1: Introdução 1
Parte I: Introdução
Meta do Capítulo:
❒dar o contexto, visão geral e intuitiva de redes ❒profundidade e detalhes vêm mais adiante ❒abordagem: ❍descritiva ❍uso da Internet como exemplo Visão geral:
❒o que que é a Internet ❒o que que é um protocolo ❒a borda da rede ❒o núcleo da rede
❒rede de acesso, meio físico ❒desempenho: perdas, retardo ❒camadas de protocolo, modelos
de serviço
❒backbones, PTTs, provedores ❒história
❒redes ATM
1: Introdução 2
O que que é a Internet: os componentes
❒milhões de computadores interligados: hospedeiros, sistemas terminais ❍PCs, estações, servidores ❍PDAs, telefones, torradeiras executando aplicações de rede ❒enlaces de comunicação
❍fibra, cobre, rádio, satélite
❒roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados pela rede Provedor local Rede corporativa Provedor regional roteador estação servidor móvel 1: Introdução 3
O que que é a Internet: os componentes
❒protocolos: controlam envio, recepção de mensagens
❍p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
❒Internet: “rede de redes”
❍aproximadamente hierárquica ❍Internet pública contra
intranet privada
❒Padrões Internet
❍RFC: Request for comments ❍IETF: Internet Engineering
Task Force Provedor local Rede corporativa Provedor regional roteador estação servidor móvel 1: Introdução 4
O que que é a Internet: os serviços
❒Infra-estrutura de
comunicação: possibilita aplicações distribuídas:
❍WWW, correio, jogos, comércio eletrônico, bases de dados, eleições, ❍outras? ❒serviços de comunicação oferecidos: ❍sem conexão ❍orientado a conexão ❒ciberespaço [Gibson]:
“uma alucinação consensual sofrida diariamente por bilhões de operadores, em todos os países, ..”
1: Introdução 5
O que que é um protocolo?
protocolos humanos:
❒“que horas são?” ❒“queria perguntar” ❒apresentações … mensagens específicas enviadas … ações específicas tomadas ao receber mensagens, ou em outros eventos protocolos de rede: ❒máquinas em vez de gente ❒toda comunicação na Internet governada por protocolos
protocolos definem formato, ordem de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de rede, e ações tomadas ao enviar ou receber uma mensagem
1: Introdução 6
O que que é um protocolo?
Um protocolo humano e um protocolo de rede :
P: Outro protocolo humano?
Oi! Oi! Que horas são? 2:00 TCP pedido de conexão. TCP resposta. Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm <arquivo> Tempo
1: Introdução 7
Detalhes sobre a estrutura da rede
❒
Borda da rede:
aplicações e
hospedeiros
❒núcleo da rede:
❍roteadores ❍rede de redes ❒redes de acesso,
meios físicos:
enlaces de
comunicação
1: Introdução 8A borda da rede:
❒sistemas terminais:
❍executam aplicações ❍p.ex. WWW, correio ❍na “borda da rede” ❒modelo cliente/servidor
❍cliente solicita, recebe serviço do servidor
❍p.ex., cliente WWW (browser)/ servidor; cliente/servidor de correio
❒
modelo entre pares (p2p):
❍interação simétrica ❍p.ex.: teleconferências
1: Introdução 9
Borda da rede: serviço orientado a conexão
Meta:
transferência de dados entre sistemas ❒“handshaking”:preparação para iniciar transferência
❍protocolo humano: “Oi!”, “Oi!” ❍criar “estado” em 2 sistemas em comunicação ❒TCP - Transmission Control Protocol ❍serviço orientado a conexão da Internet
serviço TCP
[RFC 793]❒transf. dados: fluxo de
bytes ordenado, confiável
❍perdas: reconhecimentos e retransmissões
❒controle de fluxo:
❍remetente não vai “afogar” o receptor
❒controle de
congestionamento:
❍remetentes “reduzem a taxa de envio” quando rede congestionada
1: Introdução 10
Borda da rede: serviço sem conexão
Meta:
transferência de dados entre sistemas❍mesma que antes!
❒UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet
❍transf. de dados não confiável
❍sem controle de fluxo ❍sem controle de
congestionamento
Aplics. usando TCP:
❒HTTP (WWW), FTP
(transf. de arquivo), Telnet (acesso remoto), SMTP (correio)
Aplics. usando UDP:
❒mídia com “streaming”,teleconferências, telefonia pela Internet
1: Introdução 11
Núcleo da Rede
❒malha conexa de roteadores
❒a questão fundamental: como se transfere dados através da rede?
❍comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede de telefonia
❍comutação de pacotes: dados enviados pela rede em quantias
discretas 1: Introdução 12
Núcleo da Rede: comutação de circuitos
Recursos fim a fim
reservados para a
“chamada”
❒banda de enlace,capacidade de comutação ❒recursos dedicados: não
há compartilhamento ❒desempenho como
circuitos (garantido) ❒requer fase inicial
1: Introdução 13
Núcleo da Rede: comutação de circuitos
Recursos de rede (p.ex.,
banda)
retalhado em
“pedaços”
❒pedaços alocados a chamadas
❒recurso ocioso se não usado pela chamada (não
há compartilhamento)
❒divisão de banda em “pedaços”
❍divisão por frequência ❍divisão por tempo
1: Introdução 14
Núcleo da Rede: comutação de pacotes
Cada fluxo de dados fim a fim dividido em pacotes
❒pacotes de usuários A, B
compartilham recursos
❒cada pacote usa banda inteira do enlace
❒recursos usados a demanda
Contenção por recursos:
❒demanda agregada pode exceder os recursos disponíveis
❒congestionamento: fila de pacotes, espera para uso do enlace
❒armazena, reencaminha: pacotes movem um enlace a cada vez
❍transmite pelo enlace ❍aguarda vez p/ o próx. Retalhamento de banda
Alocação dedicada Reserva de recursos
1: Introdução 15
Núcleo da rede: comutação de pacotes
Comutação de pacotes X comutação de circuitos: analogia humana de restaurante
❒outras analogias humanas? A B C Ethernet 10 Mbps 2 Mbps 34 Mbps D E multiplexação estatística fila de pacotes aguardando enlace de saída 1: Introdução 16
Núcleo da rede: comutação de pacotes
Comutação de pacotes: comportamento armazena e re-encaminha
1: Introdução 17
Comutação de pacotes X comutação de circuitos
❒enlace de 1 Mbit ❒cada usuário: ❍100Kbps quando “ativo” ❍ativo 10% do tempo ❒comutação de circuitos: ❍10 users ❒comutação de pacotes: ❍com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0,004Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários!
N usuários
enlace de 1 Mbps
1: Introdução 18
Comutação de pacotes X comutação de circuitos
❒Fantástico para dados em rajadas❍compartilha recursos ❍não requer inicialização (setup)
❒Congestionamento excessivo: retardo e perdas
❍protocolos necessários para transferência confiável de dados, controle de congestionamento ❒P: Como prover comportamento de circuitos?
❍Garantias de banda necessárias para aplicações de áudio/vídeo
é um problema ainda sem solução (capítulo 6)
1: Introdução 19
Redes de pacotes: roteamento
❒Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino
❍estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4)
❒rede de datagramas:
❍endereço de destino determina próximo passo ❍rotas podem mudar durante uma sessão ❍analogia: dirigindo, perguntando o caminho
❒rede de circuitos virtuais:
❍cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo determina próximo passo
❍rota fixa determinada em tempo de estabelecimento da chamada, permanece fixa durante a chamada ❍roteadores mantêm estado por chamada
1: Introdução 20
Redes de acesso e meios físicos
P: Como ligar sistemas terminais ao 1o roteador? ❒redes de accesso residencial ❒redes de accesso institucional (escola, empresa)
❒redes de accesso móvel
Características principais:
❒banda (bits per second) da rede de acesso?
❒compartilhada ou dedicada?
1: Introdução 21
Acesso residencial: acesso ponto a ponto
❒Discado via modem
❍até 56Kbps, acesso direto ao roteador (conceitualmente) ❒RDSI: rede digital de serviços integrados (DVI - Telemar): 128Kbps, conexão digital ao roteador
❒ADSL: asymmetric digital
subscriber line
❍até 1 Mbps casa ao roteador ❍até 8 Mbps roteador a casa ❍disponibilidade de ADSL :
Telefônica, Telemar (MG, BA) 1: Introdução 22
Acesso residencial: cable modems
❒HFC: hybrid fiber coax
❍assimétrico: até 10Mbps p/ a casa, 1 Mbps para a rede
❒rede de cabo e fibra liga a casa ao roteador do provedor
❍acesso compartilhado ao roteador pelas casas ❍problemas: dimensionamento,
congestionamento ❍disponibilidade: via cias. de
TV a cabo, p.ex., NET, TVA
1: Introdução 23
Acesso institucional: redes locais
❒rede local (LAN) da empresa/univ. liga sistema terminal ao 1o roteador ❒Ethernet:
❍cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso ao roteador ❍10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet ❒disponibilidade:
instituições, redes locais domésticas em breve ❒redes locais: cap. 5
1: Introdução 24
Redes de acesso sem fio
❒rede de acesso sem fio liga ao roteador ❒redes locais sem fio:
❍espectro de rádio substitui cabo ❍p.ex., Wavelan 2 e 11
Mbps da Lucent ❍Wavelan tb usada para
ligações ponto a ponto
❒acesso sem fio não local
❍CDPD: acesso sem fio ao roteador do provedor via rede de telefonia celular
estação base
sistemas móveis roteador
1: Introdução 25
Meios físicos
❒enlace físico: bit de dados transmitido propaga através do enlace ❒meio guiado: ❍sinais propagam em meios sólidos: cobre, fibra❒meios não guiados:
❍sinais propagam livremente, p.ex., rádio
Par trançado (TP)
❒dois fios isolados de cobre ❍Categoria 3: fio telefônico tradicional, ethernet de 10 Mbps ❍Categoria 5: ethernet de 100Mbps 1: Introdução 26
Meios físicos: cabo coaxial, fibra
Cabo coaxial:
❒fio (portador do sinal)dentro de um fio (blindagem)
❍banda básica: canal único no cabo
❍banda larga: múltiplos canais no cabo
❒bidirecional ❒uso era comum em
Ethernet de 10Mbps
Cabo de fibra ótica:
❒fibra de vidro iluminadapor pulsos de luz ❒operação de alta
velocidade: ❍Ethernet de 100Mbps ❍transmissão de alta
velocidade ponto a ponto (p.ex., 10 Gbps)
❒baixa taxa de erros ❒2 tipos de fibra:
monomodo, multimodo
1: Introdução 27
Meios físicos: rádio
❒sinal enviado pelo espectro eletromagnético ❒sem “fio” físico ❒bidirecional ❒efeitos sobre
propagação do ambiente:
❍reflexão
❍obstrução por objetos ❍interferência
Tipos de enlace de rádio:
❒microondas❍p.ex. canais até 155 Mbps
❒rede local (p.ex., waveLAN)
❍2Mbps, 11Mbps
❒longa distância (p.ex., celular)
❍p.ex. CDPD, 10’s Kbps
❒satélite
❍canais de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) ❍retardo ponto a ponto de 270 ms ❍geosíncrono X LEOS (Low Earth
Orbit Satellite)
1: Introdução 28
Retardo em redes de pacotes
Pacotes experimentam
retardo em caminhos fim a fim
❒quatro causas de retardo a cada enlace
❒processamento no nó:
❍verifica erros de bits ❍determina enlace saída
❒filas
❍tempo gasto aguardando envio no enlace de saída ❍depende do nível de congestionamento A B propagação transmissão Processamento no nó enfileiramento 1: Introdução 29
Retardo em redes de pacotes
Retardo de transmissão:❒R=banda do enlace (bps)
❒ L=tamanho do pacote (bits)
❒tempo para transmitir pacote no enlace = L/R Retardo de propagação: ❒d = comprimento do enlace ❒s = velocidade de propagação (~2x108 m/sec) ❒retardo propagação = d/s
Note: s e R são quantidades
muito diferentes! A B propagação transmissão Processamento no nó enfileiramento 1: Introdução 30
Retardo em filas (revisitado)
❒ R=banda do enlace (bps) ❒ L=comprimento do pacote
(bits)
❒ a=taxa média de chegadas
intensidade de tráfego = La/R
❒ La/R ~ 0: retardo médio de fila pequeno ❒ La/R -> 1: retardos aumentam
❒ La/R > 1: chega mais “trabalho” do que a capacidade do serviço, retardo médio infinito!
1: Introdução 31
“Camadas” de Protocolos
Redes são complexas!
❒Muitos componentes: ❍hospedeiros ❍roteadores ❍enlaces de diversos meios ❍aplicações ❍protocolos ❍hardware, software
Pergunta:
Existe alguma esperançade organizar a estrutura da rede?
Ou, pelo menos, organizar nossa discussão de
redes?
1: Introdução 32
Organização de viagens aéreas
❒
uma série de passos
passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem roteamento do avião passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião 1: Introdução 33
Organização de viagens aéreas
: outra visãoCamadas: cada camada implementa um serviço ❍através das ações internas da própria camada ❍uso dos serviços providos pela camada inferior
passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem roteamento do avião passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião 1: Introdução 34
Viagens aéreas em camadas: serviços
entrega balcão a balcão de passageiros/bagagem entrega de bagagem do check-in à esteira entrega pessoas: p. embarque ao p. desembarque entrega de avião: aeroporto a aeroporto
roteamento do avião da origem ao destino
1: Introdução 35
Distributed
implementation of layer functionality
Aeroporto
de
embarque
Aeroporto
de
desembarque
locais intermediários de tráfego aéreo
roteamento do avião passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem roteamento do avião passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião roteamento do avião 1: Introdução 36Por quê usar camadas?
Ao lidar com sistemas complexos:
❒estrutura explícita permite identificação, relações entre componentes de sistema complexo
❍modelo de referência para discussão
❒modularização facilita manutenção, atualização do sistema
❍mudanças de implementação do serviço da camada é transparente ao resto do sistema ❍p.ex., mudança no procedimento do portão não
afeta o resto do sistema
1: Introdução 37
Pilha de protocolos da Internet
❒aplicação: suporta aplicações de rede
❍ftp, smtp, http
❒transporte: transferência de dados entre sistemas terminais
❍tcp, udp
❒rede: roteamento de datagramas da origem ao destino
❍ip, protocolos de roteamento
❒enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos
❍ppp, ethernet
❒física: bits “nos fios”
aplicação transporte rede enlace física 1: Introdução 38
Camadas: comunicação lógica
aplicação transporte rede enlace física rede enlace física Cada camada: ❒distribuída ❒“entidades” implementam funções da camada em cada nó ❒entidades realizam ações, trocam mensagens com pares aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 1: Introdução 39
Camadas: comunicação lógica
aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física application transport network link physical aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados dados P.ex.: transporte
❒ obtém dados da apl. ❒ inclui endereços, info para confiabilidade para formar “datagrama” ❒ envia datagrama ao par
❒ espera receber ack
(reconhecimento) do par ❒ analogia: correios dados transport transport ack 1: Introdução 40
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 1: Introdução 41
Camadas de protocolos e dados
Cada camada recebe dados da camada superior ❒acrescenta cabeçalho com informação para criar
nova unidade de dados
❒passa nova unidade de dados para camada inferior
aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física origem destino M M M M Ht Ht Hn Ht Hn Hl M M M M Ht Ht Hn Ht Hn Hl mensagem segmento datagrama quadro 1: Introdução 42
Estructura da Internet: rede de redes
❒aprox. hierárquica ❒provedores
nacionais/internacionais de backbone (PNBs)
❍p.ex.. Embratel, RNP, IBM ❍interconexão (peering)
privada bilateral, or em Pontos de Troca de Tráfego (PTTs)
❒provedores regionais
❍clientes dos PNBs
❒provedores locais, empresa
❍clientes dos provedores regionais PNB A PNB B PTT PTT Prov. regional Prov. regional Prov. local Prov. local
1: Introdução 43
Provedor Nacional de Backbone - RNP
1: Introdução 44
História da Internet
❒ 1961: Kleinrock - teoria
das filas demonstra eficácia de comutação de pacotes ❒ 1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares ❒ 1967: ARPAnet concebida
pela Advanced Reearch Projects Agency ❒ 1969: primeiro nó ARPAnet operacional ❒ 1972: ❍ARPAnet demonstrada publicamente ❍NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim ❍primeiro programa de
correio eletrônico ❍ARPAnet tem 15 nós
1961-1972: princípios de comutação de pacotes
1: Introdução 45
História da Internet
❒ 1970: ALOHAnet rede via
satélite em Havaí
❒ 1973: tese de doutorado de
Metcalfe propõe Ethernet
❒ 1974: Cerf and Kahn
-arquitetura para interligar redes
❒ fim dos 70: arquiteturas
proprietárias: DECnet, SNA, XNA
❒ fim dos 70: comutação de
pacotes de tamanho fixo (precursor do ATM)
❒ 1979: ARPAnet tem 200 nós
Cerf and Kahn: princípios de inter-redes:
❍minimalismo, autonomia - nenhuma mudança interna necessária para interligar redes ❍modelo de serviço de
melhor esforço ❍roteadores sem estado ❍controle
descentralizado
definem a arquitectura da Internet de hoje 1972-1980: Inter-redes, redes novas e proprietárias
1: Introdução 46
História da Internet
❒1983: implantação de TCP/IP ❒1982: definição do protocolo smtp (correio) ❒1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP ❒1985: definição doprotocolo ftp ❒1988: TCP: controle de
congestionamento
❒novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel ❒100,000 hospedeiros ligados à confederação de redes ❒Brasil - início da BITnet em 1988 (LNCC e FAPESP)
❒Brasil - início da UUCP
em 1989 (Alternex) 1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
1: Introdução 47
História da Internet
❒ Início dos 1990: fim da
ARPAnet
❒ 1991: NSF remove restrições
em uso comercial da NSFnet (aposentada, 1994) ❒ início dos 1990: WWW ❍hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s] ❍HTML, http: Berners-Lee ❍1994: Mosaic, depois Netscape ❍fim dos 1990: comercialização da WWW Fim dos 1990: ❒ est. 50 milhões de computadores na Internet ❒ est. 100 milhões+ de usuários ❒ enlaces backbone funcionando em 1 Gbps 1990’s: commercialização, WWW 1: Introdução 48
A Internet no Brasil
Pequena cronologia ❒1991 - rede TCP/IP experimental (SP, RJ, RS) até 9.600 bps ❒1992 - Rede-Rio, ANSP, RNP até 64 kbps ❒1994/5 - RNPv2, com enlaces de 2 Mbps ❒1994/5 - abertura comercial, Embratel, Comitê Gestor ❒1999 - criação das ReMAVs, Rede-Rio 2, enlaces de 155 Mbps ❒1999 - novo backbone da Rede-UFF 622 Mbps ❒2000 - backbone ATM da RNP2 ❒2001 - conexão internacional em 155 Mbps1: Introdução 49
Redes ATM: Asynchronous Transfer Mode
Internet:
❒hoje é o padrão mundial de facto para redes de dados
1980’s:
❒ATM desenvolvido pelas telcos: padrão de rede alternativo p/ voz/dados em alta vel. ❒padronização: ❍ATM Forum ❍ITU Princípios de ATM: ❒ pequenas (48B de carga, 5B de cabeçalho) células (pacotes de tamanho fixo)
❍comutação rápida ❍tamanho pequeno bom
para voz
❒ rede de CVs: comutadores
mantêm estado para cada “chamada”
❒ interface bem definida
entre a “rede” e o “usuário” (pense na companhia telefônica) 1: Introdução 50
Camadas ATM
❒ Camada de Adaptação ATM (AAL): interface às camadas superiores ❍sistema terminal ❍segmentação/ remontagem ❒ Camada ATM : comutação de células ❒ Física AAL ATM física AAL ATM física AAL ATM física AAL ATM física ATM físicaOnde fica a aplicação? ❒ ATM: camada inferior ❒ só funcionalidade ❒ IP sobre ATM: depois
aplicação TCP/UDP IP aplicação TCP/UDP IP aplicação TCP/UDP IP application TCP/UDP IP 1: Introdução 51
Capítulo 1: Sumário
Cobrimos muita matéria!❒ visão geral da Internet ❒ o que que é um protocolo? ❒ Borda e núcleo de rede,
rede de acesso ❒ desempenho: perdas, retardo ❒ modelos de camadas e serviços ❒ backbones, PTTs, provedores ❒ história ❒ redes ATM
Com sorte, você já adquiriu:
❒contexto, visão geral, intuição de redes ❒profundidade e
detalhes maiores mais
