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Aula 20 - 27/11/06 1
Informática I
Aula 20
http://www.ic.uff.br/~bianca/informatica1/
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Ementa
• Histórico dos Computadores• Noções de Hardware e Software• Microprocessadores• Sistemas Numéricos e Representação de Dados• Estrutura e Organização da Informação• Linguagens de Programação• Sistemas Operacionais• Redes de Computadores e Internet• Engenharia de Software• Softwares Aplicativos• Aspectos Legais do Software
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Histórico • Inicialmente a computação era baseada no
processamento centralizado de dados.– Os dados de entrada tinham que ser
fisicamente transportados para o computador.
– Os dados de saída tinham que ser fisicamente distribuídos aos usuários.
• A partir do fim da década de 1960, iniciou-se o processamento distribuído de dados.– Os computadores de menor porte tinham
acesso aos dados de um computador central.
• A partir da década de 1980, os computadores pessoais que eram utilizados apenas de forma isolada, começaram a ser interligados em redes de computadores.
Uma rede de computadores é uma infra-estrutura de troca de mensagens entre os
módulos ligados na rede, permitindo o acesso a recursos remotos e a aplicações distribuídas.
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Sistema de comunicação
• O sistema de comunicação usado em uma rede é composto por:– Meios físicos de conexão (enlaces físicos)
• Ex: cabo ethernet, conexão sem fio wi-fi, conexão Bluetooth
– Regras de comunicação entre os módulos processadores (protocolos)
• Ex: TCP/IP
– Topologia (maneira como os computadores são conectados)
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Meios físicos de conexão
• Exemplos de meios físicos:– Pares de fios– Cabos coaxiais– Fibra ótica– Transmissão por microondas – Transmissão por satélite– Transmissão sem fio
• A sua capacidade de transmissão é medida através da largura de banda.
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Pares de Fios• Também conhecidos como pares trançados:
– Dois fios trançados um ao redor do outro para reduzir a interferência elétrica.
• Baratos.• Já instalados (para sistemas telefônicos).
• Suscetíveis a interferências elétricas e ruídos.– Ruído – qualquer coisa que provoque distorção
do sinal.
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Cabo Coaxial
• Um fio condutor central envolto por uma camada isolante e blindagem metálica.
• Comumente usado para conectar a TV a cabo.
• Maior largura de banda e menos suscetibilidade a ruído do que os pares trançados.
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Fibra Ótica
• Usa a luz em vez de eletricidade para enviar dados.
• Largura de banda muito maior do que a dos cabos coaxiais.
• Imune a interferências elétricas.• Materiais mais baratos do que os
cabos coaxiais, porém, sua instalação tem um custo mais elevado.
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Transmissão por Microondas
• Usa transmissão de sinais de dados em linha de visão através da atmosfera:– As microondas do emissor precisam “ver” o receptor.
• Requer estações repetidoras aproximadamente a cada 48 quilômetros.– As ondas seguem uma linha reta; a Terra é curva.
• Oferece alta velocidade e eficiência quanto ao custo.• Suscetível às condições climáticas.
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Transmissão por Satélite• Uma forma de transmissão por
microondas:– O satélite age como uma estação
de retransmissão.
• Componentes:– A estação terrestre envia e recebe
sinais do satélite.– Um transponder recebe e amplifica o
sinal, modifica a freqüência e retransmite os dados.
• Útil quando os sinais devem percorrer milhares de quilômetros.
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Transmissão Sem Fio• Transmite dados em distâncias relativamente
curtas usando técnicas de transmissão sem fio.• Exemplos:
– IrDA – usa infravermelho em linha de visão direta.– Bluetooth – usa ondas de rádio para conectar
dispositivos móveis.– Padrões 802.11 – regem a transmissão sem fio.
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Regras de comunicação
• Protocolo – um conjunto de normas para intercâmbio de dados entre dois computadores.– Acordo sobre como se devem enviar dados e
como o recebimento deve ser confirmado.– Necesário para possibilitar que computadores
de diferentes fornecedores se comuniquem.– O Transmission Control Protocol/Internet
Protocol (TCP/IP) permite a qualquer computador comunicar-se com a Internet.
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Topologia de Redes
• Topologia é o arranjo físico (layout) de uma rede.
• Nó – cada computador, impressora ou servidor na rede.
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Topologia de Redes
• Os enlaces físicos podem ser de dois tipos:– Ligação ponto-a-ponto
• Cada enlace possui somente dois pontos de comunicação
– Ligação multiponto• Cada enlace permite a
presença de vários pontos de comunicação
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Topologia de Redes (cont.)
• A direção de transmissão do enlace pode ser de vários tipos:– Simplex
• Utilizado em apenas um dos dois possíveis sentidos de transmissão.
– Half-Duplex• Utilizado nos dois possíveis
sentidos de transmissão, porém apenas um por vez.
– Full-Duplex• Utilizado nos dois possíveis
sentidos de transmissão, simultaneamente.
ou
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Exercício
• Classifique as linhas de conexão abaixo quanto ao tipo de conexão:– Rádio walk-talk
– Canal de rádio FM– Aparelho telefônico
– Canal de televisão– Vídeo conferência
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Topologia de Redes (cont.)
• A topologia física determina como os enlaces estão dispostos em uma rede.
• Topologias comuns em LANs e WANs:– Multiponto
• Barramento
– Ponto-a-ponto• Estrela• Anel
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Topologia em barramento
• Todos os dispositivos se ligam ao mesmo meio de transmissão.
• O meio tem início e fim físicos.• Se o nó A enviar um sinal para
o nó B, o sinal se propagará por todo o comprimento do cabo.– Existe um mecanismo de
endereçamento para que cada nó compreenda quais mensagem deve receber.
• Exemplo: Rede Ethernet com cabo coaxial.
Vantagem:• custos de cabeamento minimizados
Desvantagens:• dificuldade de corrigir problemas pois não há ponto central• quebra dos cabos pode desativar todo o segmento
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Topologia em estrela
• Cada dispositivo é conectado a um ponto central por meio de um link ponto-a-ponto.
• Dependendo da arquitetura lógica utilizada, diversos nomes são usados para o ponto central:– Hub– Repetidores multiponto– Concentrador
• Exemplo: rede Ethernet com Hub
Vantagens:• cada dispositivo é isolado no seu próprio cabo.• a maioria dos sistemas de cabeamento é projetada em estrela.
Desvantagens:• mais cabos são necessários.• falhas de hub desativam a rede.
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Topologia em Anel
• É um loop físico e fechado, consistindo em links ponto-a-ponto.
• Cada nó age como um repetidor.– Recebe uma transmissão
oriunda do nó anterior e a amplifica antes de passá-la adiante.
• Exemplos: Token Ring, FDDI.
Vantagens:• cada repetidor duplica os sinais, ocorrendo pouca degradação
Desvantagens:• uma quebra no anel desativa toda a rede• dispositivos da rede tendem a ser mais caros.
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Classificação de redes quanto a área geográfica coberta• LANs = Local Area Networks
– Redes locais– Interligam computadores e periféricos em um espaço restrito
(casa, escritório, escola e edifícios próximos).• MANs = Metropolitan Area Networks
– Redes metropolitanas– Abrangem uma cidade.
• WANs = Wide Area Networks– Redes de longa distância– Abrangem uma grande área geográfica como um país ou
continente• PANs = Personal Area Networks
– Redes de computadores pessoais– Menor do que a LAN, abrange alguns dispositivos pessoais
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Redes Locais (LAN)
• Interligam computadores e periféricos em um espaço restrito (até 10km).
• Atualmente são baseadas em conexões físicas Ethernet ou Wi-fi.– 10, 100 ou até 1000
Mbits/s.• Em geral de propriedade
privada e usadas por uma única organização.
• Atualmente utilizam o protocolo TCP/IP.
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Redes Metropolitanas (MAN)
• Abrangem uma cidade ou região metropolitana.
• O exemplo mais conhecido é a rede de TV a cabo.
• Utiliza principalmente fibra ótica como conexão física.
• Pode ser proprietária e usada por uma única organização, mas normalmente é utilizada por várias organizações.
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Redes de Longa Distância (WAN)
• WANs são usadas para a interconexão de redes menores.
• Possuem um custo de conexão bastante elevado devido aos circuitos para satélites e enlaces de microondas.
• São, em geral, mantidas, gerenciadas e de propriedade privada de grandes operadoras e seu acesso é público.
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Redes Pessoais (PAN)
• São de menor alcance do que as LANs (alguns metros).
• Podem ser usadas para comunicação dos dispositivos entre si e deles para a Internet.
• Utilizam para a conexão cabos USB ou FireWire, ou conexão sem fio Bluetooth.
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A Internet• A Internet é um
sistema mundial e publicamente acessível de redes interconectadas que transmitem dados usando o protocolo IP.
• A Internet é uma rede de redes.
Internet, colorida por endereço IP
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Diferença entre WWW e Internet
• Ao contrário do que se pensa, Internet não é sinônimo de WWW (world wide web).
• A Internet é uma coleção de redes de computadores interconectadas, ligadas por fibra ótica, conexões sem fio, fios de cobre, etc.
• A WWW é uma coleção de documentos interconectados, acessados através de links e URLs e usando a Internet para a transmissão dos documentos.
• Outros serviços também estão disponíveis na Internet, além da Web.– Acesso remoto a outras máquinas (Telnet e SSH)– Transferência de arquivos (FTP)– Correio eletrônico (POP e SMTP)– Mensagens instantâneas
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Histórico da Internet
• Antes da internet– As redes não eram interconectadas entre si.
• Algumas redes eram interligadas, mas só para usos bem específicos.
– O problema principal era conectar redes físicas separadas a fim de formar uma só rede.
• Com o surgimento da idéia da transmissão de dados em pacotes, esse problema foi amenizado.
• A rede ARPANET– ARPA = Advanced Research Projects Agency– Considerada precursora da Internet, foi a primeira infra-estrutura
global para a comunicação entre computadores.– Em 1969, foram criados links entre algumas universidades
americanas.
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Histórico da Internet (cont.)
• A ARPANET cresceu rápido e nos anos 80 já interconectava redes de muitas universidades e grandes empresas, como a HP.
• No final da década de 1980, a ARPANET é entregue aos cuidados da NSF (National Science Foundation).– A NSF desenvolve o protocolo TCP/IP.– O termo Internet surge.– Redes de outros países passaram a se conectar.– Surgem os primeiros ISPs (Internet Service Providers) que dão
acesso a empresas e particulares, sobretudo através de conexões dial-up.
• Na década de 1990, o aparecimento da WWW e dos browsers, e a diminuição dos custos de acesso contribuiram para o enorme crescimento da internet.
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Protocolo IP
• IP = Internet Protocol• O protocolo IP define mecanismos de transmissão de
pacotes sem conexão.• O protocolo IP define três pontos importantes:
– A unidade básica de dados a ser transferida na Internet (o pacote).
– O software que executa a função de roteamento, escolhendo o caminho no qual os dados serão enviados.
– Um conjunto de regras que envolvem a transmissão de pacotes não confiáveis.
• Como os hosts ou gateways podem processar os pacotes.• Como e quando as mensagens de erros podem ser geradas.• As condições em que os pacotes podem ser descartados.
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Endereço IP
• O endereço IP é um número de 32 bits em IPv4 (versão 4 do IP) e está associado a um único sistema ligado na rede.
• Normalmente escritos como quatro octetos (em decimal), por exemplo 128.6.4.7.
• O serviço DNS (domain name service) é usado para traduzir nomes de domínio em endereços IP.
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Formato do Datagrama IP
• O datagrama (ou pacote) IP é a unidade básica de dados no nível IP.
• Um datagrama está dividido em duas áreas, uma área de cabeçalho e outra de dados. – O cabeçalho contém toda a
informação necessária que identificam o conteúdo do datagrama.
– Na área de dados está encapsulado o pacote do nível superior, ou seja um pacote TCP ou UDP.
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Roteamento IP
• O roteamento IP consiste em decidir para onde enviar um datagrama baseando-se no endereço IP destino contido no datagrama.
• Roteamento direto.– Só acontece quando duas máquinas estão na mesma rede.– O transmissor encapsula o datagrama num quadro físico, traduz
o endereço IP destino ao endereço físico (de hardware) correspondente, e envia o quadro resultante diretamente aodestino.
• Roteamento indireto.– Os dados são transmitidos a outra rede através de “gateways”.– Os “gateways” têm tabelas de roteamento para determinar qual
o próximo “gateway” ou máquina que deve ser enviado um pacote com um certo endereço IP.
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Protocolo TCP• TCP = Transmission Control Protocol
• Orientado à conexão - a aplicação envia um pedido de conexão para o destino e usa a "conexão" para transferir dados.
• Ponto a ponto - uma conexão TCP é estabelecida entre dois pontos. • Confiabilidade - O TCP usa várias técnicas para proporcionar uma
entrega confiável dos pacotes de dados.• Full duplex - É possível a transferência simultânea em ambas
direcções (cliente-servidor) durante toda a sessão. • Handshake - Mecanismo de estabelecimento e finalização de
conexão a três e quatro tempos, respectivamente, o que permite aautenticação e encerramento de uma sessão completa. – O TCP garante que, no final da conexão, todos os pacotes foram bem
recebidos.
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Protocolo TCP (cont.)
• Entrega ordenada - A aplicação faz a entrega ao TCP de blocos de dados com um tamanho arbitrário num fluxo (ou stream) de dados.– O TCP parte estes dados em segmentos.– A circulação dos pacotes ao longo da rede pode fazer
com que os pacotes não cheguem ordenados. – O TCP garante a reconstrução do stream no
destinatário mediante os números de sequência. • Controle de fluxo - O TCP usa o campo janela
ou window para controlar o fluxo. – O receptor, à medida que recebe os dados, envia
ACK, que pode especificar o tamanho do buffer no campo (janela) do segmento TCP.
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Estabelecimento de conexão TCP
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Adequação de Parâmetros
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Término de Conexão TCP