R
EDES DE
C
OMPUTADORES
Núcleo de Rede
NÚCLEO DE
REDE
Já vimos como é o envio de um pacote da sua fonte ao
seu destino (camadas)
E o núcleo da rede?
Malha de roteadores que conectam os sistemas finais da
Internet
NÚCLEO DE
REDE
Como é feita a comunicação no núcleo da rede?
Duas abordagens fundamentais para locomoção de dados
através de uma rede:
Comutação de circuitos e comutação de pacotes.
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NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
Recursos necessários ao longo do caminho(buffers, taxa
de transmissão de enlace) para prover comunicação entre
os sistemas finais devem ser reservados.
É necessário estabelecer uma conexão entre remetente e
destinatário
Comunicação garantida “sem problemas” já que os
recursos são reservados.
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
Exemplo?
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NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
Redes de telefonia
A conexão é denominada circuito no ambiente de
telefonia. O remetente pode enviar dados para o
destinatário a uma taxa constante garantida.
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
É possível realizar comunicação ao mesmo tempo?
Vários telefones ligados à mesma central telefônica
podem ser utilizados ao mesmo tempo?
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Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
É possível realizar comunicação ao mesmo tempo?
Vários telefones ligados à mesma central telefônica
podem ser utilizados ao mesmo tempo?
Um roteador para cada chamada?
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
Dividir o canal de comunicação para que ele possa ser
utilizado por vários usuários simultaneamente.
Multipexação
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NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
Dividir o canal de comunicação para que ele possa ser
utilizado por vários usuários simultaneamente.
Multipexação Segundo o dicionário Michaelis: ato ou
efeito de multiplexar. Inform: Método de combinação de
vários sinais de numa portadora de transmissão de alta
vários sinais de numa portadora de transmissão de alta
velocidade
Multiplexar Inform: combinar várias mensagens no
mesmo meio de comunicação
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
CIRCUITOS
Duas formas de multiplexação
FDM – Frequency-Division Multiplexing
TDM – Time Division Multiplexing
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FDM – MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQÜÊNCIA
O espectro de freqüência do enlace é compartilhado entre
as conexões estabelecidas através desse enlace.
O enlace reserva uma banda de freqüência para cada
conexão durante o período de ligação.
Exemplo:
FDM
frequência
tempo
FDM – MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE FREQÜÊNCIA
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TDM – MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
TEMPO
O tempo é dividido em quadros de duração fixa, e cada
quadro é dividido em um número fixo de compartimentos
(slots).
Quando se estabelece uma conexão por meio de um
enlace, a rede dedica à conexão um compartimento de
tempo em cada quadro.
Esse compartimentos são reservados são reservados para
Esse compartimentos são reservados são reservados para
o uso exclusivo dessa conexão.
TDM – MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
TEMPO
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TDM – EXEMPLO
NUMÉRICO
Quanto tempo leva para enviar um arquivo de 640.000 bits
do hospedeiro A para o hospedeiro B em uma rede de
comutação de circuitos?
Todos enlaces são de 1536 Mbps
Todos enlaces são de 1536 Mbps
Cada enlace usa TDM com 24 slots/seg
TDM – EXEMPLO
NUMÉRICO
Solução
1536/24 (fluxo para cada fonte) = 64 kbps
Total de envio = 640 kb
Logo: 640/64 = 10 segundos
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Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
Logo: 640/64 = 10 segundos
Tempo de estabelecimento da conexão
10 + 0,5 =
10,5 segundos
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
P
ACOTES
Cada Fluxo de dados fim a fim dividido em pacotes
Pacotes do usuário A e do usuário B compartilham recursos
da rede
Cada pacote usa largura de banda total do enlace
Recursos são usados quando necessários
fasdfasdf
Disputa por recursos
Disputa por recursos
Demanda de recurso agregado pode exceder quantidade
disponível
Congestionamento: fila de pacotes, espera por uso do
enlace
Store and forward
: pacotes se movem um salto de cada
vez
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
P
ACOTES
Divisão da largura de banda em “pedaços”
Alocação dedicada
Reserva de recursos
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Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
NÚCLEO DA
REDE
– COMUTAÇÃO DE
P
ACOTES
Comutação de pacotes: multiplexação estatística
A
B
C
Ethernet
100 Mb/s
1,5 Mb/s
multiplexação estatística
D
E
fila de pacotes
esperando pelo
enlace de saída
Sequência de pacotes A & B não tem padrão fixo, largura de banda
COMPARAÇÃO ENTRE OS DOIS
TIPOS DE
COMUTAÇÃO
enlace de 1 Mb/s
cada usuário:
100 kb/s quando “ativo”
ativo 10% do tempo
Comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!
N usuários
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comutação de circuitos
10 usuários
comutação de pacotes:
com 35 usuários,
probabilidade > 10 ativos
ao mesmo tempo é menor
que 0,0004
COMPARAÇÃO ENTRE OS DOIS
TIPOS DE
COMUTAÇÃO
A comutação de pacotes é a “grande
vencedora”?
ótima para dados em rajadas
compartilhamento de recursos
mais simples, sem configuração de chamada
congestionamento excessivo:
atraso e perda de pacotes
protocolos necessários para transferência de dados
protocolos necessários para transferência de dados
confiável, controle de congestionamento
P: Como fornecer comportamento tipo circuito?
largura de banda garante necessário para aplicações de
áudio/vídeo
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
E os problemas?
Atraso
Perda
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REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso
Atraso de Processamento
Atraso de Fila
Atraso de transmissão
Atraso de transmissão
Atraso de Propagação
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso de Processamento
Tempo necessário para examinar o cabeçalho do pacote e
determinar para onde direcioná-lo.
Pode incluir outros fatores:
Tempo necessário para verificar os erros em bits existentes no
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Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
Tempo necessário para verificar os erros em bits existentes no
pacote que ocorreram durante a transmissão dos bits desde o nó
anterior ao roteador
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso de Fila
Atraso enquanto o pacote espera para ser transmitido no
enlace.
Dependerá da quantidade de outros pacotes que chegarem
antes e que já estiverem na fila esperando pela transmissão.
Se a fila estiver vazia, e nenhum outro pacote estiver sendo
Se a fila estiver vazia, e nenhum outro pacote estiver sendo
transmitido naquele momento, então o tempo de fila do
pacote será zero.
Se o tráfego estiver pesado e houver muitos pacotes
também esperando para serem transmitidos, o atraso de fila
será longo.
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso de Transmissão
Estratégia FIFO – comum em redes de comutação por
pacotes.
Tamanho do pacote – L bits
Velocidade de transmissão do enlace do roteador A ao
roteador B – R bits/s
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Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
roteador B – R bits/s
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso de Propagação
Assim que é lançado no enlace, um bit precisa se propagar
até o próximo ponto.
O bit se propaga à velocidade de propagação do enlace, a
qual depende do meio físico (fibra ótica, par de fios de cobre
trançados) e está na faixa de
trançados) e está na faixa de
2* 10
8
m/s a 3.10
8
m/s
Igual à velocidade da luz ou um pouco menor
O atraso de propagação é a distância entre dois roteadores
dividida pela velocidade de propagação do enlace
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso total
d
proc
= atraso de processamento
normalmente, poucos microssegundos ou menos
d
fila
= atraso de enfileiramento
prop
trans
fila
proc
nodal
d
d
d
d
d
=
+
+
+
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Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
fila
depende do congestionamento
d
trans
= atraso de transmissão
= L/R, significativo para enlaces de baixa velocidade
d
prop
= atraso de propagação
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso de Fila e Perda de pacote
O atraso mais complicado é o atraso de fila.
Vários artigos e livros já foram publicados com estudos sobre o
assunto
Pode variar de pacote para pacote
Se 10 pacotes chegarem a uma fila vazia ao “mesmo tempo”, o
primeiro pacote transmitido não sofrerá nenhum atraso, ao passo
primeiro pacote transmitido não sofrerá nenhum atraso, ao passo
que o último sofrerá atraso relativamente grande.
REDES DE
COMUTAÇÃO POR
P
ACOTES
Atraso de Fila e Perda de pacote
R = largura de banda do
enlace (bps)
L = tamanho do pacote (bits)
a = taxa média de chegada
de pacote
Universidade Federal de Ouro Preto Campus João Monlevade
Instituto de Ciências Exatas e Aplicadas
intensidade de tráfego = La/R
La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento médio
La/R -> 1: atrasos tornam-se grandes
La/R > 1: mais “trabalho” chegando do que pode ser atendido, atraso
A
TRASOS E ROTAS
“
REAIS
”
DA
I
NTERNET
Como são os atrasos e perdas “reais” da Internet?
Programa Traceroute:
fornece medida do atraso
da origem ao roteador ao longo do caminho de fim a
fim da Internet para o destino. Para todo i:
envia três pacotes que alcançarão roteador i no caminho
para o destino
roteador i retornará pacotes ao emissor
emissor temporiza intervalo entre transmissão e resposta.
emissor temporiza intervalo entre transmissão e resposta.
3 sondas
3 sondas
A
TRASOS E ROTAS
“
REAIS
”
DA
I
NTERNET
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
traceroute:
gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr
Tres medições de atraso de
gaia.cs.umass.edu para cs-gw.cs.umass.edu
enlace
trans-oceânico
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