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1: Introdução1 Redes de Computadores Prof. Fábio M. Costa

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1 1: Introdução1 Redes de Computadores Prof. Fábio M. Costa

2 1: Introdução2 Abordagem Seguida no Curso Tradicional (bottom-up) Abordagem Top-Down Aplicação Transporte Rede Enlace Física Aplicação Transporte Rede Enlace Física

3 1: Introdução3 Livro Texto e Material de Apoio Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet, 2nd. Ed. James F. Kurose & Keith W. Ross Addison-Wesley, 2003 Edição em Português: Redes de Computadores: Uma nova abordagem baseada na Internet Ed. PearsonEducation, 2002 Site de apoio: Slides:

4 1: Introdução4 Parte I: Introdução Objetivo do capítulo: entender o contexto, visão geral, sentir o que são redes maior profundidade, detalhes posteriormente no curso abordagem: descritiva uso da Internet como exemplo Resumo: o que é a Internet o que é um protocolo? a borda da rede o núcleo da rede rede de acesso e meio físico desempenho: perda, atraso camadas de protocolos, modelos de serviço backbones, NAPs, ISPs história redes ATM

5 1: Introdução5 O que é a Internet: visão dos componentes Milhões de dispositivos de computação conectados: hosts, sistemas finais workstations de PCs, servidores telefones com PDAs, torradeiras rodando aplicações de rede Enlaces (canais) de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite Roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede ISP local Rede da empresa ISP regional roteador workstation servidor dispositivo móvel

6 1: Introdução6 Alguns dispositivos interessantes com acesso à Internet Um minúsculo servidor WEB Porta-retrato IP Torradeira conectada à WEB com função de previsão de tempo

7 1: Introdução7 O que é a Internet: visão dos componentes Protocolos: controlam o envio e recepção de mensagens ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: rede de redes livremente hierárquica Internet pública versus intranet privada Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force ISP local Rede da empresa ISP regional roteador workstation servidor móvel

8 1: Introdução8 O que é a Internet: visão dos serviços A infra-estrutura de comunicação permite o uso de aplicações distribuídas: WWW, , jogos, e- comércio, bacos de dados, votações, compartilhamento de arquivos (ex.: MP3) mais? Serviços de comunicação disponibilizados: sem conexões orientado a conexões

9 1: Introdução9 O que é um protocolo? Protocolos humanos: que horas são? tenho uma dúvida apresentações … msgs específicas são enviadas, segundo uma ordem pré- estabelecida … ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos Protocolos de rede: máquinas ao invés de pessoas todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos protocolos definem o formato e ordem das mensagens enviadas e recebidas pelas entidades da rede, bem como as ações tomadas quando da transmissão ou recepção destas mensagens

10 1: Introdução10 O que é um protocolo? um protocolo humano e um protocolo de rede: P: Apresente outro protocolo humano! Oi Que horas são? 2:00 TCP connection reply. Get tempo TCP connection request

11 1: Introdução11 Uma olhada mais de perto na estrutura da rede: Borda da rede: aplicações e hospedeiros (hosts) Núcleo da rede: roteadores rede de redes Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação

12 1: Introdução12 A borda da rede: Sistemas finais (hosts): rodam programas de aplicação ex.: WWW, na extremidade da rede Modelo cliente/servidor o host cliente faz os pedidos, são atendidos pelos servidores ex.: cliente WWW (browser)/ servidor; cliente/servidor de Modelo peer-to-peer : interação simétrica entre os hosts ex.: teleconferência, NAPSTER.

13 1: Introdução13 Borda da rede: serviço orientado a conexões Objetivo: transferência de dados entre hosts. handshaking: inicializa (prepara para) a transf. de dados Alô,... alô (protocolo humano) inicializa o estado em dois hosts que desejam se comunicar TCP - Transmission Control Protocol serviço orientado a conexão da Internet serviço TCP [RFC 793] transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável perda: tratata através de reconhecimentos e retransmissões controle de fluxo : transmissor não inundará o receptor controle de congestionamento : transmissor diminui a taxa de transmissão quando a rede está congestionada.

14 1: Introdução14 Borda da rede: serviço sem conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais mesmo que antes! UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet transferência de dados não confiável não controla o fluxo nem congestionamento Aplicações que usam TCP: HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP ( ) Aplicações que usam UDP: streaming media, teleconferência, telefonia Internet

15 1: Introdução15 Capítulo 1: Roteiro 1. O que é a Internet? 2. A borda da rede 3. O núcleo da rede 4. Acesso à rede e meios físicos 5. Estrutura da Internet e ISPs 6. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes 7. Camadas de protocolos, modelos de serviço 8. Histórico

16 1: Introdução16 O Núcleo da Rede Malha de roteadores interconectados A pergunta fundamental: como os dados são transferidos através da rede? comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos.

17 1: Introdução17 Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos Recursos fim a fim são reservados para a chamada. banda do enlace, capacidade dos comutadores recursos dedicados: sem compartilhamento desempenho garantido (como em um circuito físico) necessita estabelecimento de conexão

18 1: Introdução18 Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos Recursos da rede (ex., banda) são divididos em pedaços pedaços alocados às chamadas o pedaço do recurso fica ocioso se não for usado pelo seu dono (não há compartilhamento) como é feita a divisão da banda de um canal em pedaços (multiplexação): divisão de frequência (FDM) divisão de tempo (TDM)

19 1: Introdução19 Comutação de Circuitos: FDM e TDM FDM freqüência tempo TDM freqüencia tempo 4 usuários Exemplo:

20 1: Introdução20 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Cada fluxo de dados fim-a- fim é dividido em pacotes pacotes dos usuários A e B compartilham os recursos da rede cada pacote usa toda a banda do canal recursos são usados quando necessário, Disputa por recursos: a demanda total pelos recursos pode superar a quantidade disponível congestionamento: pacotes são enfileirados, esperando para usar o enlace armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa (hop) por vez transmite num enlace espera a vez no próximo enlace Divisão da banda em pedaços Alocação dedicada Reserva de recursos

21 1: Introdução21 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes existem outras analogias humanas? A B C Ethernet 10 Mbs 1,5 Mbs 45 Mbs D E multiplexação estatística fila de pacotes esperando pelo enlace de saída

22 1: Introdução22 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Comutação de pacotes: comportamento de armazenamento e retransmissão (store and forward) Quebra uma mensagem em pedaços menores (pacotes) Store-and-forward: comutador espera a chegada do pacote completo e o encaminha/roteia para o próximo comutador

23 1: Introdução23 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos Enlace de 1 Mbit cada usuário: 100Kbps quando ativo ativo 10% do tempo comutação por circuitos: 10 usuários comutação por pacotes: com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0,004 A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede! N usuários Enlace de 1 Mbps

24 1: Introdução24 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos Ótima para dados em surtos compartilhamento dos recursos não necessita estabelecimento de conexão Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes necessita de protocolos para transferência confiável de dados, controle de congestionamento P: Como fornecer um comportamento do tipo circuito? São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo ainda é um problema não resolvido (cap. 6) A comutação de pacotes ganha de lavada?

25 1: Introdução25 Segmentação de Mensagens Transmissão de mensagens longas como uma única unidade de transmissão store-and-forward da mensagem completa segmentadas em uma série de pacotes transmitidos independentemente pipeline no uso dos componentes da rede!

26 1: Introdução26 Segmentação de Mensagens e Desempenho Sem segmentação: cada mensagem precisa ser armazenada completamente em cada comutador antes de ser retransmitida longa espera em cada comutador Uso seqüencial dos componentes da rede desperdício de recursos

27 1: Introdução27 Segmentação de Mensagens e Desempenho Com segmentação em pacotes: cada componente da rede pode trabalhar em paralelo em pacotes diferentes da mensagem Resulta em um menor atraso total de transmissão da mensagem um fator de 3 neste ex.! Ver appletapplet

28 1: Introdução28 Redes comutadas por pacotes: roteamento Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem até o destino serão estudados diversos algoritmos de escolha de caminhos redes de datagrama: o endereço do destino determina próxima etapa rotas podem mudar durante a sessão analogia: dirigir, pedindo informações redes de circuitos virtuais: cada pacote contém uma marca (id. do circuito virtual), a qual determina a próxima etapa caminho fixo determinado no estabelecimento da chamada, permanece fixo durante a chamada roteadores mantêm estados para cada chamada

29 1: Introdução29 Redes de Circuitos Virtuais Cada roteador mantém uma tabela de VCs: Uma entrada para cada VC passando por ele Indicando a interface de rede através da qual pacotes de cada VC devem ser encaminhados Cada VC recebe um número único no contexto de um roteador O mesmo VC pode ser identificado através de números diferentes em roteadores (e links) distintos ao longo do caminho Pacotes são identificados pelo número do VC ao qual pertencem

30 1: Introdução30 Redes de Circuitos Virtuais (cont.) Protocolo de sinalização Usado para o estabelecimento de circuitos virtuais Antes que transferência de dados real possa ocorrer application transport network data link physical application transport network data link physical 5. Data flow begins 6. Receive data 1. Initiate call 2. incoming call 3. Accept call 4. Call connected

31 1: Introdução31 Redes de Circuitos Virtuais: Exemplo De A para B A ---- PS PS B Tabela de VCs em PS1: Incoming interface Incoming VC #Outgoing Interface Outgoing VC #

32 1: Introdução32 Redes de Datagrama Rota determinada para cada pacote individual Pacotes podem seguir rotas diferentes Tabela de rotas em cada roteador indica a próxima etapa (hop) no caminho a ser seguida para se chegar a cada destino conhecido com base no endereço de destino endereços organizados de forma hierárquica Ex.: rede + máquina Análogo ao sistema postal

33 1: Introdução33 Redes de Datagrama (cont.) Não é necessário tempo inicial de preparação da conexão Dados começam a ser transmitidos imediatamente application transport network data link physical application transport network data link physical 1. Send data 2. Receive data

34 1: Introdução34 Redes de Datagrama: Exemplo de Tabela de Rotas netstat -r Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface apollo.inf.ufg UG eth artemis.inf.ufg UG eth * U eth * U eth0 default ares.inf.ufg.br UG eth1 netstat -nr Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface UG eth UG eth U eth U eth UG eth1

35 1: Introdução35 Topologia da Rede Correspondente zeus.inf.ufg.br eth0eth apollo artemis ares.inf.ufg.br UFGNet

36 1: Introdução36 Taxonomia de Redes de Computadores Redes de Telecomunicações Redes de Comutação de Circuitos FDM TDM Redes de Comutação de Pacotes Redes com VCs Redes de Datagrama O fato de uma rede ser baseada em datagramas não implica em que ela seja orientada a conexões ou sem conexões A Internet oferece ambos os tipos de serviço às aplicações: orientado a conexões (TCP) e sem conexões (UDP)

37 1: Introdução37 Capítulo 1: Roteiro 1. O que é a Internet? 2. A borda da rede 3. O núcleo da rede 4. Acesso à rede e meios físicos 5. Estrutura da Internet e ISPs 6. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes 7. Camadas de protocolos, modelos de serviço 8. Histórico

38 1: Introdução38 Acesso à rede e meios físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda? redes de acesso residencial redes de acesso institucional (escola, empresa) redes de acesso móvel Considere: largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? compartilhada ou dedicada?

39 1: Introdução39 Acesso residencial: acesso ponto-a-ponto Discado (Dialup) via modem acesso direto ao roteador; até 56Kbps (teoricamente) Inconveniente: não é possível utilizar o telefone ao mesmo tempo RDSI/ISDN: rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador. ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa-para- roteador (provedor) 4KHz – 50KHz até 8 Mbps roteador-para- casa 50KHz – 1MHz telefone: 0KHz – 4KHz FDM: Ex.: Serviço Turbo® da Brasil Telecom

40 1: Introdução40 Acesso residencial: cable modems HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 10Mbps subida (upstream), 1 Mbps descida (downstream) 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.: AJATO (TVA) e VIRTUA (Net) Aproveita a infra- estrutura das redes de TV a cabo

41 1: Introdução41 Acesso residencial: cable modems Diagram:

42 1: Introdução42 Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral casa cable headend rede de distribuição via cabo (simplificada) Tipicamente: 500 a casas

43 1: Introdução43 Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral casa cable headend rede de distribuição via cabo (simplificada)

44 1: Introdução44 Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral casa cable headend rede de distribuição via cabo (simplificada) servidores

45 1: Introdução45 Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral casa cable headend rede de distribuição via cabo Canais VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO VIDEOVIDEO DATADATA DATADATA CONTROLCONTROL FDM:

46 1: Introdução46 Acesso institucional: rede local 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, 10Gbit Ethernet instalação: instituições, brevemente nas residências LANs: serão vistas no Cap. 5.

47 1: Introdução47 Redes de acesso sem fio (wireless) rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador LANs sem fio: ondas de rádio substituem os fios b (WiFi): 11Mbps acesso sem fio com maior cobertura GPRS: acesso sem fio ao roteador do ISP através da rede celular 2,5G 3G ~ 384Kbps (2Mbps???) WAP (Wireless Application Protocol) estação base hosts móveis roteador

48 1: Introdução48 Redes locais residenciais Componentes típicos de uma rede local residencial: moden ADSL ou cable modem roteador/firewall Ethernet ponto de acesso para a rede sem fio (wireless) wireless access point wireless laptops roteador/ firewall cable modem de/para o cable headend Ethernet (switched)

49 1: Introdução49 Meios Físicos 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 (através do ar), ex. rádio Par Trançado (TP - Twisted Pair) dois fios de cobre isolados Categoria 3: fios tradicionais de telefonia, 10 Mbps Ethernet Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet

50 1: Introdução50 Meios físicos: cabo coaxial, fibra Cabo coaxial: 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 opera em alta velocidade: Ethernet 100Mbps transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 10 Gbps) baixa taxa de erros

51 1: Introdução51 Meios físicos: rádio sinal transportado em ondas eletromagnéticas não há fio físico bidirecional efeitos do ambiente de propagação: reflexão obstrução por objetos interferência Tipos de enlaces de rádio: microondas ex.: canais de até 45 Mbps LAN (ex., IEEE b) 2Mbps, 11Mbps longa distância (ex., celular) ex. CDPD, 10s Kbps satélite canal de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) atraso fim a fim de 270 mseg geosíncrono versus LEOS (low earth orbit satellites)

52 1: Introdução52 Capítulo 1: Roteiro 1. O que é a Internet? 2. A borda da rede 3. O núcleo da rede 4. Acesso à rede e meios físicos 5. Estrutura da Internet e ISPs 6. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes 7. Camadas de protocolos, modelos de serviço 8. Histórico

53 1: Introdução53 Estrutura da Internet: rede de redes quase hierárquica provedores de backbones nacionais/internacionais (NBPs) ex. Embratel, Banco Rural, Global One interconecta com cada um dos outros de forma privada, ou em pontos de troca de tráfego públicos (PTTs) ISPs regionais conectam a NBPs ISP local, empresa conecta a um ISP regional NBP A NBP B PTT ISP regional ISP local ISP local

54 1: Introdução54 Estrutura da Internet: rede de redes no centro da rede: ISPs da camada/nível 1 ex.: Embratel, RNP cobertura nacional / internacional treat each other as equals Tier 1 ISP Interconexão privada entre provedores do nível (tier) 1 NAP Interconexão entre provedores de nível 1 através de pontos de acesso à rede públicos (NAPs ou PTTs)

55 1: Introdução55 Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel

56 1: Introdução56 Provedor de Backbone Nacional ex. RNP

57 1: Introdução57 Estrutura da Internet: rede de redes ISPs do nível 2: menores (freqüentemente regionais) Conectam-se a um ou mais ISPs do nível 1 e, possivelmente, a outros ISPs de nível 2 Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP ISP do nível 2 paga a um ISP de nível 1 pela conexão ao resto da Internet ISPs do nível 2 são clientes dos ISPs de nível 1 ISPs de nível 2 também podem se conectar uns com os outros de maneira privada ou via NAPs

58 1: Introdução58 Estrutura da Internet: rede de redes ISPs de nível 3 e ISPs locais rede de acesso, mais próxima dos sistemas finais (hosts) Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP ISPs de nível 3 e ISPs locais são clientes de ISPs de nível mais alto, através dos quais eles se conectam ao resto da Internet

59 1: Introdução59 Estrutura da Internet: rede de redes Um pacote passa através de várias redes! Tier 1 ISP NAP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP

60 1: Introdução60 Capítulo 1: Roteiro 1. O que é a Internet? 2. A borda da rede 3. O núcleo da rede 4. Acesso à rede e meios físicos 5. Estrutura da Internet e ISPs 6. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes 7. Camadas de protocolos, modelos de serviço 8. Histórico

61 1: Introdução61 Atraso em redes comutadas por pacotes os pacotes experimentam atraso no caminho fim a fim quatro fontes de atraso em cada etapa (roteador) Processamento no nó: verificação de bits com erro identif. do enlace de saída Enfileiramento: tempo de espera no enlace de saída até a transmissão depende do nível de congestionamento do roteador A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

62 1: Introdução62 Atraso em redes comutadas por pacotes Atraso de transmissão: R=largura de banda do enlace (bps) L=compr. do pacote (bits) tempo para enviar os bits no enlace = L/R Atraso de propagação: d = compr. do enlace s = velocidade de propagação no meio (~2x10 8 m/seg) atraso de propagação = d/s Nota: s e R são valores muito diferentes! A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

63 1: Introdução63 Atraso fim-a-fim Atraso em um nó d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop Atraso fim-a-fim d total = N(d proc + d trans + d prop ) assumindo que o atraso de enfileiramento é desprezível (rede sem congestionamento) pacote passa por N-1 roteadores intermediários

64 1: Introdução64 Atraso de transmissão versus Atraso de propagação Transmissão: quanto tempo se gasta para o transmissor colocar todos os bits no meio depende da taxa de transmissão do enlace e do tamanho do pacote Propagação: quanto tempo um bit demora para chegar ao outro lado do enlace depende da distância entre origem e destino P: Qual dos dois será o fator dominante? Analisar duas situações especiais: pacotes muito longos e enlaces de curta distância pacotes curtos e enlaces de longa distância

65 1: Introdução65 Atraso de transmissão versus Atraso de propagação pacotes muito longos e enlaces de curta distância: atraso de transmissão domina pacotes curtos e enlaces de longa distância: atraso de propagação domina A B A B

66 1: Introdução66 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! (assumindo capac. de fila infinita!)

67 1: Introdução67 Perda de pacotes Na realidade: filas dos roteadores têm tamanho limitado O que acontece quando um pacote chega a um roteador cuja fila está cheia? O pacote é descartado (i.e., perdido)! Taxa de perda de pacotes aumenta à medida que a intensidade do tráfego (La/R) aumenta pacotes perdidos devem ser retransmitidos Medida de desempenho da rede (juntamente com o atraso)

68 Introduction1-68 Atrasos e Rotas na Internet Como se mostram os atrasos e perdas na Internet? Programa Traceroute : realiza medidas de atraso da origem para cada roteador ao longo do caminho até o destino na Internet. Para todo i: m envia três pacotes que chegarão ao roteador j no caminho em direção ao destino (i.e., três experimentos distintos) m roteador j retornará pacotes de resposta à origem m origem mede o intervalo de tempo entre a transmissão dos pacotes e a recepção das respostas 3 probes

69 1: Introdução69 Atrasos e Rotas na Internet Experimentar com o programa traceroute N-1 roteadores intermediários origem envia N pacotes especiais de sondagem ao receber o n-ésimo pacote, o n-ésimo roteador suprime o pacote e envia uma mensagem de volta para a origem ao receber tal mensagem, a origem registra: o tempo gasto entre o envio do n-ésimo pacote a recepção da respectiva resposta – atraso de ida-e- volta para o n-ésimo roteador nome e endereço do n-ésimo roteador origem reconstrói a rota até o destino

70 1: Introdução70 traceroute: exemplo 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 para Três medidas distintas enlace trans- oceânico * significa sem resp. (pcte. perdido, roteador não responde)

71 1: Introdução71 Capítulo 1: Roteiro 1. O que é a Internet? 2. A borda da rede 3. O núcleo da rede 4. Acesso à rede e meios físicos 5. Estrutura da Internet e ISPs 6. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes 7. Camadas de protocolos, modelos de serviço 8. Histórico

72 1: Introdução72 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?

73 1: Introdução73 Organização de uma viagem aérea uma série de etapas bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião

74 1: Introdução74 Organização de uma viagem aérea : uma visão diferente Camadas: cada camada implementa um serviço através de ações internas à camada depende dos serviços providos pela camada inferior bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião

75 1: Introdução75 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

76 1: Introdução76 Implementação distribuída da funcionalidade das camadas bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) subida roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteam. aviões aeroporto de saída aeroporto de chegada localidades intermediárias de tráfego aéreo roteam. aviões

77 1: Introdução77 Por que dividir em 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?

78 1: Introdução78 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

79 1: Introdução79 Camadas: comunicação lógica aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física Cada camada: distribuída as entidades implementam as funções das camadas em cada nó as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras

80 1: Introdução80 Camadas: comunicação lógica aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados Ex.: 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 dados transporte ack

81 1: Introdução81 Camadas: comunicação física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados

82 1: Introdução82 Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados (encapsulamento) passa a nova unidade de dados para a camada inferior no destino: operação inversa: desencapsula a unidade de dados e a repassa para a camada acima aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física fonte destino M M M M H t H t H r H t H r H e M M M M H t H t H r H t H r H e mensagem segmento datagrama quadro

83 1: Introdução83 Capítulo 1: Roteiro 1. O que é a Internet? 2. A borda da rede 3. O núcleo da rede 4. Acesso à rede e meios físicos 5. Estrutura da Internet e ISPs 6. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes 7. Camadas de protocolos, modelos de serviço 8. Histórico

84 1: Introdução84 História da Internet 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: demonstração pública da ARPAnet NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo host-host primeiro programa de ARPAnet com 15 nós : Princípios iniciais de comutação de pacotes

85 1: Introdução85 História da Internet 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 das redes ATM) 1979: ARPAnet tem 200 nós Princípios de interconexão de Cerf e Kahn: minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes modelo de serviço best effort roteadores sem estados controle descentralizado definem a arquitetura atual da Internet : Interconexão de redes novas e proprietárias

86 1: Introdução86 História da Internet 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 novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel hosts conectados numa conferederação de redes : novos protocolos, proliferação de redes

87 1: Introdução87 História da Internet 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 1960s] HTML, http: Berners-Lee 1994: Mosaic, posteriormente Netscape fim dos anos 90: comercialização da Web 1996: criação do projeto INTERNET2 Final dos anos 90: mais killer applications: instant messaging, peer2peer (ex.: Napster) importância de segurança na rede est. mais de 50 milhões de computadores na Internet; mais de 100 milhões de usuários enlaces de backbone operando a Gbps Anos 90: comercialização, a WWW

88 1: Introdução88 Internet/BR RNP teve início em Aberta para uso comercial em 1994 Posição absoluta, janeiro/03: Número de hosts: o do Mundo 3 o das Américas 1 o da América do Sul fonte: Network Wizards, 2003Network Wizards de Internautas em Dez/2002 (fonte: Nielsen-NetRatings) Mais informações: Comitê Gestor da Internet/BR

89 1: Introdução89 Número de Internautas VEJA, 5/4/2000

90 1: Introdução90 Capítulo 1: Resumo Foi coberta uma tonelada de material! visão geral da Internet o que é um protocolo? borda da rede, núcleo, rede de acesso desempenho: perda, atraso camadas e modelos de serviço backbones, PTTs, ISPs história Esperamos que agora você possua: contexto, visão geral, sentimento do que sejam redes maior profundidade, detalhes posteriormente no curso


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