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1: Introdução 1 Redes de Computadores Prof. Nelson Fonseca

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1 1: Introdução 1 Redes de Computadores Prof. Nelson Fonseca

2 1: Introdução 2 Introduction 1-2 Chapter 1 Introduction Computer Networking: A Top Down Approach, 5 th edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, April 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

3 1: Introdução 3 Parte I: Introdução Objetivos: r Introduzir conceitos básicos em redes r dar uma visão geral da matéria, maiores detalhes ao longo do curso r Abordagem: m descritiva m Internet como exemplo Conteúdo do capítulo: r O que é a Internet r O que é um protocolo? r periferia da rede r núcleo da rede r rede de acesso, meios físicos r backbones, NAPs, ISPs r noções de desempenho r hierarquia de protocolos, modelos de serviços r história Ler capítulo 1 do livro texto

4 1: Introdução 4 Aparelhos Internet interessantes O menor servidor Web do mundo Porta retratos IP Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo

5 1: Introdução 5 O que é a Internet? r Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas finais m Estações de trabalho, servidores m PDAs, fones, torradeiras executando aplicativos r Enlaces de comunicação m fíbras óticas, cobre, rádio, satélite r roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede ISP local rede coorporativa ISP regional roteador estação servidor móvel

6 1: Introdução 6 O que é a Internet r protocolos: controla o envio e recebimento de msgs m e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP r Internet: rede de redes m Fracamente hierarquizada m Internet pública versus intranet privativas r Padrões Internet m RFC: Request for comments m IETF: Internet Engineering Task Force ISP local rede coorporativa ISP regional roteador estação servidor móvel

7 1: Introdução 7 Serviços da Internet r Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: m WWW, , jogos, comércio eletrônico, banco de dados., compartilhamento de arquivos (MP3) r Serviços de comunicação: m sem conexão m orientado à conexão r cyberspace [Gibson]: a consensual hallucination experienced daily by billions of operators, in every nation,...."

8 1: Introdução 8 O que é um protocolo? Protocolos humanos: r Que horas são? r Eu tenho uma pergunta … Msgs específicas enviadas … Ações específicas tomadas frente ao recebimento das msgs Protocolos de Redes: r Máquinas ao invés de humanos r 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

9 1: Introdução 9 Protocolos Exemplos de protocolos humanos e de computadores Oi Que horas são? 2:00 Resposta de conexão TCP Get tempo Solicitação de conexão TCP

10 1: Introdução 10 Estrutura da Rede r Periferia da rede: aplicações e hosts r Núcleo da rede: m roteadores m redes de redes r redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação

11 1: Introdução 11 Periferia da Rede: r Sistemas finais (hosts): m executam aplicativos m WWW, m na periferia da rede r modelo cliente/servidor m host cliente envia requisição, servidor executa serviço m e.g., cliente WWW(browser)/ servidor; cliente/servidor r modelo ponto-a-ponto : m Interação simétrica entre hosts; m Mínimo (ou nenhum) uso de servidores dedicados;

12 1: Introdução 12 Periferia da Rede: serviços orientados à conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais r handshaking: estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados m TCP - Transmission Control Protocol m Serviço orientado à conexão da Internet Serviços TCP [RFC 793] r Confiável, em seqüência, (byte-stream) m Perdas: confirmações e retransmissões r Controle de fluxo: m transmissor não sobrecarrega o receptor; r Controle de congestionamento: m transmissor dimui taxa de transmissão quando a rede está congestionada

13 1: Introdução 13 Controle de Fluxo

14 1: Introdução 14 Controle de Congestionamento

15 1: Introdução 15 Serviços não orientados a conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais r UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet m transferência não- confiável m sem controle de fluxo m sem controle de congestionamento Aplicações típicas que usam TCP: r HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP ( ) Aplicações típicas que usam UDP r áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet

16 1: Introdução 16 O Núcleo da Rede r Malha de roteadores interconectados r Questão fundamental: Como os dados são transferidos na rede? m comutação de circuitos: circuitos dedicados - rede telefônica m comutação de pacotes: dados enviados pela rede em blocos

17 1: Introdução 17 Comutação de Circuitos Recursos reservados fim-a-fim para uma chamada ( call) r banda passante do enlace, capacidade do comutador r recursos dedicados: não há compartilhamento r desempenho garantido r Estabelecimento de circuito obrigatório

18 18 Comutação por Circuito r Comutação por circuito: m overhead estabelecimento de circuito - ordem de 10 segundos. m Após estabelecimento, retardo de propagação 5 ms por 1000 Km. m Reserva estática de banda passante.

19 1: Introdução 19 Comutação de Circuitos Banda passante dividida em fatias r fatias de recursos alocados às chamadas r desperdício: caso recurso não esteja sendo utilizado r Divisão da banda passante m Divisão por freqüência m Divisão por tempo r Divisão da banda passante m Atribui diferentes freqüências m Atribui banda em diferentes intervalos de tempo

20 1: Introdução 20 Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA FDMA Freqüência tempo TDMA Freqüência tempo 4 usuários Exemplo:

21 21 FDM r Multiplexação por Divisão da Freqüência

22 22 TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Modulação delta - assume que amostragem difere da anterior +1 ou –1:

23 23 TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Sistemas digitais. m Codec - digitalização de sinais analógicos amostras por segundo s/amostra. m Pulse Code Modulation (PCM). m T canais multiplexados, amostragem alternada, fluxo resultante enviado para Codec.

24 24 TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo Cada um dos 24 canais insere 7 bits + 1 bit controle x 8 = 192 bits + 1 bit sincronização = 193 bits a cada 125 s = 1,544 Mbps m E Mbps - 30 canais dados + 2 sinalização m Modulação de Código de Pulso Diferencial (PEM Diferencial) - diferença entre valor atual e anterior 5 bits ao invés de 7 bits

25 25 TDM

26 26 TDM r SONET m Synchronous Optical network (Bellcore). m Unificação sistemas TDM. m SDH (CCITT) baseado em SONET, padronização sistemas PDH (USA, Japão e Europa). m Dar continuidade a hierarquia - Giga bps. m Operação, administração e manutenção.

27 27 TDM r SONET Quadros 810 bytes, transmitido a cada 125 s (8000 quadros por segundo). m STS linhas e 3 colunas informação overhead seção, linha e caminho. m Multiplexação de tributária, byte a byte m STS-3 - três quadros STS-1 = 155,52 Mbps.

28 28 TDM.

29 29 TDM

30 1: Introdução 30 Custos de telefonia

31 31 Wavelength Division Multiplexing

32 WDM 32

33 1: Introdução 33 Comutação de Pacotes Fluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes r pacotes compartilham recursos da rede r cada pacote usa totalmente a banda passante do enlace r recursos usados qdo necessário Contenção de recursos: r a demanda por recursos pode ultrapassar o disponível r congestionamento: enfileiramento para uso do enlace r Armazena-e- retransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vez m trasmitem e esperam a vez Divisão da banda em fatias Alocação Reserva de recursos

34 1: Introdução 34 Comutação de Pacotes: multiplexação estatística A B C 10 Mbs Ethernet 1.5 Mbs 45 Mbs D E Multiplexação estatística Fila de pacotes esperando no enlace de saída Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes r existem outras analogias humanas?

35 1: Introdução 35 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 de circuito: m 10 usuários r Comutação de Pacotes: m com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos <.0004 Comutação de pacotes permite um maior número de usuários na rede! N usuários Enlace de 1 Mbps

36 1: Introdução 36 r Ideal para tráfego em rajada m compartilhamento de recursos m não há o estabelecimento da chamada (call setup) r Congestionamento excessivo: perda e retardo m protocolos necessário para transmissão confiável e controle de congestionamento r Como prover serviços tipo circuito?? m Garantia de banda passante para aplicações de vídeo e áudio m Ainda é um problema em aberto (cap 6) Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes ganha de lavagem?

37 1: Introdução 37 Comutação de Pacotes: armazena-e-reenvia r Leva L/R segundos para transmitir o pacote com L bits em um enlace de R bps; r O pacote inteiro deve chegar ao comutador antes de ser transmitido no próximo enlace: armazena-e- reenvia r Atraso = 3L/R Exemplo: r L = 7.5 Mbits r R = 1.5 Mbps r atraso = 15 sec R R R L

38 1: Introdução 38 Comutação de Pacotes: segmentação de mensagens r Cada pacote com 1,500 bits r 1 msec para transmitir o pacote em um enlace; r pipelining: cada enlace trabalha em paralelo r Atraso reduzido de 15 segundos para segundos Agora a mensagem é segmentada em 5000 pacotes

39 1: Introdução 39 Redes de Acesso e Meios Físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda? r Redes de acesso residencial r redes de acesso institucional (escolas, empresa) r redes de acesso móvel Considere: r largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? r compartilhada ou dedicada?

40 1: Introdução 40 Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto (tecnologias passadas) r Discado (Dialup) via modem m acesso direto ao roteador de até 56Kbps (teoricamente); m Não pode falar ao telefone e surfar na Internet ao mesmo tempo; não pode estar sempre conectado r RDSI/ISDN: m rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador.

41 1: Introdução 41 Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto r ADSL: asymmetric digital subscriber line m até 1 Mbps na direção da rede (upstream) (tipicamente < 256 kbps) m até 8 Mbps na direção do usuário (downstream) (tipicamente < 1 Mbps) m FDM: 50 kHz – 1MHz na direção do usuário 4kHz – 50 kHz na direção da rede

42 1: Introdução 42 Acesso residencial: cable modems r HFC: hybrid fiber coax m assimétrico: até 10Mbps na direção da rede, 1 Mbps na direção do usuário; r rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do 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)

43 1: Introdução 43 Acesso residencial: cable modems Diagram:

44 1: Introdução 44 Arquitetura de Redes com cabo: visão geral casa Central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) Tipicamente 500 a 5,000 casas

45 1: Introdução 45 Arquitetura de Redes com cabo: visão geral casa central Rede de distribuição dos cabos (simplificada)

46 1: Introdução 46 Arquitetura de Redes com cabo: visão geral casa central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) servidores(s)

47 1: Introdução 47 Arquitetura de Redes com cabo: visão geral casa central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) canais VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO DATADATA DATADATA CONTROLCONTROL FDM:

48 ONT OLT central office optical splitter ONT optical fiber optical fibers Internet Fiber to the Home r Optical links from central office to the home r Two competing optical technologies: m Passive Optical network (PON) m Active Optical Network (PAN) r Much higher Internet rates; fiber also carries television and phone services

49 1: Introdução 49 Acesso Institucional: Redes Locais r rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de borda r Ethernet: m cabos compartilhados ou dedicados conectam o sistema final ao roteador m 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet r instalação: instituições, brevemente nas residências r LANs: serão vistas depois.

50 1: Introdução 50 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: m ondas de rádio substituem os fios m b,g,n (Wifi): 11, 50, 150 Mbps r acesso sem fio com maior cobertura m Provido pela operadora de telecomunicações; m WAP/GRPS na Europa m 3G ~384 Kbps m 4G ate 10 Mbs estação base usuário móvel roteador

51 1: Introdução 51 Home networks Componentes típicos de home networks: r ADSL ou cable modem r roteador/firewall r Ethernet r ponto de acesso wireless wireless ponto de acesso wireless laptops roteador/ firewall cable modem De/para cable headend Ethernet (switched)

52 1: Introdução 52 Meio Físico r enlace físico: bit de dados transmitido se propaga através do enlace 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 r dois fios m Categoria 3: telefonia tradicional, 10 Mbps Ethernet m Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet

53 1: Introdução 53 Cabo Coaxial e Fibra Ótica Cabo coaxial: r fio (transporta o sinal) dentro de outro fio (blindagem) m banda básica (baseband): canal único no cabo m banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo r bidirecional r uso comum em Ethernet 10Mbs Cabo de fibra óptica: r fibra de vidro transporta pulsos de luz, cada pulso é um bit r opera em alta velocidade: m Ethernet 100Mbps m transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 5 Gps) r baixa taxa de erros: imune a ruídos eletromagnéticos

54 1: Introdução 54 Meios físicos: rádio r Sinal transportado em meio eletromagnético r não existe cabo r bidirecional r efeitos de propagação: m reflexão m obstrução de objetos m interferência Tipos de enlaces de rádio: r microondas m ex.: canais de até 45 Mbps r LAN (ex., waveLAN) m 2Mbps, 11Mbps, 150 Mbs r satélite m canal de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) m atraso fim a fim de 270 mseg m geoestacionário versus LEOS

55 1: Introdução 55 Estrutura Internet: redes de redes r Ligeiramente hierarquizado r No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional m Tratamento igualitário entre os ISPs ISP-nível-1 Provedores nível-1 se interconectam privativamente NAP provedores nível-1 também se interconectam em pontos públicos de acesso (NAP - network access points)

56 1: Introdução 56 ISP-nível-1: ex: Sprint Backbone Sprint US

57 1: Introdução 57 Introduction 1-57 Tier-1 ISP: e.g., Sprint … to/from customers peering to/from backbone ….…. … … … POP: point-of-presence

58 1: Introdução 58 Estrutura Internet: redes de redes r ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais) m Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários ISPs-nível-2 ISP-nível-1 NAP ISP-nível-2 ISPs nível2 pagam para ISPs nível1 para se conectarem a Internet ISP nível2 é um consumidor de ISPs nível 1 provedores nível-2 também se interconectam nos NAPs

59 1: Introdução 59 Estrutura Internet: redes de redes r ISPs-nível-3 e ISPs locais m última rede de acesso (próximo aos sistemas finais) ISP-nível-1 NAP ISP nível2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP nível3 ISP local ISP local ISP local ISPs nível 3 e locais são consumidores de ISPs de mais alto nível que os conecta a Internet

60 1: Introdução 60 Estrutura Internet: redes de redes r Um pacote passa por várias redes; ISP-nível-1 NAP ISP nível2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP nível3 ISP local ISP local ISP local

61 1: Introdução 61 Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel

62 1: Introdução 62 Provedor de Backbone Nacional ex. RNP

63 1: Introdução 63

64 1: Introdução 64

65 Topologias típicas 1: Introdução 65

66 Topologia da Internet 1: Introdução 66

67 1: Introdução 67 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 r Pacotes enfileirados, esperam sua vez de serem encaminhados A B Pacote sendo transmitido (atraso) Enfileiramento de pacotes (atraso) Buffers disponíveis: pacotes que chegam são descartados (perda) se não têm buffers disponíveis

68 1: Introdução 68 Quatro fontes de atraso de pacotes r 1. Processamento no nó: m verificação de erros m determina o enlace de saída A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento r 2. Enfileiramento m tempo de espera no enlace de saída para transmissão m depende do nível de congestionamento do roteador

69 1: Introdução 69 Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: r R=capacidade do enlace (bps) r L=tamanho do pacote (bits) r tempo para enviar bits no enlace = L/R 4. Atraso de propagação: r d = comprimento do enlace físico r s = velocidade de propagação no meio (~2x10 8 m/sec) r atraso de propagação = d/s A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento Nota: s e R são quantidades bastante diferentes!

70 1: Introdução 70 Analogia de uma caravana r Carros viajam (propagam) a 100 km/h r Cabine de pedágio leva 12 seg. para atender um carro (tempo de transmissão) r carro~bit; caravana ~ pacote r Q: Quanto tempo leva até que a caranava atinja o 2 o ponto de pedágio? r Tempo para atender a caravana inteira na rodovia: 12*10 = 120 seg r Tempo que leva para o último carro da caravana propagar do 1 o para o 2 o ponto de pedágio: 100km/(100km/h)= 1 hr r A: 62 minutos cabine de pedágio cabine de pedágio Caravana com 10 carros 100 km

71 1: Introdução 71 Analogia de uma caravana r Carros agora propagam a 1000 km/h r A cabine agora leva 1 min para atender um carro r Q: Algum carro irá chegar ao 2 o ponto de pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1 o ponto de pedágio? r Sim! Depois de 7 min, o 1 o carro atinge o 2 o ponto de pedágio, enquanto ainda existem 3 carros no 1 o ponto de pedágio r Os primeiros pacotes de um pacote podem chegar no 2 o roteador antes que o pacote seja completamente transmitido no 1 o roteador! cabine de pedágio cabine de pedágio caravana com 10 carros 100 km

72 1: Introdução 72 Atraso nodal r d proc = tempo de processamento m Tipicamente alguns mircrosegundos ou menos r d queue = atraso de enfileiramento m Depende do congestionamento r d trans = atraso de transmissão m = L/R, significante para enlaces de baixa-velocidade r d prop = atraso de propagação m Algumas centenas de milisegundos

73 1: Introdução 73 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 intensidade de tráfego = 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!

74 1: Introdução 74 Atraso real da Internet e dos roteadores r 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: m envia três pacotes para o roteador i no caminho da origem até o destino; m roteador i retorna pacotes para o emissor; m o emissor calcula o intervalo de tempo entre o envio do pacote e o recebimento da sua resposta. 3 sondagens

75 1: Introdução 75 Atraso real da Internet e dos roteadores 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 traceroute: gaia.cs.umass.edu to Três medidas de atraso de gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu * Significa que nenhuma resposta foi recebida ) Enlace trans-oceânico

76 1: Introdução 76 Perda de pacotes r A fila dos roteadores tem uma capacidade limitada; r quando a fila está cheia, os pacotes que chegam são descartados; r Pacotes perdidos são retransmitidos pelo nó de origem ou não são retransmitidos;

77 1: Introdução 77 Introduction 1-77 Throughput r throughput: rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiver m instantaneous: rate at given point in time m average: rate over longer period of time server, with file of F bits to send to client link capacity R s bits/sec link capacity R c bits/sec pipe that can carry fluid at rate R s bits/sec) pipe that can carry fluid at rate R c bits/sec) server sends bits (fluid) into pipe

78 1: Introdução 78 Introduction 1-78 Throughput (more) r R s < R c What is average end-end throughput? R s bits/sec R c bits/sec R s > R c What is average end-end throughput? R s bits/sec R c bits/sec link on end-end path that constrains end-end throughput bottleneck link

79 1: Introdução 79 Introduction 1-79 Throughput: Internet scenario 10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/sec RsRs RsRs RsRs RcRc RcRc RcRc R r per-connection end-end throughput: min(R c,R s,R/10) r in practice: R c or R s is often bottleneck

80 1: Introdução 80 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 organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?

81 1: Introdução 81 Organização de uma viagem aérea: r uma série de etapas bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem rota do vôo bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem rota do vôo Roteamento do avião

82 1: Introdução 82 Viagem Aérea: uma visão diferente Camadas: cada camada implementa um serviço m através de elementos da própria camada m depende dos serviços providos pela camada inferior bilhete (compra) bagagem (verificação) portão (embarque) decolagem rota do vôo bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrisagem rota do vôo roteamento do avião

83 1: Introdução 83 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

84 1: Introdução 84 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

85 1: Introdução 85 Por que 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 no procedimento no portão não afeta o resto do sistema r divisão em camadas é considerada prejudicial?

86 1: Introdução 86 Pilha de protocolos Internet r aplicação: dá suporte a aplicações de rede m ftp, smtp, http r transporte: transferência de dados host-a-host m tcp, udp r rede: roteamento de datagramas da origem até o destino m ip, protocolos de roteamento r enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos m ppp, ethernet r física: bits no fio aplicação transporte rede enlace física

87 1: Introdução 87 Hierarquia em Camadas

88 1: Introdução 88

89 1: Introdução 89

90 1: Introdução 90

91 1: Introdução 91

92 1: Introdução 92 Camadas: comunicação lógica aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física rede enlace física Cada camada: r distribuída r entidades implementam as funções em cada nó r entidades executam ações, trocam mensagens com os pares

93 1: Introdução 93 Camadas: comunicação lógica aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física redes enlace física dados Ex.: camada de transporte r recebe dados da aplicação r adiciona endereço e verificação de erro para formar o datagrama r envia o datagrama para a parceira r espera que a parceira acuse o recebimento (ack) r analogia: correio dados transporte ack

94 1: Introdução 94 Camadas: Comunicação Física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace físicaa redes enlace físicol dados

95 1: Introdução 95 Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior r adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados r passa a nova unidade de dados para a camada inferior aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física origem destino M M M M H t H t H n H t H n H l M M M M H t H t H n H t H n H l mensagem segmento datagrama quadro

96 1: Introdução 96 Modelo OSI-ISO r ISO - International Organization for Standards r OSI - Open Systems Interconnection r Modelo em 7 camadas: Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Internet X Transporte Host-to- network OSITCP/IP Aplicação

97 1: Introdução 97 Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO r Uma camada deve ser criada se houver necessidade de abstração r Camadas devem executar funções bem definidas r A definição da camada deve levar em conta protocolos padronizados internacionalmente

98 1: Introdução 98 Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO r Os limites de cada camada devem ser escolhidos a fim de reduzir o fluxo de informação transportada entre as interfaces; r 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;

99 1: Introdução 99 A Camada Física r Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais

100 1: Introdução 100 A Camada de Enlace de Dados r Transformar um canal de transmissão bruta de dados em uma linha que pareça livre de erros - controle de erro r Enquadramento de dados; r Delimitação de quadros; r Controle de fluxo - acoplamento de velocidade de transmissão - transmisor / receptor

101 1: Introdução 101 A Camada de Rede r Controla a operação da sub-rede r Roteamento r Controle de congestionamento r Contabilidade r Interconexão de redes

102 1: Introdução 102 A Camada de Transporte r Aceitar dados da camada de sessão e dividi-los em unidades menores (pacotes); r Gerenciamento de conexões: m estabelecimento, encerramento e multiplexação ; r Primeira camada fim-a-fim; r Controle de fluxo;

103 1: Introdução 103 A Camada de Sessão r Gerenciamento de sessões; r Gerenciamento de tokens; r Sincronização;

104 1: Introdução 104 A Camada de Apresentação r Sintaxe e semântica da informação a ser transferida r Codificação dos dados r Conversão de estruturas de dados

105 1: Introdução 105 A Camada de Aplicação r Contém uma série de protocolos comumente necessários; r Protocolo de terminal virtual; r Protocolo de transferência de arquivos;

106 1: Introdução 106 Introduction Network Security r The field of network security is about: m how bad guys can attack computer networks m how we can defend networks against attacks m how to design architectures that are immune to attacks r Internet not originally designed with (much) security in mind m original vision: a group of mutually trusting users attached to a transparent network m Internet protocol designers playing catch-up m Security considerations in all layers!

107 1: Introdução 107 Introduction Bad guys can put malware into hosts via Internet r Malware can get in host from a virus, worm, or trojan horse. r Spyware malware can record keystrokes, web sites visited, upload info to collection site. r Infected host can be enrolled in a botnet, used for spam and DDoS attacks. r Malware is often self-replicating: from an infected host, seeks entry into other hosts

108 1: Introdução 108 Introduction Bad guys can put malware into hosts via Internet r Trojan horse m Hidden part of some otherwise useful software m Today often on a Web page (Active-X, plugin) r Virus m infection by receiving object (e.g., attachment), actively executing m self-replicating: propagate itself to other hosts, users Worm: infection by passively receiving object that gets itself executed self- replicating: propagates to other hosts, users Sapphire Worm: aggregate scans/sec in first 5 minutes of outbreak (CAIDA, UWisc data)

109 1: Introdução 109 Introduction Bad guys can attack servers and network infrastructure r Denial of service (DoS): attackers make resources (server, bandwidth) unavailable to legitimate traffic by overwhelming resource with bogus traffic 1. select target 2. break into hosts around the network (see botnet) 3. send packets toward target from compromised hosts target

110 1: Introdução 110 Introduction The bad guys can sniff packets Packet sniffing: m broadcast media (shared Ethernet, wireless) m promiscuous network interface reads/records all packets (e.g., including passwords!) passing by A B C src:B dest:A payload Wireshark software used for end-of-chapter labs is a (free) packet-sniffer

111 1: Introdução 111 Introduction The bad guys can use false source addresses r IP spoofing: send packet with false source address A B C src:B dest:A payload

112 1: Introdução 112 Introduction The bad guys can record and playback r record-and-playback : sniff sensitive info (e.g., password), and use later m password holder is that user from system point of view A B C src:B dest:A user: B; password: foo

113 1: Introdução 113 Introduction Network Security r more throughout this course r chapter 8: focus on security r crypographic techniques: obvious uses and not so obvious uses

114 1: Introdução 114 História da Internet r 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes r 1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares r 1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Reearch Projects Agency) r 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet r 1972: m Demosntração pública da ARPAnet m NCP (Network Control Protocol) - primeiro protocolo host-host m primeiro programa de e- mail m ARPAnet com 15 nós : Primórdios dos Princípios de redes: comutação de pacotes

115 1: Introdução 115 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 r fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA r fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM) r 1979: ARPAnet tem 200 nós Cerf and Kahns princípios de interconexão: m minimalismo, autonomia, não há necessidade de mudança interna para interconexão m modelo de serviço melhor esforço (best effort) m roteadores sem estado m controle descentralizado define a arquitetura da Internet de hoje : Interconexão, novas redes privativas

116 1: Introdução 116 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 Novos backbones nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel r 100,000 hosts conectados numa conferederação de redes : novos protocolos, proliferação de redes

117 1: Introdução 117 História da Internet r início dos anos 90: ARPAnet desativada r 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995) r início dos anos 90 : WWW m hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960s] m HTML, http: Berners-Lee m 1994: Mosaic, posteriormente Netscape m fim dos anos 90: comercialização da Web Final dos anos 90: r est. 50 milhões de computadores na Internet r est. mais de 100 milhões de usuários r enlaces de backbone a Gbps r 1996: criação do projeto INTERNET2 r Segurança: uma necessidade r Novas aplicações (killer applications): napster 1990s, 2000s: comércio, WWW, novas aplicações

118 1: Introdução 118 Internet/BR r RNP teve início em r Aberta para uso comercial em 1994 r Posição absoluta (Network Wizards, 1/00) : m Número de hosts: m 13 o do Mundo m 3 o das Américas m 1 o da América do Sul r Internautas (2/00)

119 1: Introdução 119 Resumo da Introdução Material coberto r Visão geral da Internet r O que é um protocolo r Periferia da rede, núcleo da rede, redes de acesso m Comutação de pacotes versus comutação de circuitos r backbones, NAPs, ISPs r Desempenho: perda e atraso r Modelo de serviços em camada r História Conhecimento adquirido: r contexto, visão geral, sentimento da rede r mais detalhes ao longo do curso


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