Redes de Computadores

(1)

1: Introdução 1

Redes de Computadores

Prof. Evandro L. Pereira

[email protected]

(2)

1: Introdução 2

Abordagem Seguida no Curso

 Tradicional (bottom-up) Abordagem Top-Down

Aplicação Transporte Rede Enlace Física Aplicação Transporte Rede Enlace Física

(3)

1: Introdução 3

Livro Texto e Material de Apoio



Computer Networking: A Top-Down

Approach Featuring the Internet, 2nd. Ed.

 James F. Kurose & Keith W. Ross  Addison-Wesley, 2003



Edição em Português:

 Redes de Computadores: Uma nova abordagem

baseada na Internet

 Ed. PearsonEducation, 2002



Site de apoio:

 http://www.awl.com/kurose-ross

(4)

1: Introdução 4

Parte I: Introdução

Objetivo do capítulo:

 entender o contexto,

visão geral, “sentir” o que são redes

 maior profundidade, detalhes posteriormente no curso  abordagem:  descritiva  uso da Internet como exemplo Resumo: o que é a Internet o que é um protocolo? a borda da rede o núcleo da rede

rede de acesso e meio físico desempenho: perda, atraso

camadas de protocolos, modelos de serviço

backbones, NAPs, ISPs história

(5)

1: Introdução 5

O que é a Internet: visão dos componentes

 Milhões de dispositivos de

computação conectados:

hosts, sistemas finais  workstations de PCs,

servidores

 telefones com PDA’s,

torradeiras

rodando aplicações de rede  Enlaces (canais) de

comunicação

 fibra, cobre, rádio, satélite  Roteadores: encaminham

pacotes (pedaços) de dados através da rede ISP local Rede da empresa ISP regional roteador _workstation servidor dispositivo móvel

(6)

1: Introdução 6

Alguns dispositivos “interessantes”

com acesso à Internet

Um minúsculo servidor WEB

http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Porta-retrato IP

http://www.ceiva.com/

Torradeira conectada à WEB com função de previsão de tempo

(7)

1: Introdução 7

O que é a Internet: visão dos componentes

 Protocolos: controlam o

envio e recepção de mensagens

 ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP  Internet: “rede de redes”

 livremente hierárquica  Internet pública versus

intranet privada

 Padrões Internet

 RFC: Request for comments  IETF: Internet Engineering

Task Force ISP local Rede da empresa ISP regional roteador workstation servidor móvel

(8)

1: Introdução 8

O que é a Internet: visão dos serviços

 A infra-estrutura de

comunicação permite o uso de aplicações

distribuídas:

 WWW, email, jogos,

e-comércio, bacos de dados, votações, compartilhamento de arquivos (ex.: MP3)  mais?  Serviços de comunicação disponibilizados:  sem conexões  orientado a conexões

(9)

1: Introdução 9

O que é um protocolo?

Protocolos humanos:

 “que horas são?”  “tenho uma dúvida”  apresentações

… msgs específicas são enviadas, segundo uma ordem pré-estabelecida

… ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos

Protocolos de rede:

máquinas ao invés de pessoas todas as atividades de

comunicação na Internet são governadas por

protocolos

protocolos definem o formato e ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da

rede, bem como as ações tomadas quando da transmissão ou recepção

(10)

1: Introdução 10

O que é um protocolo?

um protocolo humano e um protocolo de rede:

P: Apresente outro protocolo humano! Oi Oi Que horas são? 2:00 TCP connection reply. Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm <arquivo> tempo TCP connection request

(11)

1: Introdução 11

Uma olhada mais de perto na

estrutura da rede:



Borda da rede:

aplicações e

hospedeiros (

hosts

)



Núcleo da rede:

 roteadores  rede de redes 

Redes de acesso,

meio físico:

enlaces

de comunicação

(12)

1: Introdução 12

A borda da rede:



Sistemas finais (

hosts

):

 rodam programas de aplicação  ex.: WWW, email

 na “extremidade da rede”



Modelo cliente/servidor

 o host cliente faz os pedidos,

são atendidos pelos servidores

 ex.: cliente WWW (browser)/

servidor; cliente/servidor de email



Modelo

peer-to-peer

:

 interação simétrica entre os hosts

(13)

1: Introdução 13

Borda da rede: serviço orientado a

conexões

Objetivo:

transferência de dados entre hosts.

 handshaking: inicializa

(prepara para) a transf. de dados

 Alô,... alô (protocolo humano)  inicializa o “estado” em dois

hosts que desejam se comunicar

 TCP - Transmission

Control Protocol

 serviço orientado a conexão

da Internet

serviço

TCP

[RFC 793]

transferência de dados através de um fluxo de bytes

ordenados e confiável

perda: tratata através de reconhecimentos e

retransmissões

controle de fluxo :

transmissor não inundará o receptor

controle de congestionamento : transmissor “diminui a taxa de

transmissão” quando a rede está congestionada.

(14)

1: Introdução 14

Borda da rede: serviço sem conexão

Objetivo:

transferência de dados entre sistemas

finais

 mesmo que antes!

 UDP - User Datagram

Protocol [RFC 768]:

serviço sem conexão da Internet

 transferência de dados

não confiável

 não controla o fluxo  nem congestionamento

Aplicações que usam

TCP:

HTTP (WWW), FTP (transferência de

arquivo), Telnet (login remoto), SMTP (email)

Aplicações que usam

UDP:

streaming media, teleconferência, telefonia Internet

(15)

1: Introdução 15

Capítulo 1: Roteiro

1.

O que é a Internet?

2.

A borda da rede

3.

O núcleo da rede

4.

Acesso à rede e meios físicos

5.

Estrutura da Internet e ISPs

6.

Atraso e perda em redes de comutação de

pacotes

7.

Camadas de protocolos, modelos de

serviço

(16)

1: Introdução 16

O Núcleo da Rede

 Malha de roteadores

interconectados

 A pergunta fundamental:

como os dados são

transferidos através da rede?

 comutação de

circuitos: circuito

dedicado por chamada: rede telefônica

 comutação de pacotes:

os dados são enviados através da rede em pedaços discretos.

(17)

1: Introdução 17

Núcleo da Rede: Comutação de

Circuitos

Recursos fim a fim são

reservados para a

chamada.

 banda do enlace,

capacidade dos comutadores

 recursos dedicados: sem

compartilhamento

 desempenho garantido

(como em um circuito físico)

 necessita estabelecimento

(18)

1: Introdução 18

Núcleo da Rede: Comutação de

Circuitos

Recursos da rede (ex., banda)

são divididos em “pedaços”

 pedaços alocados às chamadas  o pedaço do recurso fica ocioso

se não for usado pelo seu dono

(não há compartilhamento)

 como é feita a divisão da banda

de um canal em “pedaços” (multiplexação):

 divisão de frequência (FDM)  divisão de tempo (TDM)

(19)

1: Introdução 19

Comutação de Circuitos: FDM e TDM

FDM freqüência tempo TDM freqüencia tempo 4 usuários Exemplo:

(20)

1: Introdução 20

Núcleo da Rede: Comutação de

Pacotes

Cada fluxo de dados fim-a- fim é dividido em pacotes  pacotes dos usuários A e B

compartilham os recursos da rede

 cada pacote usa toda a

banda do canal

 recursos são usados

quando necessário,

Disputa por recursos:

 a demanda total pelos

recursos pode superar a quantidade disponível

 congestionamento:

pacotes são enfileirados, esperando para usar o enlace

 armazena e retransmite:

pacotes se deslocam uma etapa (hop) por vez

 transmite num enlace  espera a vez no

próximo enlace Divisão da banda em “pedaços”

Alocação dedicada Reserva de recursos

(21)

1: Introdução 21

Núcleo da Rede: Comutação de

Pacotes

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes

 existem outras analogias humanas? A B C Ethernet 10 Mbs 1,5 Mbs 45 Mbs D _E multiplexação estatística fila de pacotes esperando pelo enlace de saída

(22)

1: Introdução 22

Núcleo da Rede: Comutação de

Pacotes

Comutação de pacotes: comportamento de armazenamento e retransmissão (store and forward)

 Quebra uma mensagem

em pedaços menores (pacotes)  Store-and-forward: comutador espera a chegada do pacote completo e o encaminha/roteia para o próximo comutador

(23)

1: Introdução 23

Comutação de pacotes versus comutação

de circuitos

 Enlace de 1 Mbit  cada usuário:  100Kbps quando “ativo”  ativo 10% do tempo  comutação por circuitos:  10 usuários  comutação por pacotes:  com 35 usuários, probabilidade > 10

ativos menor que 0,004

A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!

N usuários

Enlace de 1 Mbps

(24)

1: Introdução 24

Comutação de pacotes versus comutação

de circuitos

 Ótima para dados em surtos

 compartilhamento dos recursos

 não necessita estabelecimento de conexão

 Congestionamento excessivo: atraso e perda de

pacotes

 necessita de protocolos para transferência

confiável de dados, controle de congestionamento

 P: Como fornecer um comportamento do tipo

circuito?

 São necessárias garantias de banda para

aplicações de áudio e vídeo

 ainda é um problema não resolvido (cap. 6)

(25)

1: Introdução 25

Segmentação de Mensagens



Transmissão de mensagens longas

 como uma única unidade de transmissão  store-and-forward da mensagem completa

 segmentadas em uma série de pacotes

transmitidos independentemente

(26)

1: Introdução 26

Segmentação de Mensagens e

Desempenho

 Sem segmentação: cada

mensagem precisa ser armazenada

completamente em cada comutador antes de ser retransmitida

 longa espera em cada

comutador

 Uso seqüencial dos

componentes da rede

(27)

1: Introdução 27

Segmentação de Mensagens e

Desempenho

 Com segmentação em pacotes:  cada componente da

rede pode “trabalhar” em paralelo em pacotes diferentes da mensagem  Resulta em um menor atraso total de transmissão da mensagem

 um fator de 3 neste ex.!  Ver applet

(28)

1: Introdução 28

Redes comutadas por pacotes:

roteamento

 Objetivo: mover pacotes entre roteadores da

origem até o destino

 serão estudados diversos algoritmos de escolha de

caminhos

 redes de datagrama:

 o endereço do destino determina próxima etapa  rotas podem mudar durante a sessão

 analogia: dirigir, pedindo informações  redes de circuitos virtuais:

 cada pacote contém uma marca (id. do circuito virtual), a

qual determina a próxima etapa

 caminho fixo determinado no estabelecimento da chamada,

permanece fixo durante a chamada

(29)

1: Introdução 29

Redes de Circuitos Virtuais



Cada roteador mantém uma tabela de VCs:

 Uma entrada para cada VC passando por ele  Indicando a interface de rede através da qual

pacotes de cada VC devem ser encaminhados 

Cada VC recebe um número único no

contexto de um roteador

 O mesmo VC pode ser identificado através de

números diferentes em roteadores (e links) distintos ao longo do caminho



Pacotes são identificados pelo número do

(30)

1: Introdução 30

Redes de Circuitos Virtuais (cont.)

 Protocolo de sinalização

 Usado para o estabelecimento de circuitos virtuais  Antes que transferência de dados real possa ocorrer

application transport network data link physical application transport network data link physical

5. Data flow begins 6. Receive data

1. Initiate call _{2. incoming call}3. Accept call

(31)

1: Introdução 31

Redes de Circuitos Virtuais:

Exemplo

 De A para B  A ---- PS1 ---- PS2 ---- B 12 22 32 Tabela de VCs em PS1: Incoming interface Incoming VC # Outgoing Interface Outgoing VC # 1 12 3 22 2 63 1 18 3 7 2 17 1 97 3 87 ... ... ... ...

(32)

1: Introdução 32

Redes de Datagrama



Rota determinada para cada pacote

individual



Pacotes podem seguir rotas diferentes



Tabela de rotas em cada roteador

 indica a próxima etapa (hop) no caminho a ser

seguida para se chegar a cada destino conhecido

 com base no endereço de destino

 endereços organizados de forma hierárquica

• Ex.: rede + máquina

(33)

1: Introdução 33

Redes de Datagrama (cont.)

 Não é necessário tempo inicial de preparação da

conexão

 Dados começam a ser transmitidos imediatamente

application transport network data link physical application transport network data link physical

(34)

1: Introdução 34

Redes de Datagrama: Exemplo de

Tabela de Rotas

fmc@zeus:~> netstat -r Kernel IP routing table

Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface 200.137.197.128 apollo.inf.ufg. 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1 200.137.197.192 artemis.inf.ufg 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1 200.137.197.0 * 255.255.255.192 U 40 0 0 eth1 200.137.197.64 * 255.255.255.192 U 40 0 0 eth0 default ares.inf.ufg.br 0.0.0.0 UG 40 0 0 eth1 fmc@zeus:~>

fmc@zeus:~> netstat -nr Kernel IP routing table

Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface 200.137.197.128 200.137.197.2 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1 200.137.197.192 200.137.197.6 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1 200.137.197.0 0.0.0.0 255.255.255.192 U 40 0 0 eth1 200.137.197.64 0.0.0.0 255.255.255.192 U 40 0 0 eth0 0.0.0.0 200.137.197.1 0.0.0.0 UG 40 0 0 eth1 fmc@zeus:~>

(35)

1: Introdução 35

Topologia da Rede Correspondente

zeus.inf.ufg.br eth0 eth1 200.137.197.64 200.137.197.0 apollo 200.18.197.2 200.137.197.128 artemis 200.18.197.6 200.137.197.192 ares.inf.ufg.br 200.137.197.1 UFGNet

(36)

1: Introdução 36

Taxonomia de Redes de

Computadores

Redes de Telecomunicações Redes de Comutação de Circuitos FDM _TDM Redes de Comutação de Pacotes Redes com VCs Datagrama Redes de • O fato de uma rede ser baseada em datagramas não implica em que ela seja orientada a conexões ou sem conexões

• A Internet oferece ambos os tipos de serviço às aplicações: orientado a conexões (TCP) e sem conexões (UDP)

(37)

1: Introdução 37

Capítulo 1: Roteiro

1.

O que é a Internet?

2.

A borda da rede

3.

O núcleo da rede

4.

Acesso à rede e meios físicos

5.

Estrutura da Internet e ISPs

6.

Atraso e perda em redes de comutação de

pacotes

7.

Camadas de protocolos, modelos de

serviço

(38)

1: Introdução 38

Acesso à rede e meios físicos

P: Como conectar os sistemas

finais aos roteadores de borda?

 redes de acesso residencial  redes de acesso

institucional (escola, empresa)

 redes de acesso móvel Considere:

 largura de banda (bits por

segundo) da rede de acesso?

(39)

1: Introdução 39

Acesso residencial: acesso

ponto-a-ponto

 Discado (Dialup) via

modem  acesso direto ao roteador; até 56Kbps (teoricamente)  Inconveniente: não é possível utilizar o telefone ao mesmo tempo  RDSI/ISDN:

 rede digital de serviços

integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador.

ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa-para-roteador (provedor) 4KHz – 50KHz até 8 Mbps roteador-para-casa 50KHz – 1MHz telefone: 0KHz – 4KHz FDM:

Ex.: Serviço Turbo® da Brasil Telecom

(40)

1: Introdução 40

Acesso residencial:

cable modems

 HFC: hybrid fiber coax  assimétrico: até 10Mbps

subida (upstream), 1 Mbps descida (downstream)

 rede de cabos e fibra

conectam as residências ao roteador do ISP

 acesso compartilhado ao

roteador pelas residências

 questões: congestionamento,

dimensionamento

 implantação: disponível

através de empresas de TV a cabo, ex.: AJATO (TVA) e VIRTUA (Net)

Aproveita a

infra-estrutura das redes de TV a cabo

(41)

1: Introdução 41

Acesso residencial:

cable modems

(42)

1: Introdução 42

Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral

casa

cable headend

rede de distribuição via cabo (simplificada)

(43)

1: Introdução 43

Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral

casa

cable headend

rede de distribuição via cabo (simplificada)

(44)

1: Introdução 44

Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral

casa

cable headend

rede de distribuição via cabo (simplificada) servidores

(45)

1: Introdução 45

Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral

casa cable headend rede de distribuição via cabo Canais V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O D A T A D A T A C O N T R O L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 FDM:

(46)

1: Introdução 46

Acesso institucional: rede local

 rede local (LAN - Local Area

Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de borda

 Ethernet:

 cabos compartilhados ou

dedicados conectam o

sistema final ao roteador

 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit

Ethernet, 10Gbit Ethernet

 instalação: instituições,

brevemente nas residências

(47)

1: Introdução 47

Redes de acesso sem fio

(wireless)

 rede de acesso compartilhado

sem fio conecta o sistema final ao roteador

 LANs sem fio:

 ondas de rádio substituem os fios  802.11b (WiFi): 11Mbps

 acesso sem fio com maior

cobertura

 GPRS: acesso sem fio ao roteador

do ISP através da rede celular

• 2,5G

 3G ~ 384Kbps (2Mbps???)  WAP (Wireless Application

Protocol) estação base hosts móveis roteador

(48)

1: Introdução 48

Redes locais residenciais

Componentes típicos de uma rede local residencial:

 moden ADSL ou cable modem  roteador/firewall

 Ethernet

 ponto de acesso para a rede sem fio (wireless)

wireless access point wireless laptops roteador/ firewall cable modem de/para o cable headend Ethernet (switched)

(49)

1: Introdução 49

Meios Físicos

 enlace físico: bit de

dados transmitido se propaga através do enlace

 meios guiados:

 os sinais se propagam

em meios sólidos: cobre, fibra

 meios não guiados:  os sinais se propagam

livremente (através do ar), ex. rádio

Par Trançado (TP -

Twisted Pair) dois fios de cobre

isolados Categoria 3: fios tradicionais de telefonia, 10 Mbps Ethernet Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet

(50)

1: Introdução 50

Meios físicos: cabo coaxial, fibra

Cabo coaxial:

 fio (transporta o sinal)

dentro de outro fio (blindagem)

 banda básica (baseband):

canal único no cabo

 banda larga (broadband):

múltiplos canais num cabo

 bidirecional

 uso comum em Ethernet

10Mbs

Cabo de fibra óptica:

 fibra de vidro transporta

pulsos de luz

 opera em alta velocidade:  Ethernet 100Mbps

 transmissão ponto a ponto

de alta velocidade (ex., 10 Gbps)

(51)

1: Introdução 51

Meios físicos: rádio

 sinal transportado em

ondas eletromagnéticas

 não há “fio” físico  bidirecional

 efeitos do ambiente de

propagação:

 reflexão

 obstrução por objetos  interferência

Tipos de enlaces de rádio:

 microondas

 ex.: canais de até 45 Mbps  LAN (ex., IEEE 802.11b)

 2Mbps, 11Mbps

 longa distância (ex., celular)  ex. CDPD, 10’s Kbps

 satélite

 canal de até 50Mbps (ou

múltiplos canais menores)

 atraso fim a fim de 270 mseg  geosíncrono versus LEOS (low

(52)

1: Introdução 52

Capítulo 1: Roteiro

1.

O que é a Internet?

2.

A borda da rede

3.

O núcleo da rede

4.

Acesso à rede e meios físicos

5.

Estrutura da Internet e ISPs

6.

Atraso e perda em redes de comutação de

pacotes

7.

Camadas de protocolos, modelos de

serviço

(53)

1: Introdução 53

Estrutura da Internet: rede de redes

 quase hierárquica

 provedores de backbones

nacionais/internacionais (NBPs)

 ex. Embratel, Banco Rural,

Global One

 interconecta com cada um

dos outros de forma privada, ou em pontos de troca de tráfego públicos (PTTs)

 ISPs regionais  conectam a NBPs  ISP local, empresa

 conecta a um ISP regional

NBP A NBP B PTT PTT ISP regional ISP regional ISP local ISP local

(54)

1: Introdução 54

Estrutura da Internet: rede de redes

 no centro da rede: ISPs da camada/nível 1  ex.: Embratel, RNP

 cobertura nacional / internacional  treat each other as equals

Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Interconexão privada entre provedores do nível (tier) 1 NAP Interconexão entre provedores de nível 1 através de pontos de acesso à rede públicos (NAPs ou PTTs)

(55)

1: Introdução 55

Provedor de Backbone Nacional

ex. Embratel

(56)

1: Introdução 56

Provedor de Backbone Nacional

ex. RNP

(57)

1: Introdução 57

Estrutura da Internet: rede de redes

 ISPs do nível 2: menores (freqüentemente regionais)  Conectam-se a um ou mais ISPs do nível 1 e, possivelmente, a

outros ISPs de nível 2

Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP ISP do nível 2 paga a um ISP de nível 1 pela conexão ao resto da Internet  ISPs do nível 2

são clientes dos ISPs de nível 1 ISPs de nível 2 também podem se conectar uns com os outros de maneira privada ou via NAPs

(58)

1: Introdução 58

Estrutura da Internet: rede de redes

 ISPs de nível 3 e ISPs locais

 rede de acesso, mais próxima dos sistemas finais (hosts)

Tier-2 ISP local

ISP local

ISP local ISP

local ISP local ISP Tier 3 ISP local

ISP local ISP

local ISP ISPs de nível 3 e ISPs locais são clientes de ISPs de nível mais alto, através dos quais eles se conectam ao resto da Internet

(59)

1: Introdução 59

Estrutura da Internet: rede de redes

 Um pacote passa através de várias redes!

Tier-2 ISP local

ISP local

ISP local ISP

local ISP local ISP Tier 3 ISP local

ISP local ISP

local ISP

(60)

1: Introdução 60

Capítulo 1: Roteiro

1.

O que é a Internet?

2.

A borda da rede

3.

O núcleo da rede

4.

Acesso à rede e meios físicos

5.

Estrutura da Internet e ISPs

6.

Atraso e perda em redes de comutação

de pacotes

7.

Camadas de protocolos, modelos de

serviço

(61)

1: Introdução 61

Atraso em redes comutadas por

pacotes

os pacotes experimentam atraso no caminho fim a fim

 quatro fontes de

atraso em cada etapa (roteador)

Processamento no nó:

verificação de bits com erro identif. do enlace de saída

Enfileiramento:

tempo de espera no enlace de saída até a transmissão

depende do nível de congestionamento do roteador A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

(62)

1: Introdução 62

Atraso em redes comutadas por

pacotes

Atraso de transmissão:  R=largura de banda do enlace (bps)  L=compr. do pacote (bits)

 tempo para enviar os

bits no enlace = L/R Atraso de propagação: d = compr. do enlace s = velocidade de propagação no meio (~2x108_m/seg) atraso de propagação = d/s Nota: s e R são valores

muito diferentes! A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

(63)

1: Introdução 63

Atraso fim-a-fim



Atraso em um nó

d

_nodal

= d

_proc

+ d

_queue

+ d

_trans

+ d

_prop



Atraso fim-a-fim

d

_total

= N(d

_proc

+ d

_trans

+ d

_prop

)

 assumindo que o atraso de enfileiramento é

desprezível (rede sem congestionamento)

(64)

1: Introdução 64

Atraso de transmissão versus

Atraso de propagação



Transmissão

: quanto tempo se gasta para o

transmissor colocar todos os bits no meio

 depende da taxa de transmissão do enlace e do

tamanho do pacote



Propagação

: quanto tempo um bit demora

para chegar ao outro lado do enlace

 depende da distância entre origem e destino



P

: Qual dos dois será o fator dominante?



Analisar duas situações especiais:

 pacotes muito longos e enlaces de curta distância  pacotes curtos e enlaces de longa distância

(65)

1: Introdução 65

Atraso de transmissão versus

Atraso de propagação



pacotes muito longos e enlaces de curta

distância:

 atraso de transmissão domina



pacotes curtos e enlaces de longa distância:

 atraso de propagação domina

A B

(66)

1: Introdução 66

Atraso de enfileiramento

 R=largura de banda do

enlace (bps)

 L=compr. do pacote (bits)  a=taxa média de chegada

de pacotes

intensidade de tráfego = La/R

 La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento  La/R -> 1: grande atraso

 La/R > 1: chega mais “trabalho” do que a

capacidade de atendimento, atraso médio infinito! (assumindo capac. de fila infinita!)

(67)

1: Introdução 67

Perda de pacotes



Na realidade: filas dos roteadores têm

tamanho limitado



O que acontece quando um pacote chega a

um roteador cuja fila está cheia?

 O pacote é descartado (i.e., perdido)!



Taxa de perda de pacotes aumenta à

medida que a intensidade do tráfego (La/R)

aumenta

 pacotes perdidos devem ser retransmitidos



Medida de desempenho da rede

(68)

Introduction 1-68

Atrasos e Rotas na Internet

 Como se mostram os atrasos e perdas na Internet?  Programa Traceroute : realiza medidas de

atraso da origem para cada roteador ao longo do caminho até o destino na Internet. Para todo i:

 envia três pacotes que chegarão ao roteador j no caminho

em direção ao destino (i.e., três experimentos distintos)

 roteador j retornará pacotes de resposta à origem  origem mede o intervalo de tempo entre a transmissão

dos pacotes e a recepção das respostas

3 probes

(69)

1: Introdução 69

Atrasos e Rotas na Internet



Experimentar com o programa

traceroute

 N-1 roteadores intermediários

 origem envia N pacotes especiais de “sondagem”  ao receber o n-ésimo pacote, o n-ésimo

roteador suprime o pacote e envia uma mensagem de volta para a origem

 ao receber tal mensagem, a origem registra:

• o tempo gasto entre o envio do n-ésimo pacote a recepção da respectiva resposta – atraso de ida-e-volta para o n-ésimo roteador

• nome e endereço do n-ésimo roteador

 origem reconstrói a rota até o destino

(70)

1: Introdução 70

traceroute: exemplo

1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms

traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr

Três medidas distintas

enlace trans- oceânico

(71)

1: Introdução 71

Capítulo 1: Roteiro

1. O que é a Internet?

2. A borda da rede

3. O núcleo da rede

4. Acesso à rede e meios

físicos

5. Estrutura da Internet e

ISPs

6. Atraso e perda em redes

de comutação de pacotes 7.

Camadas de

protocolos,

modelos de

serviço

8.

Histórico

(72)

1: Introdução 72

“Camadas” de Protocolos

As redes são complexas!

 muitos “pedaços”:  hosts  roteadores  enlaces de diversos meios  aplicações  protocolos  hardware, software

Pergunta:

Há alguma esperança em organizar a estrutura da rede?

Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?

(73)

1: Introdução 73

Organização de uma viagem aérea



uma série de etapas

bilhete (compra)

bagagem (check in) portão (embarque) decolagem roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião

(74)

1: Introdução 74

Organização de uma viagem aérea

: uma visão diferente

Camadas: cada camada implementa um serviço

 através de ações internas à camada

 depende dos serviços providos pela camada

inferior

bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião

(75)

1: Introdução 75

Viagem aérea em camadas: serviços

Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens transporte de bagagens

transferência de pessoas: entre portões transporte do avião de pista a pista

(76)

1: Introdução 76

Implementação

distribuída

da funcionalidade das

camadas

bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) subida roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteam. aviões

aerop

orto

de saí

da

aero

po

rto

de chegad

a

localidades intermediárias de tráfego aéreo

(77)

1: Introdução 77

Por que dividir em camadas?

Lidar com sistemas complexos:

 estrutura explícita permite a identificação e

relacionamento entre as partes do sistema complexo

 modelo de referência em camadas para discussão

 modularização facilita a manutenção e atualização do

sistema

 mudança na implementação do serviço da camada é

transparente para o resto do sistema

 ex., mudança no procedimento no portão não afeta

o resto do sistema

(78)

1: Introdução 78

Pilha de protocolos Internet

 aplicação: dá suporte a aplicações de

rede

 ftp, smtp, http

 transporte: transferência de dados

host-a-host

 tcp, udp

 rede: roteamento de datagramas da

origem até o destino

 ip, protocolos de roteamento

 enlace: transferência de dados

entre elementos de rede vizinhos

 ppp, ethernet

 física: bits “no fio”

aplicação transporte

rede enlace

(79)

1: Introdução 79

Camadas: comunicação lógica

_aplicação

transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física Cada camada:  distribuída  as “entidades” implementam as funções das camadas em cada nó  as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras

(80)

1: Introdução 80

Camadas: comunicação

lógica

aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física _aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados dados Ex.: transporte  recebe dados da aplicação  adiciona endereço e verificação de erro para formar o “datagrama”  envia o datagrama para a parceira  espera que a parceira acuse o recebimento (ack)  analogia: correio dados transporte transporte ack

(81)

1: Introdução 81

Camadas: comunicação física

aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados dados

(82)

1: Introdução 82

Camadas de protocolos e dados

Cada camada recebe dados da camada superior

 adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova

unidade de dados (encapsulamento)

 passa a nova unidade de dados para a camada inferior  no destino: operação inversa: desencapsula a unidade

de dados e a repassa para a camada acima aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física fonte _destino M M M M H t H t H r H t H r H e M M M M H t H t H r H t H r H e mensagem segmento datagrama quadro

(83)

1: Introdução 83

Capítulo 1: Roteiro

1.

O que é a Internet?

2.

A borda da rede

3.

O núcleo da rede

4.

Acesso à rede e meios físicos

5.

Estrutura da Internet e ISPs

6.

Atraso e perda em redes de comutação de

pacotes

7.

Camadas de protocolos, modelos de

serviço

(84)

1: Introdução 84

História da Internet

 1961: Kleinrock - teoria

das filas demonstra

eficiência da comutação por pacotes  1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares  1967: concepção da

ARPAnet pela ARPA (Advanced Reearch Projects Agency)  1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet 1972: demonstração pública da ARPAnet NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo host-host primeiro programa de e-mail ARPAnet com 15 nós

1961-1972: Princípios iniciais de comutação de pacotes

(85)

1: Introdução 85

História da Internet

 1970: rede de satélite

ALOHAnet no Havaí

 1973: Metcalfe propõe a

Ethernet em sua tese de doutorado

 1974: Cerf e Kahn -

arquitetura para a

interconexão de redes

 fim dos anos 70: arquiteturas

proprietárias: DECnet, SNA, XNA

 fim dos anos 70: comutação de

pacotes de comprimento fixo (precursor das redes ATM)

 1979: ARPAnet tem 200 nós Princípios de interconexão de Cerf e Kahn: minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes modelo de serviço best

effort

roteadores sem estados controle descentralizado definem a arquitetura atual da

Internet

1972-1980: Interconexão de redes novas e proprietárias

(86)

1: Introdução 86

História da Internet

 1983: implantação do

TCP/IP

 1982: definição do

protocolo SMTP para e-mail

 1983: definição do DNS

para tradução de nome para endereço IP

 1985: definição do

protocolo FTP

 1988: controle de

congestionamento do TCP

novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100.000 hosts conectados

numa conferederação de redes

(87)

1: Introdução 87

História da Internet

 início dos anos 90: ARPAnet

desativada

 1991: NSF remove restrições ao

uso comercial da NSFnet (desativada em 1995)

 início dos anos 90 : WWW

 hypertexto [Bush 1945,

Nelson 1960’s]

 HTML, http: Berners-Lee

 1994: Mosaic, posteriormente

Netscape

 fim dos anos 90:

comercialização da Web

 1996: criação do projeto

INTERNET2

Final dos anos 90: mais “killer applications”:

instant messaging, peer2peer (ex.: Napster)

importância de segurança na rede

est. mais de 50 milhões de computadores na Internet; mais de 100 milhões de usuários enlaces de backbone operando a Gbps Anos 90: comercialização, a WWW

(88)

1: Introdução 88

Internet/BR

 RNP teve início em 1989.

 Aberta para uso comercial em 1994  Posição absoluta, janeiro/03:

 Número de hosts: 2.237.527  9o do Mundo

 3o das Américas

 1o da América do Sul

 fonte: Network Wizards, 2003

 19.700.000 de Internautas em Dez/2002 (fonte:

Nielsen-NetRatings)

 Mais informações:

(89)

1: Introdução 89

Número de Internautas

(90)

1: Introdução 90

Capítulo 1: Resumo

Foi coberta uma

tonelada de material!

 visão geral da Internet  o que é um protocolo?  borda da rede, núcleo,

rede de acesso  desempenho: perda, atraso  camadas e modelos de serviço  backbones, PTTs, ISPs  história

Esperamos que agora você possua:

contexto, visão geral, “sentimento” do que sejam redes maior profundidade, detalhes posteriormente no curso