Redes de Computadores: Conceitos Essenciais

Redes de Computadores

Grande número de computadores, independentes entre si, mas interconectados.

Sub-rede composta por:

• Roteadores
• Meios de comunicação:
  • Cabos de cobre
  • Cabos de fibra óptica
  • Micro-ondas
  • Satélites

Rede é composta de: Sub-rede e Hosts.

Roteador: recebe dados por uma linha de entrada e encaminha a determinada linha de saída. É um equipamento de comutação.

Principais Tecnologias de Transmissão:

• Links de difusão (broadcasting)
• Links ponto a ponto (peer to peer)

Hierarquias de Protocolos: cada camada oferece serviços às camadas superiores, isolando essas camadas dos problemas.

Protocolo: conjunto de regras e convenções para a comunicação entre camadas equivalentes em máquinas diferentes.

Os processos parceiros comunicam-se entre si utilizando-se de protocolos.

Interface: define quais operações e serviços a camada inferior oferece à camada superior.

Tipos de Serviços

Orientados a conexões:

• Baseado no sistema telefônico: Conectar, Transmissão, Desconexão.
• Funciona como um tubo.
• A transmissão é sequencial, a ordem de entrega dos pacotes de bits é garantida.

Sem conexões:

• Análogo ao sistema postal.
• Cada pacote de bit contém o endereço completo de destino.
• Cada pacote é roteado através da rede independentemente.
• A ordem de entrega dos pacotes não é garantida.

Serviços confiáveis:

• Nunca perdem dados.
• O receptor confirma para o transmissor o recebimento de cada pacote de bits.
• Caso não haja a confirmação, o transmissor retransmite o pacote não confirmado.
• Retardos e aumento de tráfego na sub-rede.

Serviços não confiáveis:

• Transmissões onde retardos não são admissíveis.
• Exemplos: áudio, vídeo e aplicações multimídia.

Datagramas: pode ser confiável ou não confiável. Este tipo de serviço está vinculado às transmissões sem conexões.

TCP/IP

TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol: Manter intactas as conexões entre transmissor e receptor mesmo que algumas máquinas, ou linhas de transmissão intermediárias, deixem de operar.

Camadas do Modelo TCP/IP

Camada Host-Rede: Não é definida, mas apenas indica que o host deve se conectar com a rede para que seja possível enviar pacotes IP. O protocolo correspondente varia de host para host e de rede para rede.

Camada Inter-Redes: A tarefa desta camada é permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer rede e garantir que eles sejam transmitidos independentemente do destino. É possível que os pacotes cheguem aos seus destinos numa ordem diferente da que foram enviados. Esta camada define um formato padrão de pacote e um protocolo IP.

Funções principais:

• Entregar pacotes IP
• Definir o roteamento
• Administrar congestionamentos

Camada de Transporte: Permite que as entidades par dos hosts de origem e de destino mantenham uma conversação.

Camada de Transporte - TCP:

• É orientado à conexão confiável, permitindo a entrega dos pacotes sem erros de transmissão.
• Fragmenta o fluxo de bytes de entrada em mensagens na transmissão e remonta-o na recepção.
• Controla o fluxo de transmissão, impedindo que um transmissor rápido “afogue” um receptor lento.

Camada de Transporte - UDP:

• Opera sem conexão e na modalidade não confiável.
• Aplica-se a transmissões que não necessitam nem de controle de fluxo e nem da manutenção da sequência das mensagens enviadas.
• Tem utilização na transmissão de aplicações que exigem mais velocidade do que uma entrega precisa.
• Exemplo: áudio e vídeo.

Camada de Aplicação (alto nível):

• Terminal virtual (TELNET)
• Transferência de arquivos (FTP)
• Correio eletrônico (SMTP)

Críticas ao Modelo TCP/IP

• Não diferencia com clareza os conceitos de serviço, interface e protocolo.
• É um modelo restrito, não pode ser utilizado para descrever, por exemplo, o Bluetooth.
• A camada Host-Rede não é, na prática, uma camada no sentido aplicado aos protocolos hierarquizados.
• Não diferencia as camadas Física e de Enlace de Dados.

Camada Física

A finalidade da camada Física é transportar um fluxo de bits de uma máquina até outra.

O transporte do fluxo de bits ocorre através de:

• Cabos Coaxial
• Par trançado
• Fibra óptica
• Transmissão em linha de visão
• Satélites de comunicação

Cabo Coaxial

• Tem melhor blindagem contra ruídos que os pares trançados.
• Cabo de 50 ohms, para transmissões digitais.
• 75 ohms, para transmissões analógicas e TV a cabo.
• Conectores padrão BNC.

Cabo Par Trançado

• Também é designado por: UTP – Unshielded Twisted Pair

Fibra Óptica

Tem três componentes fundamentais:

1. A fonte de luz
2. Meio de transmissão
3. Detector óptico

Um pulso de luz indica um bit 1, e a ausência de luz representa um bit zero.

Multimodo: Cada raio tem um modo específico.

Monomodo: propaga em linha reta, tem capacidade de transmissão superior às fibras multimodo.

Principais tipos de transmissões:

• Índice em Degrau
• Índice Gradual

Índice em Degrau:

• O índice de refração do núcleo é uniforme.
• Ocorre uma mudança brusca na fronteira com revestimento de vidro.
• Esta fibra é utilizada para ligações de curta distância.
• A largura de banda é pequena.

Índice Gradual:

• O índice de refração do núcleo varia parabolicamente com a distância radial ao eixo da fibra.
• Esta fibra é bastante utilizada para a interligação das centrais telefônicas aos assinantes.
• A largura de banda é maior que a fibra com Índice em Degrau.

Camada de Enlace de Dados

• Proporcionar uma interface de serviços bem definidos para a camada de Rede.
• Determinar como os bits da camada Física são agrupados em quadros.
• Lidar com os erros de transmissão.
• Regular o fluxo de quadros para que transmissores rápidos não “afoguem” receptores lentos.

Serviços oferecidos à camada de Rede

Serviço sem conexão e sem confirmação:

• Transmissor envia quadros independentes ao receptor, sem que o receptor confirme o recebimento dos quadros.
• Nenhuma conexão lógica é estabelecida antes ou liberada depois do processo.
• Se um quadro for perdido, não haverá nenhuma tentativa de detectar a perda ou de recuperá-la.
• Este serviço é apropriado para o tráfego em tempo real, no qual os dados recebidos com atraso causam mais problemas que dados recebidos com falhas.
• Exemplo: áudio e vídeo.

Serviço sem conexão com confirmação:

• Também neste caso, nenhuma conexão lógica é estabelecida antes ou liberada depois do processo.
• Cada quadro enviado é, individualmente, confirmado pelo receptor.
• Dessa forma o transmissor sabe se um quadro chegou corretamente no receptor, ou não.
• Caso o quadro não tenha chegado dentro de um determinado intervalo de tempo, este quadro é retransmitido.
• Esse serviço é útil em meios não confiáveis, como os sistemas sem fio.

Serviço orientado a conexões:

• As máquinas de origem e de destino estabelecem uma conexão antes dos dados serem transferidos.
• Cada quadro enviado é numerado, e a camada de Enlace de Dados garante que cada quadro será recebido e na ordem numérica correta.
• Dados passam por fases distintas:
  • 1ª - A conexão é estabelecida.
  • 2ª - Os quadros são transmitidos.
  • 3ª - A conexão é desfeita.

Enquadramento

O que a camada Física faz é aceitar um fluxo de bits e tentar entregá-lo no destino. Não é livre de erros. A camada de Enlace de Dados é responsável por detectar e corrigir erros de transmissão.

• Método da contagem de caracteres.
• Método dos bytes de flags, com inserção de bytes.
• Método dos bytes iniciais e finais, com inserção de bits.

Controle de Erros

• É necessária a utilização de temporizadores (“timers”) no transmissor.
• Cada quadro enviado dispara o cronômetro.
• O tempo máximo de espera antes da retransmissão de um quadro é parametrizado.
• A camada de Enlace de Dados no receptor deve descartar quadros duplicados.

Controle de Fluxo

Um transmissor rápido, ou pouco carregado, enviando quadros para um receptor lento.

Problema: receptor perder quadros.

Solução: controle de fluxo para regular a velocidade de transmissão do transmissor.

Controle de fluxo baseado em feedback: O receptor envia de volta ao transmissor informações que permitem ao transmissor enviar mais dados ou que, pelo menos, mostram ao transmissor qual a situação real do receptor.

Controle de fluxo baseado na velocidade: O protocolo tem um mecanismo interno que limita a velocidade com que os transmissores podem enviar os dados, sem usar o feedback do receptor.

Bit Alternado: só envia novo quadro se receber reconhecimento do quadro anterior. Exemplo: 1ª - 0, 2ª - 1, 3ª - 0, 4ª - 1, 5ª - 0.

Controle de fluxo Protocolos de Janela Deslizante:

Janela com retransmissão Integral: Todos os quadros após o que não foi reconhecido são retransmitidos.

Janela com retransmissão Seletiva: Apenas o quadro que não foi reconhecido é retransmitido.