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1: Introdução 1 Introdução as Redes de Computadores Transparências baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James.

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1 1: Introdução 1 Introdução as Redes de Computadores Transparências baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James Kurose e Keith Ross Redes de Computadores A. Tanenbaum e Prof. Marcelo Stemmer

2 1: Introdução 2 Importância das Redes de Comunicação - Nas empresas modernas temos grande quantidade de computadores operando em diferente setores. Operação mais eficiente se estes computadores forem interconectados: - possível compartilhar recursos - possível trocar dados entre máquinas de forma simples e confortável para o operador - Redes são muito importantes para a realização da filosofia CIM (Manufatura Integrada por Computador) De uma forma geral, redes de computadores são necessárias devido: - Distribuição espacial - Compartilhamento de recursos

3 1: Introdução 3 Alcance das Redes de Comunicação LAN (Local Area Network) ou Rede Local Industrial : interconexão de computadores localizados em uma mesma sala ou em um mesmo prédio. Extensão típica: até aprox. 200 m. MAN (Metropolitan Area Network): interconexão de computadores em locais diferentes da mesma cidade. Pode usar rede telefônica pública ou linha dedicada. Extensão típica: até aprox. 50 Km. WAN (Wide Area Network): interconexão de computadores localizados em diferentes prédios em cidades distantes em qualquer ponto do mundo. Usa rede telefônica, antenas parabólicas, satélites, etc. Extensão > 50 Km. outros... PAN (Personal Area Network) - ~10m BAN (Body Area Network) - ~1m...

4 1: Introdução 4 Topologia das Redes de Comunicação - Topologia: definição da maneira como as estações estão associadas - Duas formas básicas: ponto-a-ponto e difusão - Canais ponto-a-ponto: rede composta de diversas linhas de comunicação associadas a um par de estações. - comunicação entre estações não adjacentes feita por estações intermediárias - política conhecida como comutação de pacotes - topologia usada na maioria de redes WAN, MAN e algumas LAN

5 1: Introdução 5 Topologias de Redes Ponto-a-ponto (a) estrela; (b) anel; (c) árvore; (d) malha regular; (e) malha irregular.

6 1: Introdução 6 Topologia das Redes de Comunicação - Canais de difusão: única linha de comunicação compartilhada por todas as estações - mensagens difundidas no canal podem ser lidas por qualquer estação - destinatário identificado por um endereço codificado na mensagem - possível enviar mensagens para todas as estações (broadcasting) ou a um conjunto delas (multicasting) usando endereços reservados para estas finalidades - topologia comum em LAN mas também possível em WAN - requer mecanismos de arbitragem de acesso para evitar conflitos

7 1: Introdução 7 Topologias de Redes de Difusão (a) barramento; (b) satélite; (c) anel.

8 1: Introdução 8 Estrutura de uma rede (ex. Internet) Rede de redes borda da rede: aplicações e hosts núcleo da rede: o roteadores

9 1: Introdução 9 A borda da rede: sistemas finais (hosts): o executam programas de aplicação o e.g., WWW, dois tipos de serviços: o serviço orientado a conexão - TCP [RFC 793] o serviço sem conexão – UDP [RFC 768] o

10 1: Introdução 10 O núcleo da rede malha de roteadores interconectados questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? o comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica o comutação de pacotes: dados enviados através da rede em pedaços

11 1: Introdução 11 Comutação de circuitos Recursos fim a fim reservados por chamada recursos são: largura de banda no enlace, capacidade no switch recursos dedicados: sem compartilhamento desempenho garantido requer setup na chamada

12 1: Introdução 12 Comutação de circuitos (cont.) recursos de rede (ex., largura de banda) dividida em pedaços pedaços alocados para chamadas pedaço do recurso ocioso se não usado pelo próprio chamador (sem compartilhamento) dividindo largura de banda: o divisão de freqüências o divisão de tempos

13 1: Introdução 13 Comutação de circuitos (cont.) FDMA freqüência tempo TDMA freqüência tempo 4 usuários Exemplo:

14 1: Introdução 14 Comutação de pacotes (cont.) cada stream de dados fim-a-fim dividido em pacotes pacotes de usuários A, B compartilham recursos de redes cada pacote usa toda largura de banda do link recursos usados quando necessário competição por recurso: demanda por recurso agregada pode exceder a capacidade disponível congestionamento: fila de pacotes, espera pelo uso do link armazena e repassa: pacotes se movem um hop vez o transmitidos sobre link o espera a vez no próximo link Divisão de largura de banda Alocação dedicada Reserva de recursos

15 1: Introdução 15 Comutação de pacotes (cont.) Comutação de pacotes versus comutação de circuito: analogia com restaurante Olhar applet de comutação de pacotes da página A B C 10 Mbps Ethernet 1.5 Mbps 45 Mbps D E multiplexação estatística fila de pacotes esperando pelo enlace de saída

16 1: Introdução 16 Comutação de pacotes vs de circuitos Enlace 1 Mbit cada usuário: o 100Kbps qdo ativo o ativo 10% do tempo comutação de circuitos: o 10 usuários comutação de pacotes: o com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menos que.0004 Comutação de pacotes permite mais usuários usarem a rede! N usuários enlace 1 Mbps

17 1: Introdução 17 Redes comutação de pacotes: roteamento Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem para destino o algoritmos de roteamento rede datagrama: o endereço de destino determina próximo hop o rota pode mudar durante sessão o analogia: dirigir perguntando direção rede de circuito virtual: o cada pacote carrega um tag (virtual circuit ID), que determina o próximo hop o caminho fixo determinado em tempo de setup de chamada, permanece fixo durante chamada o roteadores mantêm estado por chamada

18 1: Introdução 18 Atraso e largura de banda Mensura capacidade do canal Quantos bytes a gente consegue enfiar no canal antes de chegar no destino? delay bandwidth Produto atraso x largura de banda é uma importante métrica

19 1: Introdução 19 Atrasos em redes de comut. de pacotes pacotes experimentam atrasos no caminho fim-a-fim quatro fontes de atraso em cada hop processamento no nó: o checagem de bits de erros o escolha do link de saída enfileiramento o tempo de espera no link de saída para transmissão o depende do nível de congestionamento do roteador A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento

20 1: Introdução 20 Atrasos em redes de comut. de pacotes Atraso de transmissão: R=link bandwidth (bps) L=tam. pacote (bits) tempo de envio de bits no link = L/R Atraso de propagação: d = tamanho do link físico s = veloc. propagação no meio (~2x10 8 m/s) atraso propagação = d/s A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento Atraso fim a fim (ou latência):Somatório dos atrasos ao longo do caminho. Ex. centenas de milisegundos

21 1: Introdução 21 Atraso de enfileiramento R=link bandwidth (bps) L=tam. pacote (bits) a=taxa média de chegada de pacotes intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: pequeno atraso médio na fila La/R -> 1: atrasos se tornam grandes La/R > 1: mais trabalho chegando do que pode ser servido, atraso médio infinito!

22 1: Introdução 22 O que é protocolo? protocolos humanos: que horas são? Eu tenho uma questão … msgs específicas enviadas … ações específicas tomadas quando msgs recebidas, ou outros eventos protocolos de rede: máquinas em vez de humanos toda atividade de comunicação na Internet governada por protocolos protocolos definem formatos, ordens de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de rede, e ações tomadas

23 1: Introdução 23 O que é protocolo? um protocolo humano e um protocolo computacional de rede: Q: Outro protocolo humano? Oi Tem horas? 2:00 requisição conexão TCP resposta. Get tempo

24 1: Introdução 24 Camadas de protocolos Redes são complexas! muitas peças: o hosts o roteadores o vários tipos de links o aplicações o protocolos o hardware, software Questão: Existe alguma esperança em organizar a estrutura de rede? Ou pelo menos a discussão sobre redes?

25 1: Introdução 25 Por que usar camadas? Para lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite identificar o relacionamento entre peças do sistema complexo o modelo de referência em camadas facilita discussão modularização facilita manutenção e atualização do sistema o mudança na implementação de serviços de camadas transparentes para o resto do sistema uso de camadas pode ser prejudicial?

26 1: Introdução 26 Pilha de protocolos da Internet 7 - aplicação: suporta aplicações de rede o ftp, smtp, http 4 - transporte: transferência de dados entre hosts o tcp, udp 3- rede: roteamento de datagramas da origem para destino o ip, protocolos de roteamento 2 - enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos o ppp, ethernet 1 - física: representação física dos bits, questões de hardware, etc. Obs. Camadas 6 (Apresentação) e 5 (Sessão) não existem na Internet. aplicação transporte rede enlace física

27 1: Introdução 27 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 entidades implementam funções de camadas em cada nó entidades executam ações, trocam mensagens com seus pares

28 1: Introdução 28 Camadas: comunicação logica aplicação transport rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transport rede enlace física rede enlace física dados E.g.: transporte pega dados da aplic. adiciona endereço, informação de confiabilidade p/ formar datagrama envia datagrama para seu par espera confirmação de recepção de seu par analogia: correio dados transporte ack

29 1: Introdução 29 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

30 1: Introdução 30 Protocolo em camadas e dados Cada camada recebe dados da camada acima adiciona cabeçalho de informação para criar nova unidade de dados passa nova unidade de dados para camada abaixo aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede 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 frame

31 1: Introdução 31 Comunicação no Modelo OSI


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