Comunicação de Dados e Redes

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• INTRODUÇÃO À COMUNICA DE DADOS E REDES DE COMPUTADORES OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM: * Identificar os principais órgãos envolvidos na padronização das redes * Conceituar rede e comunicação de dados e protocolos * Conhecer os componentes de uma rede de computadores

1. 01. COMUNICAÇÃO DE DADOS

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   • A comunicação de dados trata da transmissão de sinais através de um meio físico, de forma confiável e eficiente.
   • As pessoas precisam de um sistema de comunicação de dados por dois motivos: * Aumentar o poder computacional * Compartilhar recursos
   1. OBJETIVO
      1. Trocar Informação (dados)
         1. Entre dois sistemas remotos

            Annotations:

            • Podemos entender como remotos dois sistemas computacionais que não possuem compartilhamento de memória RAM.
   2. COMPONENTES
      1. Fonte

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         • Gera os dados que serão transmitidos (ex.: computador)
      2. Transmissor

         Annotations:

         • Converte dados em sinais possíveis de se transmitirem (ex.: placa de rede ou modem)
      3. Sistema de Transmissão

         Annotations:

         • Transporta os dados (ex.: sistema telefônico)
         1. Sinal
            1. Analógico
            2. Digital
         2. MEIO FÍSICO
            1. Fio de Cobre
            2. Fibra Óptica
            3. Ar
         3. PROTOCOLOS
            1. PPP
            2. ADSL
         4. DISPOSITIVOS DE REDE
            1. Comutadores
            2. Roteadores
      4. Receptor

         Annotations:

         • Converte os sinais recebidos em dados (ex.: modem ou placa de rede)
      5. Destino

         Annotations:

         • Recebe os dados convertidos.
2. 02. REDE DE COMPUTADORES

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   • É um conjunto de dispositivos computacionais conectados através de uma estrutura de comunicação de dados, com a finalidade de compartilhar recursos.
   1. DISPOSITIVOS
   2. PROTOCOLOS
   3. SISTEMAS OPERACIONAIS
   4. ENLACES
3. 03. HISTÓRICO
   1. PRIMÓRDIOS
      1. Telégrafo (1835)

         Annotations:

         • O eletromagneto, inventado em 1825 pelo britânico William Sturgeon, serviu de base para toda a evolução em larga escala das comunicações eletrônicas.
         • Tal evolução foi iniciada com a invenção do telégrafo, em 1835, por Samuel Morse.
      2. ENIAC (1946)

         Annotations:

         • Em 1946, projetado pelo Departamento de Material de Guerra do Exército dos EUA, foi criado o ENIAC - Eletronic Numerical Interpreter and Calculator.
         • O ENIAC foi projetado por John W. Mauchly e J. Presper Eckert, na Universidade de Pensilvânia, EUA. Foi o primeiro computador digital eletrônico.
      3. Processamento em Lote (1950)

         Annotations:

         • Na década de 50, o processamento das informações era realizado sem nenhuma forma de interação direta entre usuários e máquina: os usuários submetiam suas tarefas (jobs), utilizando leitoras de cartões ou fitas magnéticas.
         • O processo era realizado em lote (batch) e seus resultados eram gerados conforme a ordem de submissão dos jobs. Os resultados de processamentos podiam ser armazenados em fotas ou impressos.
         • Conceito de Job (tarefa): sequência de ativações (instâncias), cada uma composta por um conjunto de instruções, que, na ausência de outras atividades, é executada pela CPU sem interrupção).
   2. ANOS 70-90
      1. Time Sharing

         Annotations:

         • O sistema operacional se encarregava do escalonamento. Os usuários ficaram mais distantes, nas salas de terminais. estas salas poderiam, inclusive, situar-se a muitos quilômetros de distância, conectadas ao computador através de linhas dedicadas para transmissão.
         • Este foi o caso da criação dos terminais remotos, solução apresentada pela IBM em 1971, denominados IBM 3270 Information Display System, o qual foi projetado para estender o poder de processamento do computador do Datacenter para localidades remotas.
      2. Processamento Distribuído

         Annotations:

         • O sistema de processamento de dados distribuído é uma forma evolutiva do sistema de time-sharing. Quando um sistema computacional possui recursos para processar seus dados e conectar-se com outro sistema através de uma rede, a definição de time-sharing deve ser revisada. 
         • O “Distributed Data Processing System” pode ser definido como um sistema computacional geograficamente disperso, conectado através de uma rede, de forma que cada CPU execute suas tarefas independentemente, e que possui a habilidade de relacioná-las com as tarefas e resultados dos outros sistemas computacionais conectados a essa rede.
      3. Tempo Real

         Annotations:

         • Sistema de tempo real é um sistema de processamento de dados que requer volume de transações em velocidades suficientes para controlar ou monitorar um processo físico. Isto porque os requisitos das transações devem ser obtidos ao mesmo tempo, como parte de um sistema global de controle.
         • Tempo Real é a propriedade que caracteriza a capacidade de um sistema computacional de estabelecer correspondências entre diferentes sistemas de medição e/ou contagem de tempo. (MOTUS e RODD, 1994).
         • Os sistemas de tempo real possuem funcionalidades que devem ser desempenhadas ou prestadas dentro de intervalos de tempo finitos, impostos por um processo físico.
         • A técnica permite ao sistema enviar os dados a um computador  central, que os processa imediatamente após o recebimento  desses dados, e retorna os resultados ao remetente, assim que o processamento termina.
   3. DIAS ATUAIS
      1. Cliente / Servidor

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         • Nesse tipo de comunicação, uma máquina solicita um serviço  (cliente, como um browser), e a máquina que presta o serviço (um  web server, por exemplo) envia uma resposta, que pode ser uma página html.
      2. Peer-to-peer

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         • Neste modelo, não existe cliente ou servidor. Qualquer máquina pode ser cliente e, simultaneamente, servir às requisições de outras máquinas. Neste modelo, se encontram os principais grupos de compartilhamento de arquivos, como o Kazaa, e-mule, edonkey, imash.
      3. Cloud Computing

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         • No início do século XXI, um termo novo surgiu no cenário das redes de dados e das aplicações - “Computação em nuvem” - fazendo uma metáfora para “nuvem” como sendo a Internet. O termo pode ser usado para definir um novo tipo de utilitário, denominado “software como Serviço”, ou SaaS (Software as a Service). Basicamente, um provedor de serviços disponibiliza
         • algum tipo de recurso computacional, normalmente uma aplicação ou espaços para armazenamento, para que os usuários o utilizem remotamente, através da Internet. Exemplos dessa nova abordagem podem ser o Google Docs (HTTP://docs.google.com) onde os usuários utilizam ferramentas de edição de texto sem precisar instalar nenhum aplicativo em seus computadores. Outro provedor  bastante citado é o Salesforce.com, o qual vende licenças de acesso à ferramenta de CRM (Customers Relationship Management).
4. 03. PADRÕES

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   • Atualmente, vários organismos internacionais estão voltados para a padronização das normas de funcionamento dos dispositivos usados na troca de informações.
   • Protocolos, componentes de rede, interfaces e todas as tecnologias utilizadas precisam de padrões para que cpnsigam operar entre elas.
   1. I A B

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      • Internet Architecture Board O IAB é designado, tanto como um comitê do Internet Engineering Task Force (IETF), quanto um corpo consultivo da Internet Society (ISOC). Suas responsabilidades incluem a supervisão das atividades do IETF, supervisão dos processos de padronização da Internet (Internet Standards Process) e indicação dos editores dos documentos que padronizam a Internet (RFCs). O IAB também é o responsável pela gerência dos registros de parâmetros dos protocolos criados pelo IETF.
   2. I A N A

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      • Internet Assigned Numbers Authority (IANA) O IANA é o corpo responsável pela coordenação de alguns elementos-chave que mantêm a Internet rodando corretamente. Embora a Internet seja mundialmente vista como uma rede livre de coordenação centralizada, existe a necessidade de coordenação técnica em alguns segmentos centrais da rede. Essa coordenação global é exercida pelo IANA. Especificamente, o IANA aloca e mantém a integridade e unicidade de códigos e sistemas de numeração que são utilizados nos padrões técnicos (protocolos), os quais regem o funcionamento da Internet.
   3. ISOC

      Annotations:

      • ISOC – Internet Society Mantém vários grupos responsáveis por funções centrais no  funcionamento e evolução da Internet. Entre elas, se destacam o IETF, IANA, W3C.
   4. IETF

      Annotations:

      • IETF – The Internet Engineering Task Force O IETF é uma organização que reúne fabricantes, pesquisadores, projetistas e operadores de redes. Essa comunidade está envolvida  com a operação e a evolução da arquitetura da Internet. Sem  dúvida, é a organização mais destacada em termos de normas e  padrões para os protocolos e procedimentos relacionados com a  Internet, notadamente a arquitetura TCP/IP.
      • O IETF mantém grupos de trabalho divididos por área, como  roteamento, segurança e outros. Possui uma metodologia  de padronização baseada em RFCs (Request for Comments),  documentos que normatizam o funcionamento da Internet.
      • Os protocolos padronizados estão citados na RFC 3600, denominada “Internet Official Protocol Standards”, de 2003, que  pode ser visualizada no link <http://www.ietf.org/rfc/rfc3600. txt>.
   5. ITU

      Annotations:

      • ITU - International Communications Union Este organismo, como o nome está indicando, é responsável pela padronização do setor de telecomunicações. Aqui, os padrões também são pagos. Entre outras coisas, o ITU é responsável pelo protocolo de comunicação de voz sobre IP H.323 e pelas normas de comunicação do protocolo, ATM, entre as operadoras de Telecomunicações – SIP – Session initiation protocol – rfc 3261 e 3262.
   6. ANSI

      Annotations:

      • ANSI – American National Standards Institute Responsável por alguns padrões importantes na área de redes e comunicação de dados (por exemplo, as redes FDDI, que funcionam a 100 Mbps em anéis de fibra óptica). O ANSI é uma instituição privada norte-americana, destinada a promover os padrões daquele país em nível internacional.
   7. IEEE

      Annotations:

      • IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc A IEEE é uma associação profissional que trabalha para pesquisa e padronização nas áreas de engenharia e computação, com muitas publicações e conferências renomadas nesta área. Existem várias áreas de trabalho, e uma delas nos interessa particularmente - O grupo 802 - que regulamenta as redes locais e metropolitanas, entre elas, as tecnologias ethernet (IEEE 802.3) e token ring (IEEE 802.5), as duas líderes em redes locais. Os padrões podem ser obtidos em: < http://standards.ieee.org/>;;;.
   8. TIA/EIA

      Annotations:

      • TIA/EIA – Telecommunications Industry Association e Electronic Industries Alliance Normalmente associados aos cabeamentos, pinagens e conectores, os padrões da Electronic Industries Alliance (EIA) participam da elaboração de tecnologias de comunicação, bem como produtos e serviços. A aliança é responsável por vários grupos de padronização, inclusive a Telecommunications Industry Association (TIA).
5. 04. COMPONENTES

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   • Uma rede de comunicação de dados possui vários componentes,  o que pode fazer dela um sistema computacional bastante  complexo. Os componentes podem ser divididos em dois grupos  básicos: Hardware e Software.
   1. HARDWARE

      Annotations:

      • Incluem todos os dispositivos físicos que fazem parte da comunicação.
      1. Enlaces

         Annotations:

         • Abaixo da física (lembre-se de que as camadas constituem-se de softwares).
      2. Hubs

         Annotations:

         • Atua na camada 1, propagando o sinal elétrico/óptico em todas as portas.
      3. Repeater

         Annotations:

         • Faz o mesmo papel do hub, regenerando o sinal e propagando para outra porta. Pode ser considerado um hub de uma porta.
      4. Placa de Rede / Interface

         Annotations:

         • Faz a ligação do host com o enlace. Converte as informações em bits, e os bits em informações.
      5. Bridge

         Annotations:

         • Faz a conexão entre duas redes através da camada de enlace. Pode conectar redes de tecnologias diferentes, como Ethernet e Token Ring. A bridge deu origem aos switches.
      6. Switch

         Annotations:

         • Um switch reúne um grande número de funções. Em conjunto, podem ser considerados Bridges com várias portas. Armazenam os pacotes, repassam para os destinatários na porta de destino. Evitam colisões.
      7. Router

         Annotations:

         • Comutador de pacotes de camada 3 (datagramas). Possui outras denominações:  Sistemas intermediários, Intermediate system ou IS (usado pela ISO).  Gateway (Muito usado pela comunidade IP/Internet).  Switch de camada 3.
      8. Modem

         Annotations:

         • Modulador/Demodulador. Equipamento de  codificação. Converte sinais analógicos e  digitais.
      9. Host

         Annotations:

         • Máquina do usuário. Possui outras  denominações:  Host (Comunidade IP/Internet).  Data terminal equipment, ou DTE  (usado pelo padrão X.25).  End system, ou ES (usado pela ISO).  Estação.
      10. Gateway

          Annotations:

          • Máquina que comuta datagramas (camada 3).  Nome dado aos roteadores pela  comunidade IP/Internet.
      11. WLAN Controller

          Annotations:

          • Controlador de pontos de acesso (Access  Points). Possui a inteligência de uma rede WLAN – Wireless LAN. Conecta todos os APs  de uma rede sem fio aos switches de acesso.
      12. Acess Points

          Annotations:

          • Pontos de acesso à rede sem fio (wireless).  Podem ser autônomos (possuem inteligência  para autenticar e dar privilégios) ou slaves, os quais precisam de um controlador (WLAN  controller).
      13. Transceivers

          Annotations:

          • São dispositivos que transformam os sinais do mundo óptico para o elétrico e vice-versa. Os transceivers mais comuns hoje em dia são  os SFPs (Small form-factor pluggable). Veja mais sobre os SFPs em <ftp://ftp. seagate.com/sff/INF-8074.PDF>.
      14. Firewall, filtros de conteúdo

          Annotations:

          • Dispositivos que têm a função de bloquear o  acesso indevido aos recursos em uma rede de computadores.
   2. SOFTWARE

      Annotations:

      • Responsáveis pelo controle do uso da CPU, memórias, discos e periféricos, como a interface de rede. Alguns controlam ainda as tabelas de endereços e de caminhos. Tais sistemas residem nos switches e routers.
      1. SISTEMAS OPERACIONAIS

         Annotations:

         • Responsáveis pelo controle do uso da CPU, memórias, discos e periféricos, como a interface de rede. Alguns controlam ainda as tabelas de endereços e de caminhos. Tais sistemas residem nos switches e routers.
         1. UNIX
         2. LINUX

            Annotations:

            • Além disso, existem versões de Linux que se baseiam em sistemas Unix derivados do BSD (Berkeley System Distribution). Em contraste com as numerosas distribuições Linux, existem apenas três BSDs de código livre. Cada projeto BSD mantém sua própria árvore de código fonte e seu próprio kernel. Na prática, as divergências entre o código, ao tratarmos de usuário, parece ser ainda menor entre os projetos BSD do que entre os vários Linux.
            1. BSD
         3. MAC OS X
         4. WINDOWS
         5. IOS

            Annotations:

            • Sistema especializado em comutação e roteamento.
         6. JUNOS

            Annotations:

            • Sistema especializado em comutação e roteamento.
      2. PROTOCOLOS
         1. HTTP

            Annotations:

            • Páginas de hipertexto.
         2. SMTP

            Annotations:

            • Transporte de correio eletrônico.
         3. FTP

            Annotations:

            • Transferência de arquivos.
   3. APLICAÇÕES
      1. Serviço
         1. Clientes
            1. Browser
         2. Servidores
            1. Servidor Web
6. 05. PROTOCOLOS

   Annotations:

   • Um protocolo de rede é uma norma de comunicação implementada através de software. Define a forma e a ordem das mensagens e as ações realizadas para a comunicação entre duas entidades.
   • Para reduzir a complexidade do projeto dos protocolos, eles são divididos em camadas ou níveis, uma camada sobre a outra, como os andares de um prédio. O número de camadas, o nome, o conteúdo de cada uma e a função delas pode variar de modelo para modelo. Em todos os modelos, porém, as camadas inferiores prestam serviços para as camadas superiores, e as superiores solicitam os serviços das inferiores. Os protocolos acessam os serviços da camada inferior através dos SAP – Services Access Points ou Pontos de Acesso aos Serviços.

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   • 5. Protocolos. - 5.1. Considerações sobre Protocolos
   1. OSI

      Annotations:

      • OSI (RM-OSI ou Reference Model - Open Systems Interconnections) é o modelo de referência de protocolos de  comunicações mais utilizado, e serve de base para todos os  arquitetos de soluções de redes. É constituído por sete camadas, numeradas de baixo para cima. A camada 1 corresponde à camada física e a camada 7 é a camada  de aplicação, onde funcionam os softwares visíveis aos usuários  (email, browsers, web, etc).
      1. 7. Aplicação

         Annotations:

         • Funções especializadas (transferência de arquivos, terminal virtual, e-mail)
      2. 6. Apresentação

         Annotations:

         • Formatação de dados e conversão de caracteres e códigos
      3. 5. Sessão

         Annotations:

         • Negociação e estabelecimento de conexão com outro nó
      4. 4. Transporte

         Annotations:

         • Meios e métodos para a entrega de dados ponta-a-ponta
      5. 3. Rede

         Annotations:

         • Roteamento de pacotes através de uma ou várias redes
      6. 2. Enlace

         Annotations:

         • Detecção e correção de erros introduzidos pelo meio de transmissão
      7. 1. Física

         Annotations:

         • Transmissão dos bits através do meio de transmissão
   2. TCP/IP

      Annotations:

      • A arquitetura TCP/IP foi aquela que impulsionou a Internet, numa evolução da ARPA-Net. O TCP/IP foi escrito de forma a simplificar a comunicação e possibilitar a interoperação de  dispositivos e tecnologias totalmente diferentes.
      • - A arquitetura do conjunto TCP/IP foi projetda com base no modelo das camadas do OSI, porém com várias simplificações.
      1. 1. Acesso à Rede
      2. 2. Internet
      3. 3. Transporte
      4. 4. Aplicação
   3. MODELO HÍBRIDO

      Annotations:

      • O modelo híbrido surgiu da necessidade didática de comunicação  entre os instrutores e os alunos.
      • O modelo híbrido passou a ser usado pelos principais autores da área de redes (Comer, Kurose, Tanembaum, Peterson). No nosso estudo, adotaremos o modelo híbrido como referência para as camadas, exceto quando for explicitamente indicada outra pilha de protocolos.
      1. 1. Física
      2. 2. Enlace
      3. 3. Rede
      4. 4. Transporte
      5. 5. Aplicação