O documento introduz conceitos básicos sobre redes de comunicação de dados. Ele discute por que as redes são usadas, seu impacto para pessoas e empresas, o que é comunicação digital, modelos de comunicação e tipos de informação digital. Também aborda conceitos como topologia de rede, protocolos, tipos de endereços e comutação.

1. Introdução às Redes de Comunicação de Dados Prof. Mauro Tapajós

3. Compartilhamento de recursos com alta confiabilidade

4. Economia

5. Facilidades (Informação ajustada à demanda, sistemas de informação, entretenimento)

6. A geração e a transferência de informação é ponto crítico dos negócios de hoje

7. O fluxo de informação reflete e modela as estruturas das organizações, as redes viabilizam este processo

9. Rapidamente está se tornando parte da sociedade (como aconteceu com telefones, TV e rádio) – trabalho, entretenimento, comunidade, etc

10. Está em todos os lugares (no carro, escola, shoppings, lojas, etc)

11. Profissionais estudam como elas são, o que podem fazer, como funcionam e suas limitações – especialização

14. Fibras ótica através de emissores lasers

15. Microondas

16. Links de satélite, etc

18. Comunicação pessoal e em grupo (e-mail, chats, encontros, aulas à distância, etc)

19. Cria e mantém novas comunidades (salas de bate-papo, newsgroups, grupos com interesses em comum)

20. Segue a linha de tecnologias que pretendem reduzir os problemas com tempo e distâncias (estradas de ferro, TV, automóveis, aviões, etc) – facilidades para as pessoas

21. Este fluxo de informação é normalmente livre de censura e controle – Por exemplo: a Internet apresenta um espelho da própria sociedade (tudo de bom e tudo de ruim pode ser encontrado)

22. As mudanças previstas ainda estão em estágio primário (comércio, serviços, entretenimento, socialização)

24. Vastas redes de serviços já instaladas e disponíveis (rede telefônica, rádio, televisão, satélites, etc)

25. Computadores interconectados formam redes que mudaram e estão mudando a forma como se trata a informação e como se aplica isso nas atividades das empresas

26. Tecnologia chave para adquirir vantagem competitiva

28. Em redes de comunicação de dados, os símbolos usados para codificar e transferir informação são 0’s e 1’s, assim como os computadores digitais

29. Estas redes basicamente são capazes de transmitir 1’s e 0’s de forma transparente, sem se preocupar com o que eles significam

30. Modelo de Comunicação

32. Voz

33. Imagem

36. Processamento : os computadores digitais manipulam e tratam a informação em formato digital (ex.: aplicações e programas)

37. Transmissão : as redes de comunicação digital transmitem e recebem os bits referentes à informação (ex.: Internet)

39. Gerência da Rede

40. Segurança da Rede

41. Aplicações de rede

42. Serviços que irão ser disponibilizados nesta rede – Negócios que serão gerados!

43. Modelo Básico de Comunicação de Dados

45. Meio de Transmissão (cabos, fibras óticas, ar livre, etc)

46. Técnicas de Comunicação (codificações, interfaces de comunicação, protocolos)

47. Eficiência na Transmissão (multiplexação, compressão)

48. Largura de banda – capacidade de transmissão de informação de um canal

51. DB

52. Uso extensivo de correio eletrônico e recursos computacionais remotos

53. Aumento da confiabilidade de recusos computacionais

55. Topologia de Rede

56. Interfaces de Rede

57. Protocolos de comunicação – PDU's

58. Host

59. Aplicação de Rede

60. Serviços de Rede – Primitivas de serviço (operações)

61. Serviço orientado a conexão e não-orientado

62. Sistemas Distribuídos

63. Comutação

65. Meio de Transmissão – caminho por onde a informação irá seguir

66. Dispositivos de rede – equipamentos intermediários para encaminhar a informação enviada da origem para o destino

67. Redes Multiponto

68. Modos de Transmissão da Informação Simplex : neste modo, os dados estão fluindo em um único sentido de uma direção. Ex.: Sinais de uma estação de rádio AM, FM e de um canal de TV. Half-Duplex : neste modo, os dados fluem em ambos os sentidos, porém não simultaneamente. Ex.: rádio-amador e walkie-talkie

69. Modos de Transmissão da Informação Full-Duplex: é caracterizado pelos dados fluindo em ambos os sentidos de propagação simultaneamente. Ex.: Telefonia.

72. Broadcast

73. Multicast

75. Round-trip time (RTT) é o tempo que leva para se chegar a um ponto e receber o retorno

77. Tempo de Transmissão – depende de largura de banda e tamanho da mensagem

78. Atraso de Propagação – tempo de viagem do sinal no meio

79. Atraso de enfileiramento – tempo de espera na fila de processamento

81. Determina o tamanho do “tubo” de transmissão

83. Cada nós da rede deve saber como orientar o fluxo de dados para que o mesmo chegue ao seu destino

84. Quanta informação e procedimento será de responsabilidade da rede e quanto será de responsabilidade dos sistemas finais

86. Necessita de pré-conexão antes de qualquer transmissão

88. É retornada uma confirmação do circuito estabelecido para a origem indicando que a transmissão pode prosseguir

89. Se inicia a troca de dados

90. Todo o caminho fica alocado para a troca de dados (usado ou não)

91. Quando não houver mais troca de dados, o circuito é desfeito, liberando os recursos alocados

92. Estabelecimento de Conexão

93. Comutação por Circuito Time A B C D Data Call accept signal Call request signal Data Transmission Time Propagation Delay Transmission Delay

95. As mensagens da aplicação são divididas em estruturas chamadas “pacotes”

96. Cada pacote é enviado de forma independente

97. Não define um circuito físico dedicado

98. Define rotas entre os dois pontos a se comunicarem

99. As rotas são analisadas pelos equipamentos de comutação que enviam os pacotes na “direção” certa

100. Em caso de falhas na rede, pode-se utilizar rotas alternativas de forma dinâmica

101. Comutação por Pacotes Time A B C D Pkt 1 Pkt 2 Pkt 3 Pkt 1 Pkt 2 Pkt 3 Pkt 1 Pkt 2 Pkt 3 Transmission Delay Header

102. Rede Baseada em Datagramas

103. Dados Gerados e Recebidos por Aplicações

104. Comparação

106. Rede baseada em Circuitos Virtuais

107. Temporização para cada tipo de Comutação

108. Intensidade de Tráfego La/R L -> número médio de bits num pacote (bits) a -> taxa média de chegada dos pacotes (pacotes/seg) R -> taxa de transmissão (bits/seg) Quando a intensidade se aproxima de 1 -> atraso média na fila tende a infinito

109. Arquitetura Cliente-Servidor

110. Arquitetura Cliente-Servidor

112. Utiliza recursos disponíveis existentes nas “pontas” das redes (classificados como clientes – como PCs ligados na Internet por exemplo)

113. Neste contexto, é um ambiente de conectividade instável e de endereçamento inexato

114. No início, a Internet era composta por poucas máquinas que sempre estariam disponíveis, logo as característica de conectividade eram permanentes. Hoje não é mais assim.

118. Podem existir vários padrões para a mesma coisa

120. Desde 1970 este comitê guia a evolução da Internet

121. O IAB supervisiona o processo de desenvolvimento dos protocolos da Internet

122. Centraliza esforços nas áreas de interesse e necessidade

123. Decide quando um protocolo está pronto para se tornar um padrão da Internet

125. É composto de pesquisadores, modeladores, gente com experiência operacional e engenheiros de fabricantes organizados em grupos de trabalho ( workgroups )

126. A coordenação do IETF é realizada pelo IESG (Internet Engineering Steering Group)

127. Padrões Internet são de domínio publico

129. Existem RFC’s que descrevem os mais diversos assuntos

130. Uma RFC candidata a padrão deve seguir um processo que culminará com a sua adoção pelo IAB como documento padronizador

131. Caminho dos documentos até a sua padronização no IAB RFC 2026

133. OSI ( Open Systems Interconnect ) - Grupos de trabalho dentro da ISO que são muito influentes no mundo da comunicação de dados.

134. O modelo OSI é familiar a todos envolvidos em redes de comunicação

135. Muitos protocolos foram padronizados sob a bandeira OSI

137. Função: padronizar as tecnologias envolvidas em Telecomunicações

138. Componentes: representantes de países, operadoras de telecomunicações privadas, organizações regionais, fabricantes, comunidades científicas e outros.

139. Os padrões são chamados “recomendações”

141. Series E: PSTN, numbering and routing, service quality, network management;

142. Series G: Analog and digital transmission systems;

143. Series M: Maintenance;

144. Series O: Measurement equipment;

145. Series P: Telephony transmission quality;

146. Series Q: Switching, value-added services, signalling systems Nos. 4, 5, 6 and 7, R1 and R2, TCAP, IN; and

147. Series V: Data communications over the PSTN

148. Outros Órgãos

151. Modelos de Referência

153. Os modelos criam um entendimento melhor dos problemas de redes

154. Para isso, utilizam um modelo de camadas e hierarquias de protocolos para dividir as várias funcionalidades desejadas numa rede

156. O teste e manutenção é facilitado

157. É fácil se mudar uma implementação usada numa camada por outra

159. Cada camada utiliza serviços oferecidos pela camada de baixo

160. Cada camada precisa de um protocolo próprio para se comunicar com sua correspondente do outro lado

161. Para oferecer serviços, as camadas especificam um Interface para a camada de cima

162. Modelo de Camadas

164. Permite a decomposição de um sistema complexo em partes menores - melhor compreensão do mesmo

165. O sistema pode evoluir por que as camadas podem ser trocadas (desde que a interface não mude)

167. Uma camada pode ser omitida se algum ou todos os seus serviços não forem necessários

168. Implementações mais estáveis são possíveis por que cada camada pode passar por procedimentos independentes de teste

170. Camadas mal concebidas podem gerar implementações complexas e difíceis

171. Podem haver penalidades em termos de performance devido ao excesso de camadas (por exemplo: várias operações de cópia de memória para memória)

172. O design de uma camada N+1 pode ser afetado pelas propriedades de uma nova camada N

174. Cada camada deve executar uma função bem definida

175. As fronteiras entre camadas devem ser criadas de forma a minimizar o fluxo de informações através das interfaces

176. O número de camadas deve ser tal que consiga distinguir funções sem a necessidade de comprimi-las em poucas camadas porém não gere um modelo irrealizável de muitas camadas

177. Nomenclatura OSI

178. Modelo de Referência OSI

179. Modelo de Referência OSI

181. Transmite efetivamente os bits (informação “crua”)

182. Preocupações com as características físicas

183. Adapta o sinal ao meio de transmissão

184. Define o formato e a pinagem dos conectores

185. Estabelece a taxa de bits (bps – bits por segundo) e links físicos de comunicação

186. Monitora atrasos de transmissão

187. Estabelece a interface física entre dispositivos

189. Define os quadro e seus limites

190. Detecta erros com quadros perdidos, danificados e duplicados, e age de acordo

191. Controle de fluxo - diferentes velocidades

192. Controle de sequência de quadros

193. Controla o acesso ao meio

194. Em suma: a camada de enlace oferece para a camada de rede um serviço de link de comunicação sem erros

196. As camadas físicas e de enlace de dados compõem esta estrutura básica de transmissão numa rede de comunicação de dados e podem variar bastante em função das características da rede e do seu alcance

198. Implementa um esquema de endereçamento global

199. Constrói o pacote a ser enviado

200. Roteamento

201. Controle de congestionamento

202. Mecanismos de prioridades

203. Funções de contabilização (pacotes)

204. Permite que redes heterogêneas sejam conectadas

205. Camada de Rede – Operação fim-a-fim

207. Controle de sequência de segmentos

208. Controle de fluxo de mensagens

209. Endereçamento final entre processos em execução

210. Permite a comunicação entre aplicações

211. Provém facilidades como multiplexação sobre um única conexão de rede

213. Serviços de estabelecimento de sessão gerenciamento direitos de acesso

214. Localiza os serviços de rede para um usuário

215. Gerencia diálogos entre aplicações

216. Sincronização de aplicações (exemplo: falha numa transferência de arquivos)

217. Agrupa as várias conexões de usuário num único contexto de sessão

219. Define a sintaxe e a semântica dos dados sendo transmitidos

220. Converte códigos (tipos de dados, por exemplo: ASCII to Unicode, LSB less-significant-bits para MSB more-low-significant-bits )

221. Serviços de criptografia de dados

222. Serviços de compressão de dados

224. Função específica

225. Define a qualidade do serviço

226. Identifica os parceiros da comunicação entre aplicações semelhantes

227. Não existe modelo padronizado fixo para aplicações, mas ele existem (cliente/servidor – P2P, RPC, MPI – passagens de mensagens, etc)

228. Modelos OSI e Modelo TCP/IP

230. Oferece escolha dos serviços (confiável ou não) na camada de rede

231. Pontos de controvérsia: existência de camadas de sessão e apresentação

232. Camada de enlace de dados “sobrecarregada” (2 subcamadas LLC e MAC)

233. Serviços que podem se repetir pelas camadas: controle de erros e fluxo

234. Serviços importantes que não tiveram a atenção devida: segurança dos dados e gerenciamento

236. Uma boa implementação inicial (Berkeley UNIX)

237. Alguns dos seus protocolos não foram bem pensados

238. Oferece escolha dos serviços (confiável ou não) na camada de transporte

239. Não define bem redes diferentes das redes TCP/IP - não é genérico

240. Englobou as 2 primeiras camadas numa única

241. Modelo TCP/IP Application Protocol Transport Protocol (TCP) Application Layer Transport Layer Network Layer Host-to- Net Layer Host A Host B Application Layer Transport Layer Network Layer Host-to- Net Layer Network Layer Host-to- Net Layer Network Layer Host-to- Net Layer IP IP IP

242. Comparação dos Modelos OSI e TCP/IP

244. Trata PDU’s de outras camadas de forma transparente (nao olha dentro ou abre o PDU)

245. Ao enviar o seu PDU, agrega ao PDU da camada superior informações necessárias para o funcionamento do seu protocolo (cabeçalhos – headers )

246. Ao receber o seu PDU, retira as informações do cabeçalho, intepreta as mesmas e encaminha os dados para a camada superior

247. Encapsulamento Application Layer Presentation Layer Session Layer Transport Layer Network Layer Data Link Layer Physical Layer Data Data AH Data PH Data SH Data TH Data NH Data DH DT Data PH

249. Segmentos ( segments ) - Transporte

250. Pacotes ( packets ) - Rede

251. Células ( cells ) - ATM

252. Quadros ( frames ) – Enlace de dados

254. Normalmente utilizam meio compartilhado (um cabo/equipamento no qual todas as estações estão conectadas)

255. As distâncias não passam de poucos kilômetros e a taxa de transmissão é alta com baixos atrasos

256. Baseada em locais limitados geograficamente (empresas, campus, ...)

258. Hoje, as redes WAN atravessam longas distâncias, normalmente conectando cidades ou países

259. Compostas por linhas de transmissão e equipamentos de comutação de pacotes

260. Usadas primariamente para interconectar redes separadas por grandes distâncias

261. Sua topologia não muda com a mesma frequência que as LAN's WAN - Wide Area Network

262. LAN's, MAN's e WAN's

264. Presentes em vários tipos de redes (celular, LAN’s, links remotos, etc)

265. Podem ter alcances longos ou limitados dependendo da aplicação

266. Podem atender a vários tipos de demandas de serviço

267. Exigem cuidados diferenciados por se tratar de um meio de transmissão não-confinado (uso de frequências, potências de transmissores, tipos de antenas, tempo de baterias, segurança, etc)

270. Inserção gradual de novos protocolos – facilidade de agregar novidades

271. Heterogeneidade – diferentes tecnologias coexistindo

272. Algumas funções somente são implementadas nos hosts (não na própria rede) – por exemplo: serviços WWW

274. 1969 – O DoD cria uma rede de computadores (primeira rede de pacotes) para a ARPA (ARPANET) para ajudar os cientistas do governo a se comunicarem e trocarem informações

275. Originalmente a idéia era permitir que os pesquisadores se logassem e rodassem programas remotamente, mas logo se transformou numa ferramenta de troca de informações através de troca de arquivos, correio eletrônico e listas de discussão

277. 1980 – A DARPANET cresce e outras redes não-ARPA são interconectadas. É percebida a necessidade de novos protocolos que suportem a nova infra-estrutura. Isto levou ao desenvovimento da suite TCP/IP

278. 1983 – A DARPANET é dividida em DARPANET e MILNET ( Military Network )

279. A Internet surge ao se definir que todos os hosts nestas redes utilizem TCP/IP

281. O Backbone NSFNET agregou várias redes que conectam WAN’s ligando universidades, governo e instituições de pesquisa em todo o mundo

282. 1990 – A ARPANET foi desmontada e a NSFNET e a MILNET se tornam o backbone da Internet mundial que cada vez mais tem outras redes conectadas

284. Crescimento exponencial: aceitação rápida pelas facilidades tecnológicas e depois pelas oportunidades comerciais e de negócios on-line

285. Aplicações possíveis: navegação WEB, e-mails, terminais remotos, troca de arquivos, chat, etc...

286. A Internet foi uma implementação do TCP/IP para a versão BSD do sistema UNIX muito usado pelas universidades na época

287. Operadoras e provedores podem cobrar taxas relacionadas com instalação e uso de linhas de comunicação mas a utilização da Internet é livre

289. Conectividade da Internet - 1997

293. Empresas normalmente tem contratos de acesso à Internet para suas redes com grandes provedores/operadoras (circuitos dedicados)

295. Terminal Remoto

296. Transferência de Arquivos

297. Newsgroups

298. Compartilhamento de Arquivos

299. Distribuição de Recursos

300. WWW - World Wide Web

301. Vídeo-conferência

302. Jogos online