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Redes de ComputadoresProfessor: Mauro Jansen
Redes de Computadores
Padronização e Arquiteturas de Redes de Computadores
Objetivos
� Conhecer a importância da padronização no âmbito das redes de computadores e os órgãos que atuam na padronização
� Conhecer conceitos e tipos de arquiteturas
Prof. Mauro JansenRedes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos 2
� Conhecer conceitos e tipos de arquiteturas de rede, suas camadas e funções
� Entender um pouco mais sobre o funcionamento das redes com base no modelo OSI
� Conhecer os padrões TCP/PIP e Ethernet
Importância da padronização
• Para garantir o sucesso das tecnologias, de modo que produtos de diversos fabricantes funcionem em compatibilidade de forma globalizada
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• A padronização deve ser realizada em consenso e com cautela.
• Diversas entidades estabelecidas atuam na padronização de tecnologias de redes
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Entidades de padronização gerais
Entidade Atuação
ISO (InternationalStandards Organization)
Todos tipos de padrões: desde parafusos e porcas até revestimento de postes de telecomunicações. Ex.: modelo de referência OSI e o protocolo IS-IS (Intermediate System-to-Intermediate System ou Sistema Intermediário para Sistema Intermediário).
IEEE (Institute of Maior organização profissional do mundo na
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Introdução, histórico e conceitos
IEEE (Institute of Electrical and EletronicsEngineers)
Maior organização profissional do mundo na área de publicação de jornaisEspecializados na área de Telemática. Possui um grupo de padronização quedesenvolve padrões nas áreas de Engenharia Elétrica e de Informática. Ex.: padrão IEEE 802 para redes Ethernet
ITU-T (International Telecommunications Union)
Formular e propor recomendações para telecomunicações. Ex.: padrão GPON (GigabitPassive Optic Network ITU-T.984.1-4)
Entidades de padronização direcionadas à Internet
• A Internet é uma rede pública mundial e autônoma baseada em padrões abertos
• Tem mecanismos próprios de padronização• Não existe uma autoridade central que controle
seu funcionamento.
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seu funcionamento. • Existem várias organizações que colaboram no
estabelecimento de padrões e políticas gerais de operação para permitir a interoperabilidade das diversas redes que compõem a Internet,
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Entidades de padronização direcionadas à Internet
Entidade Atuação
IETF (Internet Engineering Task Force)
Identifica, prioriza e endereça assuntos considerados de curto prazo, incluindo protocolos, arquitetura e operações de serviços, publicando-os na Internet por meio de RFC (Request for Comments, documentos que especificam padrões e serviços para aInternet e para o modelo de referência TCP/IP)
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Introdução, histórico e conceitos
Internet e para o modelo de referência TCP/IP) numeradas em nordem cronológica.
IRTF (Internet Research Task Force)
Desenvolve assuntos estratégicos de longo prazo, incluindo esquemas de endereçamento e novas tecnologias.
IANA (The Internet Assigned Numbers Authority)
Coordenar a distribuição de endereçosIP entre as diversas redes de computadores que se conectam à Internet
Entidades de padronização direcionadas à Internet
Entidade Atuação
CGI.br (Comitê Gestor de Internet no Brasil)
Órgão criado pelo MinCT em 1995 para tratar do desenvolvimento, padrões, treinamentos e procedimentos, dados estatísticos da internet no Brasil, além de gerenciar os domínios .br e a atribuição de endereços IPs no Brasi
NIC.br (Núcleo de Órgão criado pelo CGI.br para ajudá-lo a
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NIC.br (Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR)
Órgão criado pelo CGI.br para ajudá-lo acumprir suas funções. O NIC.BR por sua vez delega funções a outros departamentos,como Registro.br, CERT.br, CETIC.br, CEPTRO.br e W3C
Registro.br Registro de nomes de domínio, a administração e a publicação do DNS para o domínio <.br>
CERT.br (Centro de Estudos, Resposta e Tratamento de Incidentes de Segurança no Brasil)
Tratar incidentes de segurança em computadores, envolvendo redes conectadas à Internet brasileira
Entidades de padronização direcionadas à Internet
Entidade Atuação
CETIC.br (Centro de Estudos sobre as Tecnologias da Informação e da Comunicação )
Coordenação e publicação de pesquisas sobre a disponibilidade e uso da Internet no Brasil, para fins de políticas públicas
CEPTRO.br (Centro de responsável por serviços e projetos
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Introdução, histórico e conceitos
CEPTRO.br (Centro de Estudos e Pesquisas em Tecnologias de Redes e Operações)
responsável por serviços e projetos relacionados principalmente àinfraestrutura da Internet no Brasil e ao seu desenvolvimento. também mede a qualidade da Internet, divulga a Hora Legal Brasileira via NTP e dissemina o protocolo IPv6 no país através de cursos gratuitos
Arquiteturas de redes: Introdução
• Arquitetura de rede é o conjunto de camadas ou níveis compondo um conjunto de regras de comunicação numa rede
• Contém informações para orientar fabricantes na criação de hardware e software de rede
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criação de hardware e software de rede• Se arquiteturas de rede reconhecidas
mundialmente, não haveria compatibilidade entre dispositivos de fabricantes diferentes
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Introdução, histórico e conceitos
O modelo OSI
• OSI: Open Systems Interconnections, ou interconexão de sistemas abertos
• Modelo de referência criado em 1977 pela ISO (International Standards Organization) para facilitar a interconexão de sistemas de
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facilitar a interconexão de sistemas de computadores
• Mesmo sendo apenas um modelo teórico, que não precisa ser seguido à risca pelos protocolos de rede, é muito útil para o entendimento de como os dados trafegam em uma rede
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSI - camadas
• Composto de 7 (sete) camadas numeradas, cada qual com uma função particular
• As camadas mais baixas estão mais próxima do nível físico (hardware). As mais altas, do usuário.
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As mais altas, do usuário.
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Introdução, histórico e conceitos
Hubs
Switches
Roteador
Modelo OSI: vantagem da divisão em camadas
• Divide as comunicações de rede em partes menores e mais simples, facilitando sua aprendizagem e compreensão ;
• Padroniza os componentes de rede, permitindo o desenvolvimento e o suporte por vários fabricantes ;
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• Possibilita a comunicação entre tipos diferentes de hardware e de software de rede;
• Evita que as modificações em uma camada afetem as outras, facilitando a atualização e manutenção;
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Aplicação (7)
• Responsável apenas pela interface entre o programa ou serviço acessado pelo usuário e a pilha de protocolos que o computador está usando
• Telnet, FTP e HTTP são exemplos de protocolos
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• Telnet, FTP e HTTP são exemplos de protocolos desta camada
• Pode tanto iniciar (envio de dados) como finalizar o processo (recebimento)
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de aplicação
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Modelo OSICamada de Apresentação (6)
• Converte o formato de dado recebido pela camada de Aplicação em um formato comum a ser usado pela pilha de protocolos
• Também é responsável por comprimir e/ou criptografar dados
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criptografar dados– A compressão de dados aumenta o desempenho da
rede– Quando criptografados os dados só voltam ao normal
na camada 6 do receptor
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Apresentação (6)
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Sessão (5)
• Estabelece, gerencia e termina sessões entre dois hosts que se comunicam;
• Define como será feita a transmissão de dados;• Coloca marcações nos dados que estão sendo
transmitidos ;
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transmitidos ;• Se porventura a rede falhar, os computadores
reiniciam a transmissão dos dados a partir da última marcação recebida pelo PC receptor ;
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Sessão (5)
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Transporte (4)
• Responsável por transformar os dados vindos da camada 5 em pacotes;
• Cada pacote ficou estabelecido com o tamanho de 64 Kb e contendo:– Um cabeçalho (com tam. entre 20 e 24 Kb)
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– Informações sobre os dados. Ex: número da porta de destino e saída
– Número sequencial do pacote
– CRC
– E os dados propriamente ditos
• É altamente confiável ;
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Transporte (4)
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Modelo OSICamada de Rede (3)
• É responsável pelo endereçamento de pacotes,convertendo endereços lógicos em endereços físicos e vice-versa;
• Determina a rota que será percorrida pelos
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• Determina a rota que será percorrida pelos pacotes, baseada em fatores como condições de tráfego de rede e prioridade ;
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Rede (3)
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Enlace (2)
• Transforma os pacotes da camada de rede em quadros;
• Adiciona informações como: endereço da placa de rede de origem e destino;
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placa de rede de origem e destino;• Trata do endereçamento físico, da
topologia e do acesso à rede;
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada de Enlace (2)
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Modelo OSICamada Física (1)
• Define as especificações elétricas, mecânicas, funcionais e de procedimentos para ativar, manter e desativar o link físico entre sistemas finais ;
• Características como níveis de voltagem,
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• Características como níveis de voltagem, temporização de alterações de voltagem, taxas de dados físicos, distâncias máximas de transmissão, conectores físicos e outros atributos similares são definidos por ela também ;
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Introdução, histórico e conceitos
Modelo OSICamada Física (1)
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Introdução, histórico e conceitos
Comparativo doModelo OSICom o serviçode entrega deencomendas
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Introdução, histórico e conceitos
Padrão TCP/IP
• TCP: Transmission Control Protocol – protocolo de controle de transmissão
• IP: Internet Protocol – Protocolo de interconexão• Surgiu durante a guerra entre os EUA e a extinta
União Soviética, após a expansão da ARPANET
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União Soviética, após a expansão da ARPANET• Também é chamado de protocolo mas na
verdade é uma pilha de protocolos• É o padrão mais usado atualmente• Está diretamente relacionado à internet e vice-
versaRedes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
TCP/IP: camadas
• Possui quatro camadas, que comparadas com o modelo OSI, ficam assim:
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Introdução, histórico e conceitos
TCP/IP: camada de Aplicação
• Aplicação: Inclui os protocolos de mais alto nível como HTTP, SSH, Telnet, SMTP, DNS, POP3, FTP, etc.
• Corresponde às três primeiras camadas do
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• Corresponde às três primeiras camadas do modelo OSI
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
TCP/IP: Camada de transporte
• Pega os dados da camada de aplicação, divide-os em pacotes que serão transmitidos pela rede, adicionando informações adicionais
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• Lida com QoS (Qualidade de Serviço), controle de fluxo, controle de sequência e correção de erros
• Principais protocolos: TCP e UDP
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Introdução, histórico e conceitos
TCP/IP: Camada de internet
• Finalidade: endereçar, rotear e controlar o envio e a recepção dos pacotes recebidos da camada de transporte
• Protocolos principais: IP, ARP, RARP e
Prof. Mauro Jansen
• Protocolos principais: IP, ARP, RARP e ICMP
• Não é orientada a conexão e se comunica por meio de pacotes
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
TCP/IP: Camada de rede
• Converte as tensões elétricas recebidas pela placa de rede em bits (0’s e 1’s), agrupando-os em pacotes e encaminhando à camada superior
Prof. Mauro JansenRedes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Padrão Ethernet
• Padrão desenvolvido em 1973 no PARC, laboratório de desenvolvimento da Xerox, em Palo Alto, EUA
• “Ether” era o termo usado para descrever
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• “Ether” era o termo usado para descrever o meio de transmissão dos sinais em um sistema, no projeto inicial
• Primeira versão: 2.94 megabits, cabos coaxiais, até 256 estações
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Padrão Ethernet
• Evoluiu para 10 Mbps e gerou diversos padrões Ethernet
• Definem em detalhes a forma como os dados são organizados e transmitidos
• Permite que produtos de diversos fabricantes
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• Permite que produtos de diversos fabricantes funcionem em conjunto
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Apesar das redes Wi-Fi também serem Ethernet, o termo Ethernet é mais usado para redes cabeadas,
enquanto redes sem fio são mais chamadas de Wireless, Wi-Fi ou ainda “redes 802.11g ou “802.11n”
Controle de acesso aos meios (MAC) nas redes Ethernet
• No padrão Ethernet, somente uma estação pode transmitir seus bits por vez
• Para isso é feito um controle de concorrência do meio de transmissão (MAC: Medium Access Control) através do protocolo CSM/CD (Carrier
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Control) através do protocolo CSM/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection)
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
A disputa pelo meio de acesso representava um problema quando a rede usava hubs, que não possuem inteligência no momento da transmissão. Com o uso de switches o problema minimizou, visto que os pacotes são entregues somente na porta para a qual são
endereçados.
O protocolo CSMA/CD
• CSMA consiste no acesso múltiplo ao meio onde apenas uma estação pode enviar de cada vez– Antes de transmitir dados a estação irá “ouvir” o cabo
e só envia se nenhuma outra estiver transmitindo
• O CD (Colision Detection) consiste na detecção
Prof. Mauro Jansen
• O CD (Colision Detection) consiste na detecção de colisões através do monitoramento das transmissões no cabo por cada estação e do uso de um algoritmo
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Controle de acesso aos meios (MAC) nas redes Ethernet com CSMA/CD
Prof. Mauro JansenRedes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Algoritmo CSMA/CD para transmissão
1. Se ninguém está transmitindo, pode-se transmitir imediatamente;
2. Se alguém está transmitindo, continue a examinar os meios até que estejam ociosos e então comece a transmitir imediatamente
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então comece a transmitir imediatamente3. Se uma colisão é detectada durante uma
transmissão, transmita sinal de alerta para todas as estações pararam a transmissão
4. Após o alerta, aguardar um intervalo de tempo aleatório dentro de um certo limite
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers
• Organização sem fins lucrativos responsável por vários padrões relacionadosà comunicações, eletricidade computação e tecnologia
Prof. Mauro Jansen
• Gerencia e desenvolve os padrões Ethernet• O grupo IEEE 802 LAN/MAN Standards
Comittee trata dos padrões de rede
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
Subgrupos IEEE 802 LAN/MAN Standards
• 802.3: padrões de redes Ethernet a cabo• 802.11: grupo para redes wireless
– 802.11b, 802.11ª. 802.11g, 802.11i, 802.11n
• 802.15.1: padrões referentes ao
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• 802.15.1: padrões referentes ao Bluetooth
• 802.16: redes wireless de longa distância. Exemplos: WiMAX, LTE, 3G
Redes de Computadores
Introdução, histórico e conceitos
802.3 (padrões de 10 megabits)
Padrão Cabo Topologia física
Dist. Máx.
Máx.nós
10BASE-2 Coaxial RG58 Barramento 185m 30
10BASE-5 Coaxial RG8/11 Barramento 500m 100
10BASE-T UTP Cat.3 Estrela 100m
10BASE-F Fibra ótica Estrela 2.000m
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10BASE-F Fibra ótica Estrela 2.000m
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Introdução, histórico e conceitos
� O padrão 10BASE-T foi o primeiro a usar cabos de par trançado (o “T” vem de Twisted-pair), mas ainda de categoria 3
� O padrão 10BASE-F foi pouco popular devido ao alto custo de cabeamento
802.3u (padrões de 100 megabits) (1995)
Padrão Cabo Topologiafísica
Dist.máx.
Freq.
100BASE-TX UTP Cat.5 Estrela 100m 31.25MHz
100BASE-T4 UTP Cat.3 Estrela 500m 12.5MHz
100BASE-FX Fibra ótica Estrela 2.000m
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Introdução, histórico e conceitos
� O padrão 100BASE-TX é o padrão que se destaca no grupo 802.3u, e é usado em mais de 80% das instalações atuais, dando suporte ao modo full-duplex com switch e usando apenas 2 pares de fios dos cabos UTP
100BASE-FX Fibra ótica Estrela 2.000m
802.3z (Gigabit Ethernet) (1998)
Padrão Cabo Topologiafísica
Dist.máx.
Freq.
1000BASE-LX Fibra ótica Estrela 550m-2Km
1000BASE-SX Fibra ótica Estrela 220-500m 160-200MHz
1000BASE-CX STP, SSTP Estrela 25m
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Introdução, histórico e conceitos
1000BASE-CX STP, SSTP Estrela 25m1000BASE-T UTP Cat.5 Estrela 100m
O 1000BASET é o mais populardo grupo 802.3z:� usa 4 pares de cabos e um sistema de sinalização mais
complexo (PAM5)� É mais exigente em relação à qualidade do cabeamento: mais
sensível à interferências, ao uso de cabos com mais de 100m� Requer placas de rede com barramento PCI-Express
10GbE (10 Gigabit Ethernet) (1998)
Padrão Cabo Topologiafísica
Dist.máx.
Obs.
10GBASE-LR Fibra ótica Estrela 10Km Lasers 1310nm
10GBASE-ER Fibra ótica Estrela 40Km Lasers 1550nm
Para LONGA DISTÂNCIA, com fibra óptica MONOMODO:
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Introdução, histórico e conceitos
10GBASE-ZR Fibra ótica Estrela 80Km
Padrão Cabo Topologiafísica
Dist.máx.
Obs.
10GBASE-SR Fibra ótica Estrela 300m Short-wave laser
10GBASE-LRM Fibra ótica Estrela 220m
Para CURTA DISTÂNCIA, com fibra óptica MULTIMODO:
10GbE (10 Gigabit Ethernet) (1998) (cont.)
Padrão Cabo Topologiafísica
Dist.máx.
Freq.
10GBASE-CX4 Twinax:4 par Estrela 15m10GBASE-T UTP Cat.6 Estrela 55m 400MHz
Para CURTA DISTÂNCIA, com cabos de cobre:
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Introdução, histórico e conceitos
10GBASE-T UTP Cat.6 Estrela 55mUTP Cat.6A Estrela 100m 500MHz
� A enorme base já instalada de pontos com cabos 5 ou 5e representa uma grande barreira à popularização das redes de 10Gb
� Muitos ainda estão migrando dos 100 para 1000 Mb� A adoção em massa das redes 10Gb ainda deve
demorar uma década