Table Of Content00_tanen0809_Iniciais BR.indd 1 5/2/11 5:44 PM
e-book
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Para Suzanne, Barbara, Daniel, Aron, Marvin, Matilde,
e à memória de Bram e Sweetie π (AST)
Para Katrin, Lucy e Pepper (DJW)
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Sumário
P XV
refácio
1.1 i 1
ntrodução
1.1 Usos de redes de compUtadores ..........................................................................................2
1.1.1 Aplicações comerciais .................................................................................................................2
1.1.2 Aplicações domésticas ................................................................................................................4
1.1.3 Usuários móveis ...........................................................................................................................6
1.1.4 Questões sociais ...........................................................................................................................8
1.2 Hardware de rede .............................................................................................................10
1.2.1 Redes pessoais ..........................................................................................................................11
1.2.2 Redes locais ................................................................................................................................12
1.2.3 Redes metropolitanas ................................................................................................................14
1.2.4 Redes a longas distâncias .........................................................................................................15
1.2.5 Redes interligadas (internets) ..................................................................................................17
1.3 software de rede ..............................................................................................................18
1.3.1 Hierarquias de protocolos ........................................................................................................18
1.3.2 Questões de projeto relacionadas às camadas .....................................................................21
1.3.3 Serviços orientados e não orientados a conexões ................................................................22
1.3.4 Primitivas de serviço ..................................................................................................................23
1.3.5 Relacionamento entre serviços e protocolos .........................................................................25
1.4 modelos de referência ......................................................................................................25
1.4.1 O modelo de referência OSI .....................................................................................................25
1.4.2 O modelo de referência TCP/IP ...............................................................................................28
1.4.3 O modelo de dados usado neste livro ....................................................................................30
1.4.4 Uma comparação entre os modelos de referência OSI e TCP/IP * ....................................30
1.4.5 Uma crítica aos protocolos e ao modelo OSI * ..................................................................................31
1.4.6 Uma crítica ao modelo de referência TCP/IP * ......................................................................33
1.5 exemplos de redes .............................................................................................................33
1.5.1 A Internet ...................................................................................................................................33
1.5.2 Redes de telefonia móvel de terceira geração * ....................................................................40
1.5.3 LANs sem fios: 802.11 *.............................................................................................................43
1.5.4 RFID e redes de sensores * ......................................................................................................45
1.6 padronização de redes *...................................................................................................46
1.6.1 Quem é quem no mundo das telecomunicações .................................................................47
1.6.2 Quem é quem no mundo dos padrões internacionais ........................................................48
1.6.3 Quem é quem no mundo dos padrões da Internet ..............................................................50
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viii Redes de computadores
1.7 Unidades de medida ..........................................................................................................51
1.8 Visão geral dos oUtros capítUlos do liVro .......................................................................51
1.9 resUmo .............................................................................................................................52
2. A 55
cAmAdA físicA
2.1 a base teórica da comUnicação de dados ........................................................................55
2.1.1 Análise de Fourier .....................................................................................................................55
2.1.2 Sinais limitados pela largura de banda .................................................................................56
2.1.3 Taxa máxima de dados de um canal ......................................................................................58
2.2 meios de transmissão gUiados .........................................................................................58
2.2.1 Meios magnéticos .....................................................................................................................58
2.2.2 Pares trançados .........................................................................................................................59
2.2.3 Cabo coaxial ..............................................................................................................................60
2.2.4 Linhas de energia elétrica ........................................................................................................60
2.2.5 Fibra óptica ................................................................................................................................61
2.3 transmissão sem fios .......................................................................................................65
2.3.1 O espectro eletromagnético ....................................................................................................65
2.3.2 Transmissão de rádio ...............................................................................................................67
2.3.3 Transmissão de micro-ondas ..................................................................................................68
2.3.4 Transmissão em infravermelho ...............................................................................................70
2.3.5 Transmissão via luz ...................................................................................................................71
2.4 satélites de comUnicações * .............................................................................................72
2.4.1 Satélites geoestacionários ........................................................................................................73
2.4.2 Satélites terrestres de órbita média ........................................................................................75
2.4.3 Satélites terrestres de órbita baixa .........................................................................................75
2.4.4 Comparação entre satélites e fibra óptica .............................................................................76
2.5 modUlação digital e mUltiplexação .................................................................................77
2.5.1 Transmissão em banda base ...................................................................................................78
2.5.2 Transmissão em banda passante ............................................................................................81
2.5.3 Multiplexação por divisão de frequência ..............................................................................82
2.5.4 Multiplexação por divisão de tempo ......................................................................................84
2.5.5 Multiplexação por divisão de código .....................................................................................84
2.6 a rede pública de telefonia comUtada ..............................................................................86
2.6.1 Estrutura do sistema telefônico ..............................................................................................87
2.6.2 A política das companhias telefônicas ....................................................................................89
2.6.3 O circuito terminal: modems, ADSL e fibra óptica ...............................................................90
2.6.4 Troncos e multiplexação ..........................................................................................................95
2.6.5 Comutação ...............................................................................................................................100
2.7 o sistema de telefonia móVel * .......................................................................................104
2.7.1 Telefones móveis de primeira geração (1G): voz analógica .............................................104
2.7.2 Telefones móveis de segunda geração (2G): voz digital ...................................................107
2.7.3 Telefones móveis de terceira geração (3G): voz e dados digitais ....................................109
2.8 teleVisão a cabo * ...........................................................................................................112
2.8.1 CATV (Community Antenna Television) ...............................................................................112
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Sumário ix
2.8.2 Internet por cabo ....................................................................................................................113
2.8.3 Alocação do espectro .............................................................................................................114
2.8.4 Modems a cabo .......................................................................................................................115
2.8.5 Comparação entre ADSL e cabo ...........................................................................................116
2.9 resUmo ...........................................................................................................................117
3. A 121
cAmAdA de enlAce de dAdos
3.1 QUestões de projeto da camada de enlace de dados ........................................................121
3.1.1 Serviços oferecidos à camada de rede ................................................................................122
3.1.2 Enquadramento ........................................................................................................................123
3.1.3 Controle de erros .....................................................................................................................125
3.1.4 Controle de fluxo ......................................................................................................................126
3.2 detecção e correção de erros ........................................................................................126
3.2.1 Códigos de correção de erros ................................................................................................127
3.2.2 Códigos de detecção de erros ................................................................................................131
3.3 protocolos básicos de enlace de dados .........................................................................134
3.3.1 Um protocolo simplex sem restrições ...................................................................................137
3.3.2 Um protocolo simplex stop-and-wait em um canal livre de erros ...................................138
3.3.3 Um protocolo simplex stop-and-wait em um canal com ruído.........................................140
3.4 protocolos de janela deslizante .....................................................................................141
3.4.1 Um protocolo de janela deslizante de um bit ..............................................................................144
3.4.2 Um protocolo que utiliza go-back-n .....................................................................................146
3.4.3 Um protocolo que utiliza retransmissão seletiva ...............................................................151
3.5 exemplos de protocolos de enlace de dados ...................................................................155
3.5.1 Pacotes sobre SONET ..............................................................................................................155
3.5.2 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ........................................................................157
3.6 resUmo ...........................................................................................................................159
4. A 162
subcAmAdA de controle de Acesso Ao meio
4.1 o problema da alocação de canais ................................................................................162
4.1.1 Alocação estática de canais ....................................................................................................162
4.1.2 Premissas para a alocação dinâmica de canais ...................................................................163
4.2 protocolos de acesso múltiplo .......................................................................................164
4.2.1 ALOHA .......................................................................................................................................164
4.2.2 Protocolos de acesso múltiplo com detecção de portadora ..............................................167
4.2.3 Protocolos livres de colisão ....................................................................................................169
4.2.4 Protocolos de disputa limitada...............................................................................................172
4.2.5 Protocolos de LANs sem fios ..................................................................................................174
4.3 etHernet ..........................................................................................................................176
4.3.1 Camada física da Ethernet clássica ........................................................................................176
4.3.2 O protocolo da subcamada MAC Ethernet ..........................................................................177
4.3.3 Desempenho da Ethernet .......................................................................................................179
4.3.4 Ethernet comutada ..................................................................................................................180
4.3.5 Fast Ethernet .............................................................................................................................182
4.3.6 Gigabit Ethernet ........................................................................................................................184
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x Redes de computadores
4.3.7 Ethernet de 10 gigabits ............................................................................................................186
4.3.8 Retrospectiva da Ethernet .......................................................................................................187
4.4 lans sem fios ................................................................................................................187
4.4.1 802.11: arquitetura e pilha de protocolos ...........................................................................187
4.4.2 802.11: a camada física ...........................................................................................................189
4.4.3 802.11: o protocolo da subcamada MAC ............................................................................190
4.4.4 802.11: estrutura do quadro ...................................................................................................194
4.4.5 Serviços......................................................................................................................................195
4.5 redes de banda larga sem fios * .....................................................................................196
4.5.1 Comparação entre o 802.16 e o 802.11 e 3G .......................................................................196
4.5.2 802.16: arquitetura e pilha de protocolos.............................................................................197
4.5.3 802.16: a camada física ...........................................................................................................198
4.5.4 802.16: o protocolo da subcamada MAC 802.16 .................................................................199
4.5.5 802.16: estrutura de quadro ...................................................................................................200
4.6 blUetootH *....................................................................................................................201
4.6.1 Arquitetura do Bluetooth ........................................................................................................201
4.6.2 Aplicações do Bluetooth .........................................................................................................202
4.6.3 A pilha de protocolos do Bluetooth .....................................................................................202
4.6.4 A camada de rádio do Bluetooth ...........................................................................................203
4.6.5 As camadas de enlace do Bluetooth .....................................................................................203
4.6.6 A estrutura de quadro do Bluetooth .....................................................................................204
4.7 rfid * ...........................................................................................................................205
4.7.1 Arquitetura EPC Gen 2 ............................................................................................................205
4.7.2 Camada física EPC Gen 2 ........................................................................................................206
4.7.3 Camada de identificação de etiqueta EPC Gen 2 ...............................................................207
4.7.4 Formatos de mensagem de identificação de etiqueta ........................................................207
4.8 comUtação na camada de enlace de dados .....................................................................208
4.8.1 Usos de bridges ........................................................................................................................208
4.8.2 Learning Bridges ......................................................................................................................209
4.8.3 Spanning Tree Bridges .............................................................................................................211
4.8.4 Repetidores, hubs, bridges, switches, roteadores e gateways ..........................................213
4.8.5 LANs virtuais .............................................................................................................................214
4.9 resUmo ............................................................................................................................218
5. A 222
cAmAdA de rede
5.1 QUestões de projeto da camada de rede .........................................................................222
5.1.1 Comutação de pacotes store-and-forward ...........................................................................222
5.1.2 Serviços oferecidos à camada de transporte .......................................................................223
5.1.3 Implementação do serviço não orientado a conexões .......................................................223
5.1.4 Implementação do serviço orientado a conexões ..............................................................224
5.1.5 Comparação entre redes de circuitos virtuais e de datagramas .......................................225
5.2 algoritmos de roteamento .............................................................................................226
5.2.1 O princípio de otimização .......................................................................................................228
5.2.2 Roteamento pelo caminho mais curto ..................................................................................228
5.2.3 Flooding .....................................................................................................................................230
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Sumário xi
5.2.4 Roteamento por vetor de distância ......................................................................................232
5.2.5 Roteamento de estado de enlace ..........................................................................................234
5.2.6 Roteamento hierárquico .........................................................................................................237
5.2.7 Roteamento por broadcast .....................................................................................................238
5.2.8 Roteamento por multicast ......................................................................................................239
5.2.9 Roteamento por anycast .........................................................................................................242
5.2.10 Roteamento para dispositivos móveis ..................................................................................242
5.2.11 Roteamento em redes ad hoc ................................................................................................244
5.3 algoritmos de controle de congestionamento ...............................................................246
5.3.1 Técnicas de controle de congestionamento ........................................................................247
5.3.2 Roteamento com conhecimento do tráfego ........................................................................248
5.3.3 Controle de acesso ..................................................................................................................249
5.3.4 Controle de tráfego ..................................................................................................................250
5.3.5 Corte de carga ..........................................................................................................................251
5.4 QUalidade de serViço ......................................................................................................253
5.4.1 Requisitos da aplicação ...........................................................................................................254
5.4.2 Modelagem de tráfego ............................................................................................................255
5.4.3 Listagem de pacotes ................................................................................................................257
5.4.4 Controle de acesso ..................................................................................................................260
5.4.5 Serviços integrados ..................................................................................................................262
5.4.6 Serviços diferenciados .............................................................................................................264
5.5 interligação de redes ......................................................................................................266
5.5.1 Diferenças entre redes ............................................................................................................266
5.5.2 Como as redes podem ser conectadas .................................................................................267
5.5.3 Tunelamento .............................................................................................................................269
5.5.4 Roteamento entre redes .........................................................................................................270
5.5.5 Fragmentação de pacotes .......................................................................................................271
5.6 a camada de rede da internet .........................................................................................273
5.6.1 O protocolo IP versão 4 (IPv4) ...............................................................................................275
5.6.2 Endereços IP .............................................................................................................................277
5.6.3 IP Versão 6 ................................................................................................................................285
5.6.4 Protocolos de controle da Internet ........................................................................................291
5.6.5 Rótulos de comutação e MPLS...............................................................................................294
5.6.6 OSPF — protocolo de roteamento de gateway interior ......................................................296
5.6.7 BGP — protocolo de roteamento de gateway exterior .......................................................300
5.6.8 Multicast na Internet ................................................................................................................303
5.6.9 IP móvel .....................................................................................................................................303
5.7 resUmo ...........................................................................................................................305
6. A 310
cAmAdA de trAnsPorte
6.1 o serViço de transporte .................................................................................................310
6.1.1 Serviços oferecidos às camadas superiores .........................................................................310
6.1.2 Primitivas do serviço de transporte ......................................................................................311
6.1.3 Soquetes de Berkeley ..............................................................................................................314
6.1.4 Exemplo de programação de soquetes: um servidor de arquivos da Internet ...............315
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