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Chapter 1 Introduction Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.

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1 Chapter 1 Introduction Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July A note on the use of these ppt slides: Were making these slides freely available to all (faculty, students, readers). Theyre in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following: If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, wed like people to use our book!) If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Thanks and enjoy! JFK/KWR All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

2 FACULDADE PARAÍSO Sistemas de Informações Redes de Computadores - I Prof. Ricardo Damasceno 1: Introdução 2 Slides adaptados dos originais do livro do Kurose e dos slides da Profa. Juliana Fernandes Camapum - UNB.

3 Conteúdo Programático do curso 1. Redes de Computadores (Capítulo 1) 1. Internet – rede de computadores específica 2. Sistema complexo organizado através de uma arquitetura de camadas 1.Modularidade- permite alterar implementação de serviço específico sem afetar outros componentes 2. Camada de Aplicação (Capítulo 2) 3. Camada de Transporte (Capítulo 3) 4. Camada de Rede (Capítulo 4) 1: Introdução 3

4 Parte I: Introdução Objetivo do capítulo: r entender o contexto, visão geral, sacar o que são redes r maior profundidade, detalhes posteriormente no curso r abordagem: m descritiva m uso da Internet como exemplo Resumo: r o que é a Internet r o que é um protocolo? r a borda (periferia) da rede r o núcleo da rede r redes de acesso e meios físico r ISPs e backbones da Internet r desempenho: atraso e perda r camadas de protocolos, modelos de serviço r história

5 Roteiro do Capítulo O que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 5 ISP – Internet Service Provider

6 O que é a Internet: visão dos componentes r milhões de dispositivos de computação conectados: hosts = sistemas finais r rodando aplicações de rede r enlaces (canais) de comunicação – meios físicos m fibra ótica, fio de cobre, ondas de rádio e satélite, cabo coaxial m Taxa de transmissão (Mbps) = largura de banda (bandwidth) r roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede 1: Introdução 6 ISP local Rede da empresa ISP regional roteador workstation servidor móvel

7 Aparelhos internet interessantes 1: Introdução 7 O menor servidor Web do mundo shri/ Porta retratos IP – baixa fotos digitais Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo man.com/robin/toasty/ Telefones com Internet (Web, , mensagens)

8 O que é a Internet: visão dos componentes r protocolos: controla o envio e recepção de mensagens m ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP r Internet: rede de redes m livremente hierárquica m Internet pública versus intranet privada (intranet - redes corporativas, governamentais) r Padrões da Internet m Desenvolvidos pela IETF: Internet Engineering Task Force m Documentos são denominados RFC: Request for comments 1: Introdução 8 ISP local Rede corporativa ISP regional roteador workstation servidor móvel

9 O que é a Internet: visão dos serviços r infra-estrutura de comunicação que permite o uso de aplicações distribuídas: m WWW, , jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos, correio eletrônico r serviços de comunicação disponibilizados: m não confiável sem conexões (nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados) m Confiável orientado à conexões 1: Introdução 9

10 O que é um protocolo? protocolos humanos: r que horas são? r tenho uma dúvida r Apresentações oi … msgs específicas são enviadas … ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos Protocolos de rede: r máquinas ao invés de pessoas r todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos 1: Introdução 10 protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de msgs

11 O que é um protocolo? um protocolo humano e um protocolo de rede: 1: Introdução 11 Oi Que horas são? 2:00 TCP connection req. TCP connection reply. Get tempo protocolo de rede implementado em hardware (placas de rede) ou software (computador, roteador) Ex. requisição a um servidor WEB

12 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 12

13 Uma olhada mais de perto na estrutura da rede: r Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, PDAs, celulares, Smartphone r núcleo da rede: m Malha de roteadores m rede de redes r redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 1: Introdução 13 Rede de acesso Periferia da rede Núcleo da rede PDA – Personal Digital Assistant (agenda digital )

14 A periferia da rede: r Sistemas finais (hosts): m rodam programas de aplicação m ex., WWW, m na borda da rede r modelo cliente/servidor m o host cliente faz os pedidos, são atendidos pelos servidores m Ex. cliente WWW (browser)/servidor Web; cliente/servidor de r modelo entre pares - peer to peer (P2P): m uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados m Usuário é cliente e servidor m ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule 1: Introdução 14

15 Periferia da rede: serviço orientado à conexões Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais. r handshaking: inicialização prepara para a transf. de dados m Alô, alô protocolo humano m inicializa o estado em dois hosts que desejam se comunicar r TCP - Transmission Control Protocol m serviço orientado à conexão da Internet serviço TCP [RFC 793] r transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável m perda: reconhecimentos e retransmissões r controle de fluxo : m transmissor não inundará o receptor r controle de congestionamento : m transmissor diminui a taxa de transmissão quando a rede está congestionada. 1: Introdução 15

16 Periferia da rede: serviço sem conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais m mesmo que antes! r UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: m serviço sem conexão m transferência de dados não confiável m não controla o fluxo m nem congestionamento Aplicações que usam TCP: r HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP ( ) Aplicações que usam UDP: r streaming media (transmissão de áudio e vídeo na Internet), teleconferência, telefonia via Internet (VoIP, Skype) 1: Introdução 16 FTP – File Transfer Protocol; SMTP-Simple Mail Transfer Protocol HTTP - Hypertext Transfer Protocol

17 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 17

18 O Núcleo da Rede r Malha de roteadores interconectados r Questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? m comutação de circuitos: circuito dedicados em cada chamada: rede telefônica m comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos. 1: Introdução 18

19 Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos Recursos fim a fim são reservados para a chamada. r Banda do enlace, capacidade dos comutadores r recursos dedicados: sem compartilhamento r desempenho tipo circuito (garantido) r necessita estabelecimento de conexão 1: Introdução 19

20 Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos r recursos da rede (ex., banda) são divididos em pedaços r pedaços alocados às chamadas r o pedaço do recurso fica ocioso se não for usado pelo seu dono (não há compartilhamento) r como é feita a divisão da banda de um canal em pedaços (multiplexação) m FDM – Frequency Division Multiplexing -divisão de freqüência m TDM – Time Division Multiplexing - divisão de tempo 1: Introdução 20

21 Comutação de Circuitos: FDM e TDM 1: Introdução 21 FDM freqüência tempo TDM freqüência tempo 4 usuários Exemplo: quadro compartimento Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento

22 Exemplo numérico r Quanto tempo leva para enviar um arquivo de bits de um host A para um host B através de uma rede de comutação de circuitos? m Todos os enlaces são de 2,048 Mbps=taxa de transmissão total de cada enlace m Cada enlace usa TDM com 32 compartimentos m 500 mseg para estabelecer um circuito fim-a-fim Calcule! – tx de cada circuito ou usuário? -tempo para transmitir arquivo? -tempo total de envio? 1: Introdução 22

23 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes r pacotes dos usuários A, B compartilham os recursos da rede r cada pacote usa toda a banda do canal(taxa de transmissão total do link) r recursos são usados quando necessário, 1: Introdução 23 Disputa por recursos: r a demanda total pelos recursos pode superar a quantidade disponível r congestionamento: pacotes são enfileirados, esperam para usar o enlace r armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa por vez m transmite num enlace m espera a vez no próximo Divisão da banda em pedaços Alocação dedicada Reserva de recursos

24 Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística A seqüência de pacotes A e B não possuem um padrão constante – compartilhamento de recursos por demanda (e não por alocação prévia) multiplexação estatística Em TDM cada sistema final (host) utiliza o mesmo compartimento em cada um dos quadros TDM. 1: Introdução 24 A B C Ethernet 100 Mbps 1,5 Mbps 34 Mbps D E multiplexação estatística fila de pacotes esperando pelo enlace de saída

25 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos r Enlace de 1 Mbit r cada usuário: m 100Kbps quando ativo m ativo 10% do tempo r comutação por circuitos: m 10 usuários r comutação por pacotes: m com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0,0004 A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede! 1: Introdução 25 N usuários Enlace de 1 Mbps Pergunta: Como foi calculada a probabilidade 0,0004?

26 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos r Ótima para dados em surtos m compartilhamento dos recursos m não necessita estabelecimento de conexão r Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes m necessita de protocolos para transferência confiável de dados, controle de congestionamento r P: Como fornecer um comportamento do tipo circuito? m São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo m ainda é um problema não resolvido (cap. 6/7) A comutação de pacotes ganha de lavagem? 1: Introdução 26

27 Comutação de Pacotes: armazene-e- retransmita r Leva L/R segundos para transmitir um pacote de L bits em um canal de R bps r Todo o pacote deve chegar ao roteador antes que possa ser transmitido no próximo canal: armazene e retransmita r atraso = 3L/R (assumindo atraso zero de propagação e de fila) Exemplo: r Mensagem L = 7,5 Mbits r Taxa enlace R = 1,5 Mbps r atraso envio = 15 seg 1: Introdução 27 R R R L

28 Comutação de pacotes: Segmentação de mensagens Quebre agora a mensagem em 5000 pacotes 1: Introdução 28 r Cada pacote de bits r 1 mseg para transmitir um pacote em um canal r Atraso reduzido de 15 seg para 5,002 seg L=7,5Mbits = 5000 x 1500bits R=Enlace de 1,5Mbps L RR R atraso 1º pacote=0,003seg atraso total=0, x0,001=5,002seg

29 1: Introdução 29 Comutação de Circuitos Comutação de Mensagens Comutação de Pacotes t=7,5M/1,5M=5s t=3x(7,5M/1,5M) = 15s 5000[(7,5M/5000)/1,5M)] = 5000 x 1ms t = 5s+2ms

30 Redes comutadas por pacotes: encaminhamento (forwarding) r Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem até o destino m serão estudados algoritmos de escolha de caminhos (cap. 4) r Redes de datagramas: m o endereço do sistema final de destino determina próxima etapa (endereçamento com estrutura hierárquica) m os pacotes são encaminhados independentemente, oferecendo flexibilidade e robustez superiores (já que a rede pode reajustar- se mediante a quebra de um link) m rotas podem mudar durante a sessão r Redes de circuitos virtuais: m cada pacote contém uma marca (ID do circuito virtual), marca determina próxima etapa m caminho virtual fixo determinado no estabelecimento da chamada, permanece fixo durante a chamada – todos os pacotes seguirão o mesmo caminho 1: Introdução 30

31 Circuitos Virtuais 1: Introdução 31

32 Taxonomia de Redes (Núcleo) 1: Introdução 32 Redes de Telecomunicações Redes comutadas por circuitos FDM TDM Redes comutadas por pacotes Redes com CVs Redes datagrama Redes com CVs (Ex, ATM – Asynchronous Transfer Mode) Redes datagrama (Ex. IP)

33 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 33

34 Redes de acesso e meios físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores da periferia? r Redes de acesso residencial r Redes de acesso corporativo (universidade, empresa) r Redes móveis de acesso Considere: r largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? r compartilhada ou dedicada? 1: Introdução 34 ISP local Rede corporativa ISP regional

35 Acesso residencial: acesso ponto a ponto r Discado (Dialup) via modem m acesso direto ao roteador de até 56Kbps (teoricamente) m Não dá para surfar e telefonar ao mesmo tempo! r RDSI/ISDN: m rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador. m 2 linhas de 64Kbps (Internet e/ou telefone) m Serviço Multilink da Telefônica em SP. r ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line – linha digital assimétrica de assinante m até 1 Mbps casa-ao-roteador (upload) m até 10 Mbps roteador-para-casa (download) o FDM: 50 kHz-1 MHz download 4 kHz - 50 kHz upload 0 kHz - 4 kHz telefonia 1: Introdução 35 ISDN (Integrated Service Digital Network)

36 ADSL: Espectro de freqüências 1: Introdução 36 POTS - plain old telephone service (52Kbps) POTS splitter – separa freqüência de voz (vai para central telefônica – rede de comutação de circuitos) e dados (rede ATM)

37 Acesso residencial: cable modems r HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial) m assimétrico: até 30Mbps descida (downstream), 2 Mbps subida (upstream). r rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP) m acesso compartilhado ao roteador pelas residências m questões: congestionamento, dimensionamento r implantação: disponível através de empresas de TV a cabo, ex.: VIRTUA (Net) 1: Introdução 37

38 Acesso residencial: cable modems 1: Introdução 38 Diagrama: Terminal da operadora Hub, switch: transmite informação de um PC a outro

39 Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral 1: Introdução 39 casa cable headend Rede de distribuição (simplificada) Tipicamente entre 500 a casas Terminal da operadora

40 Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral 1: Introdução 40 cable headend Rede de distribuição (simplificada) casa

41 Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral 1: Introdução 41 cable headend servidore(s) Rede de distribuição (simplificada) casa

42 Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral 1: Introdução 42 cable headend Canais VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO DATADATA DATADATA CONTROLCONTROL FDM: Rede de distribuição (simplificada) casa

43 Acesso Residencial: redes sem fio 1: Introdução 43 MMDS – Sistema Multicanal de Distribuição de Microondas– TVA, MaisTV

44 Acesso Residencial: redes sem fio 1: Introdução 44 Satélite - SKY

45 Acesso institucional: redes locais r rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de periferia r Ethernet: m cabos compartilhados ou dedicados conectam o sistema final ao roteador de periferia (pacotes com destino externos à LAN) m 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet r LANs: serão vistas no capítulo 5. 1: Introdução 45

46 Redes de acesso sem fio (wireless) r rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador m Via estação base = ponto de acesso r LANs sem fio: (dezenas de metros) m ondas de rádio substituem os fios m b/g (WiFi): 11 Mbps ou 54 Mbps r acesso sem fio com maior cobertura (dezenas de quilômetros) m Provido por uma operadora de telecomunicações m 3G ~ 384 Kbps (móvel) e 2Mbps (fixo) m EDGE, CDMA2000, WCDMA (3G - cobra volume de dados) m GPRS (2,5G –70Kbps-) m WAP (2G – cobra tempo de conexão) 1: Introdução 46 estação base hosts móveis roteador 3G-terceira geração EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution GPRS - General Packet Radio Service WAP-Wireless Access Protocol; WiFi – Wireless Fidelity

47 O que é realmente 3G 1: Introdução 47 International Mobile Telecommunications - IMT-2000 (The ITU definition of 3G Mobile): - IMT-DS (W-CDMA-FDD) - IMT-MC (cdma2000) - IMT-SC (EDGE) - IMT-TC (TD-SCDMA) (W-CDMA-TDD) - IMT-FT (DECT) IMT-2000 Radio Options W-CDMA-FDD CDMA2000 TD-SCDMA EDGE DECT W-CDMA-TDD CDMA - Code Division Multiple Access TDMA - Time Division Multiple Access FDMA – Frequency Division Multiple Access Ler documento What is really 3G – O que é realmente 3G? Evolution to IMT-2000 IMT-2000 Broadband Evolution W-CDMA=Wideband CDMA TD-SCDMA =Time Division Synchronous CDMA

48 Redes domésticas Componentes típicos da rede doméstica: r ADSL ou cable modem (acesso banda larga à Internet) r roteador/firewall/NAT r Ethernet r Ponto de acesso wireless (estação base) 1: Introdução 48 Ponto de acesso wireless Laptops wireless roteador/ firewall cable modem de/para Terminal da operadora (Cable Headend) Ethernet (pacotes comutados) Firewall – política de segurança, filtro de pacotes NAT – Network Address Translation - traduz IP local para IP do roteador

49 Meios Físicos r Bit: Propaga-se entre o transmissor e o receptor r enlace físico: o que está entre o transmissor e o receptor r meios guiados: m os sinais se propagam em meios sólidos: cobre, fibra r meios não guiados: m os sinais se propagam livremente, ex. rádio Par Trançado (TP - Twisted Pair) r dois fios de cobre isolados m Categoria 2: telefonia m Categoria 3: fios tradicionais de telefonia, 10 Mbps Ethernet m Categoria 5: 100Mbps Ethernet m Categoria 6: 1Gbps Ethernet m Categoria 7: 10Gbps Ethernet 1: Introdução 49 STP - shielded UTP - unshielded

50 Meios físicos: cabo coaxial, fibra Cabo coaxial: r fio (transporta o sinal) dentro de outro fio (blindagem) r bidirecional r banda básica (baseband): m canal único no cabo – sem Modulação – LAN – sinal digital r banda larga (broadband): m múltiplos canais num cabo m Com modulação – LAN e TV – sinal analógico m HFC 1: Introdução 50 Cabo de fibra óptica: r fibra de vidro transporta pulsos de luz r opera em alta velocidade: m transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 10´s Gbps – 100´s Gbps) r baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético

51 Meios físicos: rádio r sinal transportado em ondas eletromagnéticas r não há fio físico r bidirecional r efeitos do ambiente de propagação: m reflexão m obstrução por objetos m interferência 1: Introdução 51 Tipos de enlaces de rádio: r microondas m ex.: canais de até 45 Mbps r LAN (ex., Wifi) m 11Mbps, 54 Mbps r longa distância (ex., celular) m ex. 3G, 100s kbps r satélite m canal de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) m atraso fim a fim de 270 mseg m Geoestacionário versus satélites de baixa altitude

52 Transmissão da Informação 1: Introdução 52

53 O Espectro Eletromagnético e seu uso para telecomunicações 1: Introdução 53

54 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 54

55 Estrutura da Internet: rede de redes r quase hierárquica r No centro: ISPs tier-1 - cobertura nacional/internacional m Redes comerciais(ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T) m Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio): RNP, CLARA(Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2(EUA), Géant(Europa) m trata os demais como iguais 1: Introdução 55 Tier 1 ISP Provedores Tier-1 se interligam (peer) de forma privada

56 Provedor de Backbone Nacional 1: Introdução 56 ex. Embratel – banda nacional de 37Gbps … to/from customers peering to/from backbone ….…. … … … POP: point-of-presence Roteadores Giga PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros

57 Conexões Internacionais - Embratel 1: Introdução 57 Estados Unidos: Verizon, Sprint, NTT e Global Crossing Argentina: Verizon e Telmex; Portugal: Portugal Telecom

58 Oi – ISP Tier 1 (Nível 1) 1: Introdução 58

59 Conexões Internacionais - Oi 1: Introdução 59

60 RNP – ISP Tier 1 (Nível 1) 1: Introdução 60 RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa A RNP possui conectividade internacional própria. Um canal de 655 Mbps e um de 1 Gbps são usados para tráfego Internet de produção. Uma outra conexão, de 155 Mbps, está ligada à Rede Clara, rede avançada da América Latina. Através da Clara, a RNP está conectada a outras redes avançadas no mundo, como a européia Géant e a norte-americana Internet2.

61 RNP - REDECOMEP 1: Introdução 61

62 RedeUnB 1: Introdução 62 Foi inaugurada na Universidade de Brasília (UnB), no dia 18 de dezembro de 2007, a Rede Comunitária de Educação e Pesquisa do DF (Redecomep-DF), infra-estrutura aérea e subterrânea de fibras ópticas que possibilitará a troca rápida e imediata de dados entre os principais centros de ensino e pesquisa do país. A UnB utiliza atualmente (2007) uma conexão da Embratel (taxa de 34Mbps) e uma da própria RNP (taxa de 34 Mbps). Com a Redecomep – via RNP, essa transferência atingirá a marca de 1 Gbps, com economia mensal de R$ 40 mil (valor pago à Embratel). Infra-estrutura própria é muito mais vantajoso que utilizar operadoras comerciais Outra mudança prevista para 2008 é a instalação de 16 centrais telefônicas corporativas, com a tecnologia de voz sobre IP (VoIP). Economia em torno de R$ /mês.

63 RedeUnB 1: Introdução 63 1.A conexão de internet da universidade começa com a chegada dos cabos da Embratel (pelo CPD) e da Rede Nacional de Pesquisa e Ensino - (RNP) - pela Faculdade de Tecnologia. 2.Uma vez na rede interna, os cabos passam por um roteador, aparelho responsável pela distribuição da informação. 3.Depois de chegar ao roteador, o cabeamento ainda passa por um firewall, equipamento que controla o acesso e bloqueia ataques de hackers na rede. 4.Os cabos da rede seguem para três distribuidores principais, chamados de switches, conhecidos como core (núcleo) da rede. Eles estão localizados na Finatec, na Faculdade de Tecnologia (FT) e no Instituto Central de Ciências (ICC). 5.Desses três equipamentos principais, os cabos são levados a outros 67 centros, responsáveis pela distribuição até os usuários finais, como as redes internas dos departamentos.

64 Estrutura da Internet: rede de redes r Tier-2 ISPs: ISPs menores (freqüentemente regionais) m Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2 1: Introdução 64 Tier 1 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP paga ao tier-1 ISP pela conectividade ao resto da Internet tier-2 ISP é cliente do provedor tier-1 Tier-2 ISPs também se interligam privadamente

65 Estrutura da Internet: rede de redes r Tier-3 ISPs e ISPs locais m rede de última milha (acesso) (próximo aos sistemas finais) 1: Introdução 65 Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP ISPs locais e tier- 3 são clientes de ISPs superiores conectando-os ao resto da Internet

66 Estrutura da Internet: rede de redes r um pacote passa através de diversas redes! 1: Introdução 66 Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP

67 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 67

68 Como ocorrem as perdas e atrasos? pacotes enfileiram nos buffers do roteador r taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a capacidade do link de saída. r pacotes enfileram, esperam pela vez 1: Introdução 68 A B pacote em transmissão (atraso) enfileiramento de pacotes (atraso) buffers livres (disponíveis): pacotes que chegam são descartados (perda) se não houver buffers livres

69 Quatro fontes de atraso dos pacotes r 1. processamento no nó: m verificação de bits errados m identificação do enlace de saída (análise do cabeçalho) m atraso da ordem de microssegundos r 2. enfileiramento m tempo de espera no enlace de saída até a transmissão m depende do nível de congestionamento do roteador 1: Introdução 69 A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

70 Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: r R = largura de banda do enlace (bps) r L =compr. do pacote (bits) r tempo para colocar os bits no enlace (tempo de acesso ao meio físico do pacote) = L/R 4. Atraso de propagação: r d = compr. do enlace r s = velocidade de propagação no meio (~2x10 8 m/seg) r atraso de propagação = d/s 1: Introdução 70 A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

71 Analogia com uma Caravana r Os carros se propagam a 100 km/h r O pedágio leva 12 seg para atender um carro (tempo de transmissão) r carro~bit; caravana ~ pacote r P: Quanto tempo leva até que a caravana esteja enfileirada antes do segundo pedágio? r Tempo para atravessar toda a caravana através do pedágio para a estrada = 12*10 = 120 sec = 2 minutos r Tempo para que o último carro se propaga do primeiro para o segundo pedágio: 100km/(100km/h)= 1 h =60 min r R: 62 minutos 1: Introdução 71 pedágio Pedágio 120s/pac Caravana de dez carros 100 km 3600s 300carros = 30 pacotes

72 Analogia com uma caravana (mais) r Os carros agora se propagam a 1000 km/h r Os pedágios agora levam em torno de 1 min para atender um carro r P: Os carros chegarão ao segundo pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no primeiro pedágio? r Sim! Após 7 min, o 1o. Carro chega ao 2o. Pedágio e ainda há 3 carros no 1o. pedágio. r O 1o. bit do pacote pode chegar ao 2o. Roteador antes que o pacote tenha sido totalmente transmitido no 1o. roteador! m Veja o applet Ethernet no site da AWL 1: Introdução 72 pedágioPedágio 10min/pac Caravana de dez carros 100 km 6min 6carros

73 Atraso de transmissão e propagação r Exemplo: Comutação de mensagem – L=16Kbits R=4Kbps atraso de propagação = 1 s/enlace. Calcular atraso total. 1: Introdução 73 atraso de transm. = 4seg atraso total = (4+1)x3

74 Atraso de transmissão e propagação r Exemplo: Comutação por pacotes - L=16Kbits, 16 pacotes de 1Kbit, R=4Kbps, atraso de propagação=1 s/enlace. Calcular atraso total. 1: Introdução 74 atraso transm.= 1K/4K= 0,25seg atraso 1º pacote=3+3x0,25=3,75 atraso total = 3,75+15x0,25

75 Atraso no nó r d proc = atraso de processamento m tipicamente de poucos microssegs ou menos r d queue = atraso de enfileiramento m depende do congestionamento r d trans = atraso de transmissão m = L/R, significativo para canais de baixa velocidade r d prop = atraso de propagação m poucos microsegs a centenas de msegs 1: Introdução 75

76 Atraso de enfileiramento r R=largura de banda do enlace (bps) r L=compr. do pacote (bits) r a=taxa média de chegada de pacotes 1: Introdução 76 intensidade de tráfego (taxa de chegada/taxa de saída) = La/R r La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento r La/R -> 1: grande atraso r La/R > 1: chega mais trabalho do que a capacidade de atendimento, atraso médio infinito! Lembre que pacotes chegam em rajada Regra de Ouro: Projete a sua rede de forma que a intensidade de tráfego seja <= 1

77 Atrasos e rotas reais da Internet r Como são os atrasos e as perdas reais da Internet? Programa Traceroute : fornece medições de atraso da fonte até os diversos roteadores ao longo do caminho fim-a-fim até o destino. Para cada i: m Envia três pacotes que alcançarão o roteador i no caminho até o destino. m O roteador i devolverá os pacotes ao transmissor m O transmissor calcula o intervalo de tempo decorrido entre a transmissão e a chegada da resposta. 1: Introdução 77 3 probes

78 Atrasos e rotas reais 1: Introdução 78 1 cs-gw ( )1 ms1 ms2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( )6 ms5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( )16 ms11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( )21 ms18 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 traceroute: roteadores, atrasos de ida e volta no caminho da origem até o destino source-dest path também: pingplotter, vários programas windows (tracert) n o rot nome rot IP rot RTT-pac1 RTT-pac2 RTT-pac3

79 Traceroute (www.traceroute.org) 1 thing-i.sdsc.edu ( ) ms ms ms 2 thunder.sdsc.edu ( ) ms ms ms 3 piranha.sdsc.edu ( ) ms ms ms 4 sdg-hpr--sdsc-sdsc2-ge.cenic.net ( ) ms ms ms 5 lax-hpr1--sdg-hpr1-10ge-l3.cenic.net ( ) ms ms ms 6 abilene-LA--hpr-lax-gsr1-10ge.cenic.net ( ) ms ms ms 7 snvang-losang.abilene.ucaid.edu ( ) ms ms ms 8 dnvrng-snvang.abilene.ucaid.edu ( ) ms ms ms 9 kscyng-dnvrng.abilene.ucaid.edu ( ) ms * ms 10 iplsng-kscyng.abilene.ucaid.edu ( ) ms ms * 11 chinng-iplsng.abilene.ucaid.edu ( ) ms ms ms 12 abilene.nl1.nl.geant.net ( ) ms ms ms 13 nl.de1.de.geant.net ( ) ms ms ms 14 de1-1.de2.de.geant.net ( ) ms ms ms 15 de.it1.it.geant.net ( ) ms ms ms 16 it.es1.es.geant.net ( ) ms ms ms 17 clara-br-gw.es1.es.geant.net ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 19 rj-pos2-0.bb3.rnp.br ( ) ms ms ms 20 rj7507-fastethernet6-1.bb3.rnp.br ( ) ms ms ms 21 ba-serial4-1-0.bb3.rnp.br ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms ( ) ms ms ms 1: Introdução 79

80 Traceroute (www.traceroute.org) traceroute to ( ), 30 hops max, 38 byte packets ( ) ms ms ms 2 cisco-voip.net.unesp.br ( ) ms ms ms 3 nap-quirino.net.unesp.br ( ) ms ms ms 4 ansp.ptta.ansp.br (FAPESP)( ) ms ms ms (Telefônica)( ) ms ms ms 6 gvt-so rc02.cta.gvt.net.br ( ) ms ms ms 7 gvt-ge rc02.bsa.gvt.net.br ( ) ms ms ms 8 gvt-ge rc01.bsa.gvt.net.br ( ) ms ms ms 9 gvt-ae-0.rd01.bsa.gvt.net.br ( ) ms ms ms 10 corporativo.gvt.net.br ( ) ms ms ms adsl.gvt.net.br ( ) ms ms * 1: Introdução 80

81 Perda de pacotes r fila (buffer) anterior a um canal possui capacidade finita r quando um pacote chega numa fila cheia, o pacote é descartado (perdido) r o pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pelo sistema origem, ou não ser retransmitido 1: Introdução 81

82 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 82

83 Camadas de Protocolos As redes são complexas! r muitos pedaços: m hosts m roteadores m enlaces de diversos meios m aplicações m protocolos m hardware, software Pergunta: Há alguma esperança em conseguirmos organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes? 1: Introdução 83

84 Organização de uma viagem aérea r uma série de etapas 1: Introdução 84 bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) subida roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião

85 Funcionalidade de uma empresa aérea em camadas Camadas: cada camada implementa um serviço m através de ações internas à camada m depende dos serviços providos pela camada inferior 1: Introdução 85 bilhete (compra) bagagem (desp.) portão (embarque) pista (subida) roteamento avião Aeroporto de partida Aeroporto de chegada centros de controle de tráfego aéreo intermediários roteam. avião bilhete (reclam.) bagagem (recup.) portão (desembq) pista (aterriss.) roteamento avião bilhete bagagem portão Subida/aterris. Roteam.avião

86 Por que dividir em camadas? Lidar com sistemas complexos: r estrutura explícita permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema complexo m modelo de referência em camadas para discussão r modularização facilita a manutenção e atualização do sistema m mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema m ex., mudança nos procedimentos dos portões de embarque não alteram o resto do sistema r divisão em camadas é considerada prejudicial? m Desvantagem potencial: duplicação de funcionalidades 1: Introdução 86

87 Pilha de protocolos Internet r aplicação: dá suporte a aplicações de rede m FTP, SMTP, HTTP m Quase sempre software r transporte: transferência de dados host-a- host m TCP, UDP m Quase sempre software r rede: roteamento de datagramas da origem até o destino m IP, protocolos de roteamento m Misto de hardware e software r enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos m PPP, Ethernet m Placa de interface de rede r física: bits no fio 1: Introdução 87 aplicação transporte rede enlace física

88 Camadas de Protocolo - Princípios r cada camada corresponde a um nível de abstração necessário no modelo; r cada camada possui funções próprias e bem definidas; r as funções de cada camada foram escolhidas segundo a definição dos protocolos normatizados internacionalmente; r as fronteiras entre camadas devem ser definidas de modo a minimizar o fluxo de informação nas interfaces; r o número de camadas deve ser suficientemente grande para que funções distintas não precisem ser colocadas na mesma camada e, ao mesmo tempo, suficientemente pequeno que não torne a arquitetura difícil de controlar. 1: Introdução 88

89 Camadas: comunicação lógica Cada camada: r é distribuída r as entidades implementam as funções das camadas em cada nó r as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras 1: Introdução 89 aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física

90 Camadas: comunicação lógica Ex.: transporte r recebe dados da aplicação r adiciona endereço e verificação de erro para formar o segmento r envia o segmento para a parceira r espera que a parceira acuse o recebimento (ack) 1: Introdução 90 aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados transporte ack TCP orientado a conexão segmenta e ajunta, manda e recebe, controle de fluxo para a aplicação UDP sem conexão mais simples e mais direto

91 Camadas: comunicação física 1: Introdução 91 aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados existem vários protocolos de enlace PPP (point-to-point protocol) e ethernet são os principais PPP é usado numa conexão discada na internet Ethernet numa rede local acessando a internet Físico par trançado, fibra, coax, etc.

92 Encapsulamento 1: Introdução 92 mensagem segmento datagrama quadro origem aplicação transporte rede enlace física HtHt HnHn HlHl M HtHt HnHn M HtHt M M destino HtHt HnHn HlHl M HtHt HnHn M HtHt M M rede enlace física enlace física HtHt HnHn HlHl M HtHt HnHn M HtHt HnHn HlHl M HtHt HnHn M HtHt HnHn HlHl M HtHt HnHn HlHl M roteador switch aplicação transporte rede enlace física Switch=comutadores=não reconhecem endereço IP, apenas endereço MAC da camada de enlace.

93 Roteiro do Capítulo O Que é a Internet? 1.2 A Periferia da Rede 1.3 O Núcleo da Rede 1.4 Rede de acesso e meios físicos 1.5 Estrutura da Internet e ISPs 1.6 Atraso e perda em redes comutadas por pacotes 1.7 Camadas de protocolos, modelos de serviços 1.8 História 1: Introdução 93

94 História da Internet r 1961: Kleinrock (doutorando do MIT) – pela teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes para tráfego em rajadas r 1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares r 1967: Roberts (MIT) concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Research Projects Agency) r 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet na UCLA (Univ. da Califórnia em LA) r 1972: m demonstração pública da ARPAnet m ARPAnet com 15 nós m ARPAnet – rede isolada e fechada m NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim entre sistemas finais [RFC 001] m primeiro programa de 1: Introdução : Estréia da comutação de pacotes

95 História da Internet r 1970: rede de satélite ALOHAnet no Havaí r 1973: Metcalfe propõe a Ethernet em sua tese de doutorado r 1974: Cerf e Kahn - arquitetura para a interconexão de redes fim dos anos 70: IBM - arquitetura SNA - está viva até hoje e foi uma das arquiteturas mais usadas nos sistemas comerciais devido a força da IBM nessa época (IBM era sinônimo de computador) XEROX - arquitetura XNS DEC - arquitetura DECnet - chegou a ser a segunda (depois da IBM). r fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM) r 1979: ARPAnet com 200 nós Princípios de interconexão de redes de Cerf e Kahn (1974): m minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes m modelo de serviço best effort m roteadores sem estados m controle descentralizado definem a arquitetura atual da Internet 1: Introdução : Interconexão de redes novas e proprietárias

96 História da Internet r 1983: implantação do TCP/IP r 1982: definição do protocolo SMTP para r 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP r 1985: definição do protocolo FTP r 1988: controle de congestionamento do TCP r Esforço para conectar universidades r novas redes nacionais: Csnet e BITnet (interligar pesquisadores de universidades), NSFnet, Minitel (terminal gratuito para residências francesas) r hosts conectados numa confederação de redes 1: Introdução : novos protocolos, proliferação de redes Época formidável de crescimento

97 História da Internet r início dos anos 90: ARPAnet desativada e substituída pela NSFnet (governamental para universidade e pesquisa) r 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995) r início dos anos 90 : m Web inventada por Berners- Lee HTML, HTTP, servidor WEB e Browser Baseado em trabalho de hypertexto de [Bush 1945, Nelson 1960s] m 1994: Mosaic, posteriormente Netscape Final dos anos 90 : r comercialização da Web m Produtos e serviços r Estimativa de 50 milhões de computadores na Internet r Estimativa de mais de 100 milhões de usuários r enlaces de backbone a 1 Gbps r 1996: criação do projeto INTERNET2 (rede voltada para saúde,educação e adm. pública) r novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P2P 1: Introdução 97 Anos 90: comercialização, a WWW

98 1: Introdução 98 Mapa da Internet (Principais ISPs -1999)

99 Evolução do Número de Hosts 1: Introdução 99

100 Evolução do Número de Web sites 1: Introdução 100

101 Internet/BR r A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989 pelo MCT. m Conexão gratuita para instituições de ensino e pesquisa r Abertura da Internet comercial no Brasil em 1995 r Posição absoluta do Brasil (Network Wizards, 01/04) : m Número de hosts: m 8 o do Mundo m 3 o das Américas (México em 15 o lugar com ) m 1 o da América do Sul (Argentina em 22 o lugar com ) r 14,1 milhões de internautas residenciais no Brasil(2006) r 19 milhões de internautas no Brasil(2007) r 1 bilhão de internautas no mundo (2006) 1: Introdução 101

102 Introdução: Resumo Foi coberta uma tonelada de material! r visão geral da Internet r o que é um protocolo? r borda da rede, núcleo, rede de acesso m Comutação de pacotes vs. Comutação de circuitos r estrutura da Internet/ISPs r desempenho: perda, atraso r modelos de camadas e de serviços r história Esperamos que agora você possua: r contexto, visão geral, sentimento do que sejam redes r maior profundidade, detalhes posteriormente no curso 1: Introdução 102


Carregar ppt "Chapter 1 Introduction Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004."

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