Redes de Computadores Prof. Nelson Fonseca

Apresentação em tema: "Redes de Computadores Prof. Nelson Fonseca"— Transcrição da apresentação:

1 Redes de Computadores Prof. Nelson Fonseca nfonseca@ic.unicamp.br
1: Introdução

2 Parte I: Introdução Objetivos: Conteúdo do capítulo:
Ler capítulo 1 do livro texto Objetivos: Introduzir conceitos básicos em redes dar uma visão geral da matéria, maiores detalhes ao longo do curso Abordagem: descritiva Internet como exemplo Conteúdo do capítulo: O que é a Internet O que é um protocolo? periferia da rede núcleo da rede rede de acesso, meios físicos noções de desempenho hierarquia de protocolos, modelos de serviços backbones, NAPs, ISPs história 1: Introdução

3 Aparelhos Internet interessantes
Porta retratos IP Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo O menor servidor Web do mundo 1: Introdução

4 O que é a Internet? ISP local rede coorporativa ISP regional roteador estação servidor móvel Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas finais Estações de trabalho, servidores PDA’s, fones, torradeiras executando aplicativos Enlaces de comunicação fíbras óticas, cobre, rádio, satélite roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede As características dos enlaces de comunicação, influenciam os mecanismos utilizados nos protocolos. Exemplo: o protocolo TCP quando usado em redes sem fio não deve interpretar a perda de pacotes única e exclusivamente como sinal de congestionamento. Os roteadores consideram o cenário de congestionamento para tomarem decisões sobre o encaminhamento de pacotes. Roteadores utilizam informações contidas nos pacotes e podem modificá-las. 1: Introdução

5 O que é a Internet protocolos: controla o envio e recebimento de msgs
e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: “rede de redes” Fracamente hierarquizada Internet pública versus intranet privativas Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force roteador estação servidor móvel ISP local ISP regional Redes de computadores  conjunto de computadores autômatos interligados por meio de comunicação. Dependendo do meio de transmissão, as redes podem ser ponto-a-ponto ou de difusão. Redes ponto-a-ponto têm a necessidade de roteador. Protocolos especificam regras de comunicação e ações a serem tomadas. End systems conectados via rede de acesso a ISP. ISP’s locais conectados a ISP’s regionais, que por sua vez são conectados a ISP’s nacionais. rede coorporativa 1: Introdução

6 Serviços da Internet Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: WWW, , jogos, comércio eletrônico, banco de dados., compartilhamento de arquivos (MP3) Serviços de comunicação: sem conexão orientado à conexão Serviços com conexão garantem a entrega de pacotes não corrompidos e em ordem. A Internet não oferece nenhuma garantia de Qualidade de Serviço Modelo de serviço de Melhor Esforço (Best Effort) cyberspace [Gibson]: “a consensual hallucination experienced daily by billions of operators, in every nation, ...." 1: Introdução

7 O que é um protocolo? Protocolos humanos: “Que horas são?”
“Eu tenho uma pergunta” … Msgs específicas enviadas … Ações específicas tomadas frente ao recebimento das msgs Protocolos de Redes: Máquinas ao invés de humanos Toda comunicação em redes é regida por protocolos Protocolos definem o formato, a ordem de envio e recebimento de msgs entre entidades e ações realizadas 1: Introdução

8 Protocolos Exemplos de protocolos humanos e de computadores Oi Oi 2:00
Solicitação de conexão TCP Oi Resposta de conexão TCP Que horas são? Get Protocolo  Conjunto de regras que regem uma comunicação A ocorrência de eventos (envio / recebimento de mensagens) implica em ações a serem tomadas. Protocolos podem ser representados por máquinas de estado. 2:00 <arquivo> tempo 1: Introdução

9 Estrutura da Rede Periferia da rede: aplicações e hosts
Núcleo da rede: roteadores redes de redes redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 1: Introdução

10 Periferia da Rede: Sistemas finais (hosts): modelo cliente/servidor
executam aplicativos WWW, “na periferia da rede” modelo cliente/servidor host cliente envia requisição, servidor executa serviço e.g., cliente WWW(browser)/ servidor; cliente/servidor modelo ponto-a-ponto : Interação simétrica entre hosts; Mínimo (ou nenhum) uso de servidores dedicados; 1: Introdução

11 Periferia da Rede: serviços orientados à conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais handshaking: estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados TCP - Transmission Control Protocol Serviço orientado à conexão da Internet Serviços TCP [RFC 793] Confiável, em seqüência, (byte-stream) Perdas: confirmações e retransmissões Controle de fluxo: transmissor não sobrecarrega o receptor; Controle de congestionamento: transmissor dimui taxa de transmissão quando a rede está congestionada Conexão  compromisso de entrega dos pacotes à aplicação no receptor na mesma ordem em que foram gerados (pelo emissor). Receptor envia pacote de confirmação (reconhecimento) com número de seqüência do pacote confirmado. Necessidade de buffer no transmissor para armazenar pacotes transmitidos e ainda não confirmados. Necessidade de buffer no receptor para entrega em ordem dos pacotes recebidos. Mecanismo de temporização para detectar perdas de pacotes. Necessidade de guardar o estado da comunicação (conexão). O TCP oferece junto com o serviço de conexão as funções de controle de fluxo e controle de congestionamento. Controle de fluxo  garante que o transmissor não envia “bytes”a uma taxa maior do que o receptor é capaz de absorver. Exemplo: Um supercomputador transferindo um arquivo para um PC a uma taxa de 1 Gbps por um canal ótico que opera a 20 Gbps Controle de congestionamento  tenta garantir que a rede será capaz de transportar a carga oferecida. Exemplo: 500 computadores tentando transmitir a uma taxa de 100 Kbps em um canal de 1Mbps 1: Introdução

12 Serviços não orientados a conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet transferência não-confiável sem controle de fluxo sem controle de congestionamento Aplicações típicas que usam TCP: HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP ( ) Aplicações típicas que usam UDP áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet 1: Introdução

13 O Núcleo da Rede Malha de roteadores interconectados
Questão fundamental: Como os dados são transferidos na rede? comutação de circuitos: circuitos dedicados - rede telefônica comutação de pacotes: dados enviados pela rede em “blocos” 1: Introdução

14 Comutação de Circuitos
Recursos reservados fim-a-fim para uma chamada ( “call”) banda passante do enlace, capacidade do comutador recursos dedicados: não há compartilhamento desempenho garantido Estabelecimento de circuito obrigatório 1: Introdução

15 Comutação de Circuitos
Banda passante dividida em “fatias” “fatias” de recursos alocados às chamadas desperdício: caso recurso não esteja sendo utilizado Divisão da banda passante Divisão por freqüência Divisão por tempo Divisão da banda passante Atribui diferentes freqüências Atribui banda em diferentes intervalos de tempo Rede telefônica  inteligência na rede Malha que liga telefones a centrais telefônicas locais é chamada de Local Loop. O backbone é normalmente fully-connected. Overhead para estabelecimento de circuito. Retardo de propagação: em fibras óticas o sinal trafega a 0,7 da velocidade da luz, ou seja, 5 s / Km. Para percorrer a distância entre Nova York e Londres são necessários 20 ms FDM  bandas de 4 KHz, sinal limitado a 3,4 KHz. TDM  sistemas mais modernos, sinal analógico é digitalizado pela quantização da sua amplitude - (CODECS) Pulse Code Modulation (PCM) amostras por segundo  8 bits a cada 125 s (256 níveis de quantização). Canal usual de 64 Kbps Portadora T1 (DS1)  24 canais multiplexados gerando 24x8 = 192 bits a cada 125 s  Taxa bruta de 1,544 Mbps Portadora E1  30 canais  2,048 Mbps Modulação diferencial 1: Introdução

16 Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA
4 usuários Exemplo: FDMA Freqüência tempo TDMA Freqüência tempo 1: Introdução

17 Divisão da banda em fatias
Comutação de Pacotes Fluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes pacotes compartilham recursos da rede cada pacote usa totalmente a banda passante do enlace recursos usados qdo necessário Contenção de recursos: a demanda por recursos pode ultrapassar o disponível congestionamento: enfileiramento para uso do enlace Armazena-e-retransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vez trasmitem e esperam a vez Divisão da banda em fatias Alocação Reserva de recursos 1: Introdução

18 Comutação de Pacotes: multiplexação estatística
10 Mbs Ethernet C A Multiplexação estatística 1.5 Mbs B Fila de pacotes esperando no enlace de saída 45 Mbs D E Usuários transmitem dados em rajada Sobrepor períodos de inatividade Pacotes são transferidos das linhas de entrada para linhas de saída nos multiplexadores  enfileiramento, possível perda de pacotes Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes existem outras analogias humanas? 1: Introdução

19 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
Comutação de pacotes permite um maior número de usuários na rede! Enlace de 1 Mbit cada usuário: 100Kbps quando ativo ativo 10% do tempo Comutação de circuito: 10 usuários Comutação de Pacotes: com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos < .0004 N usuários Enlace de 1 Mbps 1: Introdução

20 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
A comutação de pacotes ganha de lavagem? Ideal para tráfego em rajada compartilhamento de recursos não há o estabelecimento da chamada (call setup) Congestionamento excessivo: perda e retardo protocolos necessário para transmissão confiável e controle de congestionamento Como prover serviços tipo circuito?? Garantia de banda passante para aplicações de vídeo e áudio Ainda é um problema em aberto (cap 6) 1: Introdução

21 Comutação de Pacotes: armazena-e-reenvia
L R R R Leva L/R segundos para transmitir o pacote com L bits em um enlace de R bps; O pacote inteiro deve chegar ao comutador antes de ser transmitido no próximo enlace: armazena-e-reenvia Atraso = 3L/R Exemplo: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps atraso = 15 sec 1: Introdução

22 Comutação de Pacotes: segmentação de mensagens
Agora a mensagem é segmentada em 5000 pacotes Cada pacote com 1,500 bits 1 msec para transmitir o pacote em um enlace; pipelining: cada enlace trabalha em paralelo Atraso reduzido de 15 segundos para segundos Por que não transmitir a mensagem gerada pela aplicação e sim pacotes que possuem tamanho máximo limitado ? Pacotes  uso concorrente dos recursos da rede. 1: Introdução

23 Roteamento em Redes de Comutação de Pacotes
Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino datagrama: endereço de destino determina próximo roteador (hop) rotas podem mudar durante sessão analogia: dirigindo pedindo informação circuitos virtuais: cada pacote carrega um rótulo (virtual circuit ID), que determina o próximo roteador (hop) rota é fixada no momento do estabelecimento da conexão (call setup time), permanece fixo durante toda a chamada roteadores mantém informações por conexão Datagrama: maior confiabilidade no caso de falha Circuitos virtuais: menor overhead a cada pacote. CV  Provisão de Qualidade de Serviço Internet  solução “stateless” 1: Introdução

24 Taxonomia da Rede Redes de Telecomunicações Redes de comutação
de circuitos Redes de comutação de pacotes FDM TDM Redes com CV’s Redes datagrama Uma rede datagrama não é orientada à conexão ou não-orientada à conexão. Internet provê a suas aplicações serviços orientados à conexão (TCP) e não orientados à conexão (UDP). 1: Introdução

25 Redes de Acesso e Meios Físicos
P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda? Redes de acesso residencial redes de acesso institucional (escolas, empresa) redes de acesso móvel Considere: largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? compartilhada ou dedicada? 1: Introdução

26 Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto
Discado (Dialup) via modem acesso direto ao roteador de até 56Kbps (teoricamente); Não pode falar ao telefone e “surfar na Internet ao mesmo tempo”; não pode estar sempre conectado RDSI/ISDN: rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador. ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps na direção da rede (upstream) (tipicamente < 256 kbps) até 8 Mbps na direção do usuário (downstream) (tipicamente < 1 Mbps) FDM: 50 kHz – 1MHz na direção do usuário 4kHz – 50 kHz na direção da rede Modem ( Modulador / Demodulador) Converte sinal digital em analógico e vice-versa Modulação por amplitude, freqüência e fase. Redes ISDN  Concebida para transmissões de dados e voz integrados. Toda transmissão é digital Duas linhas de 64 Kbps e linha de controle a 16 Kbps ADSL  Usa FDM Banda passante depende da distância ao ISP. Banda passante do ISP para residência cai de 8 Mbps para 2 Mbps quando a distância aumenta de 3 Km para 6 Km. Banda passante da residência varia de 16 Kbps a 1 Mbps. 1: Introdução

27 Acesso residencial: cable modems
HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 10Mbps na direção da rede , 1 Mbps na direção do usuário; 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.: VIRTUA (Net) HFC usa cable modem conectado a PC por porta 10-Base T Ethernet ADSL (ponto a ponto) x HFC (meio compartilhado) 1: Introdução

28 Acesso residencial: cable modems
Diagram: 1: Introdução

29 Rede de distribuição dos
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral Tipicamente 500 a 5,000 casas Central casa Rede de distribuição dos cabos (simplificada) 1: Introdução

30 Rede de distribuição dos
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral central casa Rede de distribuição dos cabos (simplificada) 1: Introdução

31 Rede de distribuição dos
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral servidores(s) central casa Rede de distribuição dos cabos (simplificada) 1: Introdução

32 Rede de distribuição dos
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral FDM: canais V I D E O A T C N R L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 central casa Rede de distribuição dos cabos (simplificada) 1: Introdução

33 Acesso Institucional: Redes Locais
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 instalação: instituições, brevemente nas residências LANs: serão vistas depois. 1: Introdução

34 Redes de Acesso sem Fio (wireless)
rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador via estação base (ponto de acesso) LANs sem fio: ondas de rádio substituem os fios 802.11b (Wifi): 11 Mbps acesso sem fio com maior cobertura CDPD: acesso sem fio ao roteador do ISP através da rede celular Provido pela operadora de telecomunicações; WAP/GRPS na Europa 3G ~384 Kbps estação base usuário móvel roteador Redes celulares  divisão espacial em regiões (células) Células  10 a 20 Km de diâmetro Freqüência utilizada em uma célula é reutilizada em outra célula não adjacente. 5 a 10 ligações por célula Estação base  uma em cada célula Estação base  computador, transmissor (receptor + antena) Mobile switching office  conecta a estação base e a rede fixa. Ao ligar o telefone, o seu número é difundido - estação base registra em um banco de dados. Estação base atribui par de freqüências para comunicação Ao mudar de célula, telefone móvel escuta sinal de maior potência da estação base e executa protocolo de handoff Ao final, novo par de freqüências é atribuído e o aparelho é registrado em uma nova célula CDPD  redes de dados que utiliza capacidade ociosa da rede celular Transparente à rede celular Taxa CDPD  16 Kbps Suporta protocolo IP 1: Introdução

35 Home networks Componentes típicos de home networks:
ADSL ou cable modem roteador/firewall Ethernet ponto de acesso wireless wireless laptops De/para cable headend cable modem roteador/ firewall wireless ponto de acesso Ethernet (switched) 1: Introdução

36 Meio Físico Par Trançado
dois fios Categoria 3: telefonia tradicional, 10 Mbps Ethernet Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet 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, ex. rádio Par trançado  banda depende do diâmetro do fio e distância percorrida 100 Mbps à distância de algumas centenas de metros. Não foi substituído por fibra ótica como se previa. 1: Introdução

37 Cabo Coaxial e Fibra Ótica
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, cada pul’so é um bit opera em alta velocidade: Ethernet 100Mbps transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 5 Gps) baixa taxa de erros: imune a ruídos eletromagnéticos Transmissão digital Bom isolamento, evita interferência Até 1 Gbps em distâncias inferiores a 1 Km Baseband  mais comum em LANs Broadband  utilizado em TV a cabo. Transmissão analógica: Usado com cable modem para prover acesso a 10 Mbps Repetidores de sinais Fibras ópticas Princípio da refração 3 componentes : fontes de luz, fibras e detector Fontes de luz : diodos emissores de luz (LED) ou lasers. LEDS são mais baratos, porém, são mais indicados para pequenas distâncias. Lasers podem ser utilizados em distâncias de centenas de Km. Imunes a interferência eletromagnética, baixíssima taxa de erro e altas taxas de transmissão Presente em backbones na Internet, telefonia a longa distância Atenuação de 5,6 % por Km Até 100 Gbps em laboratório e 20 Gbps em campo Multimodais (50 micra) Unimodais (10 micra)  Luz em uma única direção Interfaces passivas  Conectores fundidos à fibra. Não interferem em caso de falha, porém perdem luz na junção Interfaces ativas  Converte sinal óptico em elétrico e re-converte sinal elétrico em óptico. Em caso de falha, interrompem a comunicação 1: Introdução

38 Meios físicos: rádio Sinal transportado em meio eletromagnético
não existe “cabo” bidirecional efeitos de propagação: reflexão obstrução de objetos interferência Tipos de enlaces de rádio: microondas ex.: canais de até 45 Mbps LAN (ex., waveLAN) 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 geoestacionário versus LEOS Rádio  10 KHz a 102 MHz Unidirecional Altas freqüências tendem a viajar em linha reta e ricochetear na ionosfera Microondas: 16 Hz a 100 GHz Acima de 100 MHz ( 108 Hz) Alinhamento de transmissor e receptor Torres a 100 m, repetidores a cada 80 Km Baixos custos Altas freqüências ( 10 GHz)  absorção pela chuva Banda industrial, científica e médica não necessitam de permissão  902 a 928 MHz e 5,725 a 5,85 GHz Bluetooth Infravermelho: THz a 100 THz Curto alcance Não atravessa objetos LANs sem fio Satélite: Retransmitem sinal recebido em outra frequência Geoestacionário Km LEOS  Necessidade de vários satélites 50 Mbpz  800 canais de voz ( 64 Kbps) 1: Introdução

39 Estrutura Internet: redes de redes
Ligeiramente hierarquizado No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional Tratamento igualitário entre os ISPs NAP provedores nível-1 também se interconectam em pontos públicos de acesso (NAP -network access points) ISP-nível-1 Provedores nível-1 se interconectam privativamente ISP-nível-1 ISP-nível-1 1: Introdução

40 ISP-nível-1: ex: Sprint
Backbone Sprint US 1: Introdução

41 Estrutura Internet: redes de redes
ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais) Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários ISPs-nível-2 provedores nível-2 também se interconectam nos NAPs ISP-nível-2 ISPs nível2 pagam para ISPs nível1 para se conectarem a Internet ISP nível2 é um consumidor de ISPs nível 1 ISP-nível-1 NAP ISP-nível-1 ISP-nível-1 1: Introdução

42 Estrutura Internet: redes de redes
ISPs-nível-3 e ISPs locais última rede de acesso (próximo aos sistemas finais) ISP local nível3 ISPs nível 3 e locais são consumidores de ISPs de mais alto nível que os conecta a Internet ISP nível2 ISP-nível-1 NAP ISP-nível-1 ISP-nível-1 1: Introdução

43 Estrutura Internet: redes de redes
Um pacote passa por várias redes; ISP local ISP nível3 ISP local ISP local ISP local ISP nível2 ISP-nível-1 NAP ISP-nível-1 ISP-nível-1 ISP local ISP local ISP local ISP local 1: Introdução

44 Provedor de Backbone Nacional
ex. Embratel 1: Introdução

45 Provedor de Backbone Nacional
ex. RNP 1: Introdução

46 Como ocorre perda e atraso?
Filas de pacotes nos buffers dos roteadores: a taxa de chegada de pacotes excede a capacidade de saída do enlace Pacotes enfileirados, esperam sua vez de serem encaminhados Pacote sendo transmitido (atraso) A Buffers disponíveis: pacotes que chegam são descartados (perda) se não têm buffers disponíveis Enfileiramento de pacotes (atraso) B 1: Introdução

47 Quatro fontes de atraso de pacotes
1. Processamento no nó: verificação de erros determina o enlace de saída 2. Enfileiramento tempo de espera no enlace de saída para transmissão depende do nível de congestionamento do roteador A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento 1: Introdução

48 Atraso em redes comutadas por pacotes
3. Atraso de transmissão: R=capacidade do enlace (bps) L=tamanho do pacote (bits) tempo para enviar bits no enlace = L/R 4. Atraso de propagação: d = comprimento do enlace físico s = velocidade de propagação no meio (~2x108 m/sec) atraso de propagação = d/s Nota: s e R são quantidades bastante diferentes! A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento 1: Introdução

49 Analogia de uma caravana
cabine de pedágio cabine de pedágio 100 km 100 km Caravana com 10 carros Carros viajam (propagam) a 100 km/h Cabine de pedágio leva 12 seg. para atender um carro (tempo de transmissão) carro~bit; caravana ~ pacote Q: Quanto tempo leva até que a caranava atinja o 2o ponto de pedágio? Tempo para atender a caravana inteira na rodovia: 12*10 = 120 seg Tempo que leva para o último carro da caravana “propagar” do 1o para o 2o ponto de pedágio: 100km/(100km/h)= 1 hr A: 62 minutos 1: Introdução

50 Analogia de uma caravana
cabine de pedágio cabine de pedágio 100 km 100 km caravana com 10 carros Carros agora propagam a km/h A cabine agora leva 1 min para atender um carro Q: Algum carro irá chegar ao 2o ponto de pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1o ponto de pedágio? Sim! Depois de 7 min, o 1o carro atinge o 2o ponto de pedágio, enquanto ainda existem 3 carros no 1o ponto de pedágio Os primeiros pacotes de um pacote podem chegar no 2o roteador antes que o pacote seja completamente transmitido no 1o roteador! 1: Introdução

51 Atraso nodal dproc = tempo de processamento
Tipicamente alguns mircrosegundos ou menos dqueue = atraso de enfileiramento Depende do congestionamento dtrans = atraso de transmissão = L/R, significante para enlaces de baixa-velocidade dprop = atraso de propagação Algumas centenas de milisegundos 1: Introdução

52 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! 1: Introdução

53 Atraso “real” da Internet e dos roteadores
Como deve ser o atraso e perda real da Internet? Programa Traceroute: provê medidas de atraso fim-a-fim do caminho entre o nó de origem e o nó de destino. Para cada i: envia três pacotes para o roteador i no caminho da origem até o destino; roteador i retorna pacotes para o emissor; o emissor calcula o intervalo de tempo entre o envio do pacote e o recebimento da sua resposta. 3 sondagens 3 sondagens 3 sondagens 1: Introdução

54 Atraso “real” da Internet e dos roteadores
traceroute: gaia.cs.umass.edu to Três medidas de atraso de gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net ( ) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net ( ) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net ( ) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr ( ) 132 ms 128 ms 136 ms Enlace trans-oceânico * Significa que nenhuma resposta foi recebida ) 1: Introdução

55 Perda de pacotes A fila dos roteadores tem uma capacidade limitada;
quando a fila está cheia, os pacotes que chegam são descartados; Pacotes perdidos são retransmitidos pelo nó de origem ou não são retransmitidos; 1: Introdução

56 “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? 1: Introdução

57 Organização de uma viagem aérea:
bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem rota do vôo bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem Roteamento do avião uma série de etapas 1: Introdução

58 Viagem Aérea: uma visão diferente
bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrisagem rota do vôo bilhete (compra) bagagem (verificação) portão (embarque) decolagem rota do vôo roteamento do avião Camadas: cada camada implementa um serviço através de elementos da própria camada depende dos serviços providos pela camada inferior 1: Introdução

59 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 roteamento do avião da origem ao destino 1: Introdução

60 Implementação distribuída da funcionalidade das camadas
bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem rota de vôo bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem rota de vôo aeroporto de saída aeroporto de chegada Aeroportos intermediários rota de vôo rota de vôo rota de vôo 1: Introdução

61 Por que 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 divisão em camadas é considerada prejudicial? 1: Introdução

62 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 física O protocolo IP é o que “cola” toda a Internet Diferentes protocolos de roteamento na Internet (redes de redes) O transporte confiável no nível de enlace ocorre entre roteadores enquanto na camada de transporte é entre end-systems. Protocolos na camada física são específicos dos meios de transmissão 1: Introdução

63 Camadas: comunicação lógica
Cada camada: distribuída “entidades” implementam as funções em cada nó entidades executam ações, trocam mensagens com os pares aplicação transporte redes enlace física rede Protocolo existe nas entidades distribuídas Protocolos na camada N trocam mensagens da camada N  N-PDU Pilhas de protocolos  O conjunto de protocolos das diversas camadas Funções implementadas nos diversos níveis: Controle de erro  Torna a transmissão mais confiável Controle de fluxo Segmentação e montagem  Divide grande quantidade de dados em pedaços menores Multiplexação  Permite o compartilhamento de conexões por diferentes sessões Estabelecimento de conexão 1: Introdução

64 Camadas: comunicação lógica
dados Ex.: camada de 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 aplicação transporte redes enlace física transporte ack dados dados transporte 1: Introdução

65 Camadas: Comunicação Física
dados aplicação transporte redes enlace física redes enlace físicol aplicação transporte redes física dados N-PDU’s são repassadas às camadas inferiores até chegarem ao meio físico Em cada roteador a PDU sobe até a camada mais alta (camada de rede) No destinatário, a N-PDU é repassada pelas camadas i < N até chegarem na camada N. aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace físicaa 1: Introdução

66 Camadas de protocolos e dados
Cada camada recebe dados da camada superior adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados passa a nova unidade de dados para a camada inferior origem destino aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física M H t n l mensagem M H t n l segmento No destinatário, a camada N retira o cabeçalho da camada N e repassa a (N+1) - PDU para a camada “N+1“. datagrama quadro 1: Introdução

67 1961-1972: Primórdios dos Princípios de redes: comutação de pacotes
História da Internet : Primórdios dos Princípios de redes: comutação de pacotes 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: Demosntração pública da ARPAnet NCP (Network Control Protocol) - primeiro protocolo host-host primeiro programa de ARPAnet com 15 nós 1: Introdução

68 História da Internet 1972-1980: Interconexão, novas redes privativas
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 do ATM) 1979: ARPAnet tem 200 nós Cerf and Kahn’s princípios de interconexão: minimalismo, autonomia, não há necessidade de mudança interna para interconexão modelo de serviço melhor esforço (best effort) roteadores sem estado controle descentralizado define a arquitetura da Internet de hoje 1: Introdução

69 História da Internet : novos protocolos, proliferação de redes 1983: implantação do TCP/IP 1982: definição do protocolo smtp para 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP 1985: definição do protocolo ftp 1988: controle de congestionamento do TCP Novos backbones nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100,000 hosts conectados numa conferederação de redes 1: Introdução

70 História da Internet 1990’s, 2000’s: comércio, WWW, novas aplicações
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 Final dos anos 90: est. 50 milhões de computadores na Internet est. mais de 100 milhões de usuários enlaces de backbone a Gbps 1996: criação do projeto INTERNET2 Segurança: uma necessidade Novas aplicações (killer applications): napster 1: Introdução

71 Internet/BR RNP teve início em 1989. Aberta para uso comercial em 1994
Posição absoluta (Network Wizards, 1/00): Número de hosts: 13o do Mundo 3o das Américas 1o da América do Sul Internautas (2/00) 1: Introdução

72 Número de Internautas VEJA, 5/4/2000 1: Introdução

73 Resumo da Introdução Conhecimento adquirido:
Material coberto Visão geral da Internet O que é um protocolo Periferia da rede, núcleo da rede, redes de acesso Comutação de pacotes versus comutação de circuitos backbones, NAPs, ISPs Desempenho: perda e atraso Modelo de serviços em camada História Conhecimento adquirido: contexto, visão geral, sentimento da rede mais detalhes ao longo do curso 1: Introdução

74 Modelo OSI-ISO ISO - International Organization for Standards
OSI - Open Systems Interconnection Modelo em 7 camadas: OSI TCP/IP Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Aplicação X Transporte Internet Host-to-network 1: Introdução

75 Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO
Uma camada deve ser criada se houver necessidade de abstração Camadas devem executar funções bem definidas A definição da camada deve levar em conta protocolos padronizados internacionalmente 1: Introdução

76 Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO
Os limites de cada camada devem ser escolhidos a fim de reduzir o fluxo de informação transportada entre as interfaces; O número de camadas deve ser suficientemente grande para que funções distintas não precisem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e suficientemente pequeno para que o projeto não se torne difícil de controlar; 1: Introdução

77 A Camada Física Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais 1: Introdução

78 A Camada de Enlace de Dados
Transformar um canal de transmissão bruta de dados em uma linha que pareça livre de erros - controle de erro Enquadramento de dados; Delimitação de quadros; Controle de fluxo - acoplamento de velocidade de transmissão - transmisor / receptor 1: Introdução

79 A Camada de Rede Controla a operação da sub-rede Roteamento
Controle de congestionamento Contabilidade Interconexão de redes 1: Introdução

80 A Camada de Transporte Aceitar dados da camada de sessão e dividi-los em unidades menores (pacotes); Gerenciamento de conexões: estabelecimento, encerramento e multiplexação; Primeira camada fim-a-fim; Controle de fluxo; 1: Introdução

81 A Camada de Sessão Gerenciamento de sessões; Gerenciamento de tokens;
Sincronização; 1: Introdução

82 A Camada de Apresentação
Sintaxe e semântica da informação a ser transferida Codificação dos dados Conversão de estruturas de dados 1: Introdução

83 A Camada de Aplicação Contém uma série de protocolos comumente necessários; Protocolo de terminal virtual; Protocolo de transferência de arquivos; 1: Introdução