redes e comunicação de dados

REDES E COMUNICAÇÃO DE
DADOS
INTRODUÇÃO A REDES DE COMPUTADORES
Prof. André Luís Alves
Visão Geral
As redes existem de forma que dados possam ser enviados de um
lugar a outro (conceito básico de comunicação de dados).
Para compreender completamente esse assunto, precisamos
conhecer os componentes da comunicação de dados, como diferentes
tipos de dados podem ser representados e como criar um fluxo de
dados.
Inicialmente serão introduzidos conceitos básicos de comunicação
de dados e de redes.
Discutiremos os componentes das comunicações de dados,
representação de dados e o fluxo de dados, estruturas das redes,
topologias, categorias e o conceito geral que está por trás da internet.
Comunicação de dados
Dados
Informações apresentadas em qualquer forma que seja acordada entre
as partes que criam e usam dados (números, áudio, imagens, etc).
Comunicação de dados
Trocas de dados entre dois dispositivos por intermédio de algum tipo de
meio de transmissão.
Sistema de comunicação de dados (SCD)
Dispositivos compostos por uma combinação
(equipamentos físicos) e software (programas).
de
hardware
Componentes de um SCD
Mensagem: informações (dados) a serem transmitidos (texto, números,
figuras, áudio e vídeo).
Emissor: dispositivo que envia a mensagem de dados (computador, telefone,
televisão, etc).
Receptor: dispositivo que recebe a mensagem (computador, telefone,
televisão, etc).
Meio de transmissão: caminho físico pelo qual o uma mensagem trafega do
emissor ao receptor (cabo de par trançado, cabo coaxial, fibra óptica e ondas
de rádio).
Protocolo: conjunto de regras que controla que controla a comunicação de
dados.
Componentes de um SCD
Fluxo de dados
Redes
Conjunto de dispositivos (nós) de envio e/ou recepção de dados
conectados por links;
Processamento Distribuído
• A maioria das redes utiliza processamento distribuído (Sistemas
Fracamente Acoplados);
• Tarefas são divididas entre vários computadores.
Critérios de redes
Desempenho: tempo de trânsito da informação de um dispositivo a
outro (capacidade de vazão – throughput e atraso – delay);
Confiabilidade: medida pela frequência de falhas, tempo que um link
leva para se recuperar de uma falha e pela robustez da rede em caso de
uma catástrofe.
Segurança:
 Proteção ao acesso não autorizado de dados;
 Proteção dos dados contra danos;
 Desenvolvimento e implementação de políticas de procedimentos
para recuperação de violações e perda de dados.
Tipos de conexão
Trata-se do modo como os dados circulam entre os nós da Rede.
Ponto a Ponto (peer-to-peer ou P2P)
• Mais comum;
• Fornece um link dedicado entre dois dispositivos (receptor e transmissor);
• Elementos de conexão: fios, links via satélite ou microondas. Ex.: controle remoto
infravermelho.
Tipos de conexão
Multiponto (multidrop)
• Um ponto central envia informações para vários pontos, utilizando um mesmo
meio;
• Mais de dois dispositivos compartilham um único link;
A capacidade do canal é compartilhada, seja de forma espacial ou temporal:
 Compartilhada espacialmente: diversos dispositivos usam o link simultaneamente;
 Compartilhada no tempo: usuários devem revezar entre si.
Redes do ponto de vista geográfico
LAN – Local Area Network
Unem computadores de um escritório, prédio, ou mesmo um conjunto de prédios próximos,
usando cabos ou ondas de rádio (ver modelo).
MAN – Metroplitan Area Network
Conectam duas ou mais LANs mas que não estendem-se além das fronteiras metropolitanas de
uma cidade.
WAN – Wide Area Network
Cobre uma área geográfica relativamente ampla usando cabos telefônicos, enlaces de
microondas ou mesmo satélites (p.ex: de um país a outro ou de um continente a outro). Um bom
exemplo de WAN é a Internet (ver modelo).
Interconexão de Redes – Internetwork (ver modelo).
Topologia Física
• Refere-se à maneira pela qual uma rede é organizada fisicamente
• É a representação geométrica da relação de todos os links e
dispositivos (nós) de uma conexão
Barramento (Bus)
• Conexão mutiponto;
• Todos os computadores são ligados em um mesmo barramento físico de
dados;
• Apenas uma máquina pode “escrever” no barramento num dado
momento;
• Quando um computador estiver transmitindo um sinal, toda a rede fica
ocupada e se outro computador tentar enviar outro sinal ao mesmo
tempo, ocorre uma colisão e é preciso reiniciar a transmissão. Utilizada em
Redes Locais (LAN).
Barramento (Bus)
Vantagens:
• Uso de cabo é econômico; simples e relativamente confiável; torna fácil a
inserção de um novo computador na Rede
Desvantagens:
• A rede pode ficar extremamente lenta em situações de tráfego pesado;
problemas são difíceis de isolar; falha no cabo paralisa a rede inteira.
Estrela
• Conexão ponto a ponto;
• Utiliza cabos de par trançado e um concentrador como ponto central da
rede;
• O concentrador se encarrega de retransmitir todos os dados para todas as
estações, mas com a vantagem de tornar mais fácil a localização dos
problemas, já que se um dos cabos, uma das portas do concentrador ou
uma das placas de rede estiver com problemas, apenas o nó ligado ao
componente defeituoso ficará fora da rede;
• Trata-se da topologia mais utilizada em Redes Locais (LAN).
Estrela
Vantagens:
• A codificação e adição de novos computadores é simples;
• Gerenciamento centralizado;
• Falha de um computador não afeta o restante da rede;
• Robustez.
Desvantagem:
• Uma falha no dispositivo central paralisa a rede inteira.
Anel (Ring)
• Presença de um cabo coaxial fechado sobre si próprio (anel), ao qual se ligam
os vários computadores da Rede;
• Sinais ou mensagens circulam dentro do anel, passando sequencialmente
(ponto-a-ponto) de ligação em ligação até chegar ao destinatário;
• Utilizada em Redes Locais (LAN).
Anel (Ring)
Vantagens:
• Muito boa para um pequeno número de nós com ligação a alta velocidade;
• A expansão da rede é facilmente conseguida;
• Ideal para o uso de fibra óptica por cada posto poder estar diretamente ligado ao
outro;
Desvantagens:
• Necessidade de hardware adequado (transceivers) para a ligação dos
computadores as redes;
• Para que a rede funcione é necessário que os computadores estejam ligados;
• A avaria de um computador pode invalidar a rede e não é fácil identificar o posto
avariado.
Malha
• Conexão ponto a ponto, assim, existem diversos caminhos para se
chegar ao mesmo destino;
• O papel fundamental, cabe, neste caso, aos dispositivos de
interligação – por exemplo, os routers – que se encarregam do
encaminhamento das mensagens através dos vários nós da malha
constituída;
• É mais utilizada em Redes Alargadas (WAN).
• Determinação do nº de links:
• N (N – 1)/2, onde:
• N = nº de nós
Malha
Vantagens:
• Vários caminhos possíveis para a comunicação;
• Privacidade.
Desvantagens:
• Maior complexidade da Rede;
• Elevado preço do equipamento de interligação de nós (Dispositivos
I/O).
Árvores
• Baseada numa estrutura hierárquica de várias redes e sub-redes;
• Um ou mais concentradores ligam cada rede local e existe um outro
concentrador que interliga todos os outros concentradores;
• Facilita a manutenção do sistema e permite detectar avarias com mais
facilidade, relativamente às topologias em Barramento e Anel;
• Esta topologia é mais utilizada em Redes Locais (LAN) e em Redes
Campus (CAN).
Árvores
Espinha Dorsal ou Backbone
• Composta por um barramento utilizando um cabo coaxial grosso;
• É possível ligar a este barramento redes com outras topologias físicas,
com o auxílio de um transceiver;
• Utilizada em redes LAN, Campus e MAN.
Espinha Dorsal ou Backbone
Provedores de acesso à internet (Internet
Service Providers)
• Podem ser: internacionais, nacionais, regionais e locais;
• Operados por empresas privadas;
• Serviços agregados: e-mail, blog, hospedagem de sites, etc;
• Visão hierárquica conceitual (não geográfica) da internet (ver
modelo);
No caso das conexões via linha telefônica ou ADSL os usuários
geralmente não possuem conexão direta com o provedor, toda a
estrutura física da conexão é oferecida pela Cia. Telefônica e o provedor
fornece a autenticação e libera o acesso cobrando a parte por esse
serviço.
Provedores de acesso à internet (Internet
Service Providers)
Categorias:
• Internacionais: conectam países;
• Nacionais: redes backbone criadas e mantidas por empresas
especializadas (SprintLink, PSINet, UUNet Technology, AGIS e internet
MCI) com até 600 Mbps;
• Regionais: são conectados a um ou mais ISPs nacionais;
• Locais: fornecem serviços diretamente a seus usuários finais,
podendo ser conectados a ISPs regionais ou diretamente a ISPs
nacionais
Protocolos
• É uma convenção que controla e possibilita uma conexão,
comunicação, transferência de dados entre dois sistemas
computacionais;
• Podem ser implementados pelo hardware, software ou por uma
combinação dos dois.
Propriedades típicas
• detecção da conexão física subjacente ou a existência de um nó;
• handshaking (estabelecimento de ligação);
• negociação de várias características de uma conexão;
Protocolos
Propriedades típicas
• como iniciar e finalizar uma mensagem;
• como formatar uma mensagem;
• o que fazer com mensagens corrompidas ou mal formatadas;
• como detectar perda inesperada de conexão e o que fazer em
seguida;
• término de sessão ou conexão.
Protocolos
Importância
• Especialmente no contexto da comunicação em rede de
computadores, são agrupados em pilhas de protocolo onde as
diferentes tarefas que perfazem uma comunicação são executadas
por níveis especializados da pilha.
• O modelo clássico OSI, em sete níveis, é utilizado para conceitualizar
pilhas de protocolo (ver modelo).
Bibliografia
FOROUZAN, Behrouz A.; Comunicação de dados e redes de
computadores. São Paulo. SP, 4ª Ed. Bookman, 2005.
Held, G. Comunicação de dados. Campus. RJ, 1999.
STALLINGS , W. Redes e Sistemas de Comunicação de Dados. Campos,
2005.
SILVEIRA, J. L. Comunicação de dados e sistemas de
teleprocessamento. Makron Books, 1991.
SOARES, L. F. Das LANS, MANS e WANS às redes ATM. CAMPUS, RJ,
1995.
Exercícios
1) Identifique os cinco componentes de um sistema de comunicação
de dados.
2) Quais são as vantagens do processamento distribuído?
3) Quais são os três critérios necessários para uma rede ser eficaz e
eficiente?
4) Quais as vantagens de uma conexão multiponto em relação a uma
conexão ponto a ponto?
5) Quais são os dois tipos de configuração de linhas?
Exercícios
6) Classifique as quatro topologias básicas em termos de configuração
de linhas.
7) Qual é a diferença entre os modos de transmissão Half-duplex e
Full-duplex?
8) Cite as três topologias básicas de rede e cite uma vantagem de cada
um desses tipos.
9) Para n dispositivos em rede, qual é o número de cabos necessários
para conectar esses dispositivos formandotopologias em malha,
estrela, barramento e anel?
10) Cite fatores que determinam se SCD é uma LAN ou uma WAN.
Exercícios
11) Por que os protocolos são necessários?
____________
Nota: os exercícios deverão ser feitos à MÃO, individualmente ou em
duplas, e, entregues em data a ser estipulada.
Prof. André L. Alves
LAN isolada conectando 12 nós a um hub em
um gabinete
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WANs: uma WAN comutada e uma WAN ponto
a ponto
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Rede heterogênea formada por quatro WANs
e duas LANs
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Organização hierárquica da internet
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Lista de protocolos de comunicação em rede
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