roteadores usando o comando ping. Use também o tcpdump ou wireshark para monitorar as interfaces de rede.
17/02: Redes locais (LAN: Local Area Network)
Referências bibliográficas:
- Capítulo 13 do livro "Comunicação de Dados e Redes de Computadores", de Berhouz Forouzan
- Capítulo 5 do livro "Redes de Computadores e a Internet, 5a edição", de James Kurose
- Capítulo 4 do livro "Redes de Computadores", de Andrew Tanenbaum
- Transparências:
Estudo de caso: entendendo a rede do IFSC-SJ
A rede do IF-SC é composta pelas redes dos campi, sendo que o campus Mauro Ramos centraliza os links para os demais campi. Dentre eles, o link para a rede do campus São José tem a capacidade de 1 Gbps. Além disso, o link para a Internet se localiza também no campus Mauro Ramos. A figura abaixo mostra um diagrama simplificado da rede do IF-SC, destacando apenas os campis Mauro Ramos, São José e Continente.
Como se pode ver, os campi são interligados por enlaces (links) de longa-distância com alta capacidade de transmissão (1 Gbps). O link para a Internet, provido pelo POP-SC (Ponto de Presença da RNP em SC, mantido pela UFSC) é também de 1 Gbps. Esses links de longa distância asseguram que não existam gargalos entre os campi, possibilitando uma boa vazão entre as redes.
No nosso primeiro projeto, vamos iniciar estudando a estrutura e funcionamento da rede do campus São José. Essa rede é formada por três redes locais, compostas por switches ethernet, servidores, gateways e firewall. O diagrama abaixo apresenta a estrutura geral da rede do nosso campus.
Atividade a serem realizadas nas próximas aulas:
- Observar os equipamentos in-loco: veremos que tipos de equipamentos são usados para manter a estrutura, como são conectados, seus fabricantes e modelos.
- Criar um modelo reduzido dessa rede usando equipamentos reais: criaremos um modelo usando switches e computadores do laboratório.
- Investigar as tecnologias empregadas na rede: identificaremos as tecnologias usadas e testaremos sua capacidade de transmissão.
Conceituação sobre Redes Locais (LAN)
Características e pontos-chaves
Obs: obtido de STALLINGS, 2005:
- Uma LAN consiste de um meio de transmissão compartilhado e um conjunto de hardware e software para servir de interface entre dispositivos e o meio de transmissão, além de regular o acesso ao meio de forma ordenada.
- As topologias usadas em LANs são anel (ring), barramento (bus), árvore (tree) e estrela (star). Uma LAN em anel consiste de um laço fechado formado por repetidores que possibilitam que dados circulem ao redor do anel. Um repetidor pode funcionar também como um ponto de acesso de um dispositivo. Transmissão geralmente se dá na forma de quadros (frames). As topologias barramento e árvore são segmentos de cabos passivos a que os dispositivos são acoplados. A transmissão de um quadro por um dispositivo (chamado de estação) pode ser escutada por qualquer outra estação. Uma LAN em estrela inclui um nó central onde as estações são acopladas.
- Um conjunto de padrões definido para LANs especifica uma faixa de taxas de dados e abrange uma variedade de topologias e meios de transmissão.
- Na maioria dos casos, uma organização possui múltiplas LANs que precisam ser interconectadas. A abordagem mais simples para esse problema se vale de equipamentos chamados de pontes (bridges). Os conhecidos switches Ethernet são exemplos de pontes.
- Switches formam os blocos de montagem básicos da maioria das LANs (não muito tempo atrás hubs também eram usados).
Algumas tecnologias
- Ethernet (IEEE 802.3): largamente utilizada hoje em dia, na prática domina amplamente o cenário de redes locais.
- Token Ring (IEEE 802.5): foi usada nos anos 80 e início dos anos 90, mas está em desuso ... muito difícil de encontrar uma rede local deste tipo hoje em dia.
- Myrinet: criada especificamente para interligar servidores de alta capacidade de processamento em clusters. Atualmente pouco usada, pois redes ethernet as substituíram em clusters e data centers.
- Infiniband: especificamente criada para interligar equipamentos para fins de computação de alto-desempenho. Mantém-se na ativa nesse nicho específico.
Topologias
Uma topologia de rede diz respeito a como os equipamentos estão interligados. No caso da rede local, a topologia tem forte influência sobre seu funcionamento e sobre a tecnologia adotada. Dependendo de como se desenha a rede, diferentes mecanismos de comunicação são necessários (em particular o que se chama de acesso ao meio). A eficiência da rede (aproveitamento da capacidade de canal, vazão) e sua escalabilidade (quantidade de computadores e equipamentos que podem se comunicar com qualidade aceitável) também possuem relação com a topologia. A tabela abaixo exemplifica topologias conhecidas de redes locais.
| Topologia | Exemplo | Tecnologias |
|---|---|---|
| Estrela |  |
Ethernet (IEEE 802.3) com hubs e switches |
| Anel (em desuso) |
 |
Token-ring (IEEE 802.5), FDDI |
| Barramento (em desuso) |
 |
Ethernet (IEEE 802.3) |
| Árvore |  |
Ethernet (IEEE 802.3) com hubs e switches |
| Árvore-gorda (Fat-tree) |  |
Ethernet (IEEE 802.3) com hubs e switches |
Exemplos de uso de redes locais
Exemplos de redes locais são fáceis de apresentar. Praticamente toda rede que interconecta computadores de usuários é uma rede local - mesmo no caso de redes sem-fio, um caso especial a ser estudado mais a frente. A rede do laboratório de Redes 1, onde temos nossas aulas, é uma rede local. Os demais computadores da escola formam outra rede local. Quando em casa se instala um roteador ADSL e se conectam a ele um ou mais computadores, cria-se também uma rede local. Portanto, redes locais são extremamente comuns e largamente utilizadas. Ainda assim, cabem alguns outros exemplos de possíveis redes locais, mostrados abaixo:
Uma LAN típica com um link para Internet
Uma LAN que integra servidores em um datacenter
Um tipo de LAN especial para interligar servidores de armazenamento (storage), chamada SAN (Storage Area Network)
20/02: Atividade prática
Implementar a rede do segundo experimento com Netkit no laboratório utilizando os novos switches CISCO Catalyst 2960s. Para isto, utilizem o seguinte manual
CISCO Catalyst 2960s - Manual rápido