Redes de acesso
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Unidade I REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO CO C ÇÃO Prof. Luís Rodolfo Redes de computadores e telecomunicação Objetivo: apresentar os conceitos iniciais e fundamentais com relação às redes de computadores e telecomunicação. O que é a Internet? Origem: Guerra Fria – EUA x União Soviética União Soviética lança o Sputnik. 1º satélite artificial de comunicação Figura 1 – Satélite Sputnik. Fonte: <http://4.bp.blogspot.com/_DOGKfp2K4BM/SwsQukM04LI/ AAAAAAAAADI/9QbgBFHBlGk/s1600/sputnik.jpg>. O que é a Internet? EUA criam a ARPANet (Advanced Research Projects Agency Network, Dept. of Defense). Rede de comunicação de dados entre bases militares e centros de pesquisas americanos. No início do anos 70, universidades e instituições de pesquisas militares se juntaram à ARPANet (somavam 100 sites). O que é a Internet? No fim dos anos 70, o enorme crescimento da ARPANet aposentou o protocolo NCP e fez com que o protocolo TCP/IP começasse a ser utilizado. Foi desativada em 1990. Figura 2 – ARPANet em 1974. Fonte:<http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0 /00/Arpanet_1974.svg/800px-Arpanet_1974.svg.png>. O que é a Internet? A resposta à pergunta acima pode ser dada por 3 pontos de vista: estrutura; aplicação; topologia. topologia O que é a Internet? Estrutura Vários comutadores de pacotes (roteadores) interligados formando uma nuvem. Roteador Nuvem Internet Figura 3 – Estrutura da Internet O que é a Internet? Roteadores Componentes de rede capazes de encaminhar pacotes de dados dos sistemas finais endereçando-os ao seu destino. Possibilitam a interconexão de diversas redes. O que é a Internet? Figura 4 – Roteador. Fonte: <http://communication.howstuffworks.com/ convergence/router1.htm>. O que é a Internet? Estrutura Acesso à nuvem: necessário estabelecer uma conexão entre um sistema final e o primeiro roteador disponível da nuvem. O que é a Internet? Linha de telefone convencional, assinante digital ou modem a cabo. Figura 5 – Acesso à Internet. Fonte:<http://www.projetoluznocaminho.blogspot.com>. O que é a Internet? Aplicação Redes de dados, voz e vídeo, que se interconectam possibilitando uma ampla gama de aplicações. Redes sociais. Vídeo streaming. Email. MSN/Skype. O que é a Internet? Topologia Conglomerado de redes privativas interligando milhares de computadores utilizando-se o protocolo TCP/IP. As redes privativas são independentes e se conectam por meio de redes de acesso aos backbones de comunicação. Estes, por sua vez, são redes de alta velocidade que concentram o tráfego de dados de diversas redes. Componentes de Rede Elementos que atualmente participam da rede Internet: televisores, geladeiras, carros, máquina de produção, celulares, video game e muitos outros. Elementos de acesso: placa de rede; roteador; modem. Protocolos Protocolos Regras que definem a troca de informações entre dois elementos da rede. Ditam como iniciar, manter e encerrar uma comunicação. Interatividade Sob o ponto de vista da Estrutura, a Internet é composta de inúmeros roteadores que interligados formam a grande rede mundial de computadores. Podemos dizer que os roteadores são: a) Comutadores de circuitos. b) Conversores de interface. c) Adaptadores de redes. d) Comutadores de pacotes. e) NDA. Redes de acesso Rede de acesso é o enlace físico que interliga o sistema final ao roteador mais próximo, também conhecido como roteador de borda. Conexão via ISP (Internet Service Provider) ISP possui capilaridade regional e se interconecta aos backbones nacionais e internacionais. Redes de acesso Dial Up (conexão discada) Utiliza a rede legada de telefonia através do modem para conexão aos ISPs. Conexão é feita através de uma chamada telefônica. Figura 6 – Acesso Dial Up Fonte: <http://www.buytelco.net/ NetworkApplications.asp ?ID=607>. Redes de acesso DSL Muito popular, com velocidades que variam entre 128kbps a 24Mbps. As linhas telefônicas conduzem, em paralelo os dados e os sinais telefônicos. Figura 7 – Sinais DSL. Redes de acesso DSL Um divisor de frequências, ou splitter, separa o sinal de dados do sinal telefônico, evitando que eles causem interferência entre si. A velocidade real do sistema DSL está inversamente ligada à distância em que se encontra o usuário da central telefônica. Redes de acesso Cabo Utiliza a infraestrutura de cabos da rede de TV por assinatura. Rede HFC (Hybrid Fiber and Coax). Cable Modem – modem especial para adaptar o tráfego do computador à rede HFC. Redes de acesso Head End Fibra Ótica Figura 8 – Acesso via Cabo. Fonte: <http://www.jlsnet.co.uk/index.php?page= projects_docsis_chap3a>. Redes de acesso FTTH (Fiber to the home) Tecnologia capaz de transmitir telefonia, TV digital e Internet com alta velocidade (10 e 20Mbps). Existem 2 tipos de distribuição: fibra direta à residência; PON (Passive Optical Network) – a fibra é compartilhada entre residências. Tecnologia ainda pouco difundida no Brasil. Redes de acesso Ethernet Tecnologia de acesso mais comum para as redes locais (LAN). Usuários são conectados via cabo de cobre trançado a um switch. Maior largura de banda. Cabeamento simplificado. Fast Ethernet (IEEE 802.3u) – p a 100 Mbps. p velocidades de 10 Mbps Gigabit Ethernet (extensão da IEEE 802.3) – velocidades de 1 Gbps. Redes de acesso Ethernet Topologia Figura 9 – Acesso via Ethernet. Fonte: <http://www.edrawsoft.com/network-diagram-tool.php>. Redes de acesso Wi-Fi Tecnologia que permite o acesso à Internet por meio de dispositivos em sistemas finais sem fio. Padrão 802.11 Wireless LAN: conexão através de roteador wireless, também chamado ponto de acesso ou hotspot. Redes de acesso Figura 10 – Acesso via Wi-Fi Fonte: <http://ns5.gigalink.net.br/>. Redes de acesso Wi-Fi Redes celulares: acesso à Internet em velocidades teóricas de até 8 Mbps nas redes 3,5G. Tipicamente em torno de 1Mbps. Redes de acesso Figura 11 – Acesso via Wi-Fi Fonte: <http://www.madboxpc.com/los-smartphones-saturan-8veces-mas-las-redes-celulares-que-los-notebooks/>. Transmissão de informação Modulação É o processo sistemático de alteração de uma onda portadora por meio de uma onda modulante que contém uma informação. Por que modular? Adaptar o sinal a ser transmitido às características do meio de transmissão. Transmissão de informação Como modular? Através de dispositivos denominados moduladores. Técnicas de modulação: AM – Modulação em Amplitude. Amplitude FM – Modulação em Frequência. PM – Modulação em Fase. Transmissão de informação Modulação em Amplitude – AM O sinal senoidal da portadora é modificado em sua amplitude pelo sinal modulante. Figura 12 – Modulação em Amplitude Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação>. Transmissão de informação Modulação em Frequência – FM O sinal da portadora agora é alterado em sua frequência pelo sinal modulante. Figura 13 – Modulação em Frequência. Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação>. Transmissão de informação Modulação em Fase – PM O sinal da portadora é alterado na sua fase pelo sinal modulante. Mais comumente usado para transmissões digitais. Figura 14 – Modulação em Fase. Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação>. Interatividade A modulação em frequência é amplamente utilizada nas transmissões de radiodifusão. Pode-se afirmar com relação à modulação: a) Altera as características de uma onda modulante de acordo com o sinal portador. b) Altera as características do sinal de rádio dependendo da fase sintonizada. c) Adapta-se ao meio por radiodifusão. d) Técnica pouco utilizada atualmente. atualmente e) Altera as características de um sinal portador de acordo com um sinal modulante. O núcleo da rede Existem duas abordagens fundamentais para tráfego de dados em redes de enlaces e roteadores: redes de comutação em circuito; redes de comutação em pacotes. O núcleo da rede Redes de comutação em circuito Precede-se o estabelecimento de uma conexão “física” ponto-a-ponto entre os terminais que querem se comunicar. Recursos exclusivos. O núcleo da rede Figura 15 – Comutação em Circuitos. O núcleo da rede Redes de comutação em pacotes Comutação de pacotes pelos nós da rede (roteadores) até o destino final. Os recursos da rede são compartilhados. O núcleo da rede Figura 16 – Comutação em Pacotes. Topologias de redes Há duas maneiras de descrever a topologia de uma rede: topologia física: aparência e distribuição dos enlaces; topologia lógica: fluxo de dados na rede. Topologias de redes Barramento Todos os computadores em um mesmo barramento físico de dados. Apenas uma máquina transmite por vez e todas as outras recebem. Placa de rede responsável por descartar os pacotes. Uso de cabos coaxiais que se subdividem para cada elemento. Figura 17 – Topologia em Barramento Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia _de_rede>. Topologias de redes Anel Elementos ligados em série formando um círculo. Os dados são transmitidos em uma única direção, de nó em nó, até o seu destino. O sinal é mais imune a ruídos, pois cada nó age como um repetidor. Contudo, isso gera atraso na transmissão. Figura 18– Topologia em Anel Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_ de_rede>. Topologias de redes Estrela Topologia mais utilizada na comutação de pacotes. Várias máquinas se conectam a um concentrador da rede, que é responsável em repetir a informação para todas as máquinas da rede. Figura 19 – Topologia em Estrela Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede>. Topologias de redes Árvore É composta por barramentos conectados em alguns pontos. Barramento principal, secundário e terciário. Velocidade tipicamente menor, dadas as derivações dos sinais. Figura 20 – Topologia em Árvore Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede>. Topologias de redes Malha Cada elemento está conectado a diversos outros, permitindo que cada um possua comunicação direta e privilegiada com os outros. Grande dificuldade e altos custos de implementação se os elementos forem geograficamente dispersos. Figura 21 – Topologia em Malha Fonte: <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede>. Topologias de redes Híbrida A característica dessa topologia é flexibilidade, podendo ter pedaços de cada uma das topologias anteriores. Dessa maneira, a rede se adapta plenamente às necessidades de cada local. Vale a criatividade de explorar os benefícios de cada uma das topologias existentes. Interatividade Pode-se negar em relação à topologia em anel: a) Utiliza ligações ponto-a-ponto que operam em um único sentido de TX. b) O sinal circula o anel até chegar ao destino. c) Amplamente utilizada uma vez que a técnica de spoofing garante uma rede livre de colisões. d) Confiável Confiável, mas com grande limitação quanto à sua expansão pelo aumento de “retardo de transmissão” e) NDA. Arquitetura de camadas A Internet Sistema complexo e com muitos elementos. Inúmeros tipos de aplicação e protocolos. Vários tipos de sistemas finais e conexões entre eles. Roteadores. Meios físicos de enlace. Com tamanha diversidade de elementos nas redes, é necessário organizar a arquitetura de rede. Arquitetura de camadas Sistema de uma companhia aérea Por meio das camadas, é possível perceber que cada uma, combinada com as camadas abaixo dela, implementa alguma funcionalidade/serviço. Figura 22 – Analogia de Arquitetura de redes. Fonte: Kurose, 2010. Arquitetura de camadas Modelo OSI Facilitar a interconexão de sistemas de computadores. ISO (International Standards Organizations) desenvolveu um modelo de referência chamado OSI (Open Systems Interconnections). Os fabricantes podem criar protocolos a partir desse modelo, fazendo com que passem a existir padrões de protocolos. Arquitetura de camadas Modelo OSI Figura 23 – Arquitetura de Camada do Modelo OSI Algumas arquiteturas não seguem esse modelo. Caso da arquitetura TCP/IP, que implementa apenas 4 níveis dos 7 considerados pelo modelo OSI. Arquitetura de camadas Arquitetura TCP/IP Arquitetura de 4 camadas Figura 24 – Modelo de camadas da arquitetura TCP/IP. Fonte: Tanembaum, 2003. Arquitetura de camadas Arquitetura TCP/IP Pilha de protocolos da arquitetura TCP/IP Figura 25 – Pilha de principais protocolos da arquitetura TCP/IP. Fonte: Kovach, 2009. Arquitetura de camadas Arquitetura TCP/IP Encapsulamento/Desencapsulamento. Figura 26 – Encapsulamento e Desencapsulamento de pacotes. Arquitetura de camadas Arquitetura TCP/IP Operação entre camadas Figura 27 – Comunicação virtual entre camadas. Fonte: Kovach, 2009. Interatividade Pode-se afirmar com relação à função das camadas no modelo OSI e na arquitetura TCP/IP: a) A camada deve executar uma função bem-definida. b) Cada camada tem um índice que a identifica. c) A função de cada camada dependerá da necessidade do sistema. d) Todas as camadas têm a mesma função e importância. e) Funcionam de forma adaptativa. ATÉ A PRÓXIMA!
