Chapter 1 Introduction A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re 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, we’d 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 1996-2004 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.
FACULDADE PARAÍSO Sistemas de Informações Redes de Computadores - I Prof. Ricardo Damasceno ricardofapce@gmail.com Slides adaptados dos originais do livro do Kurose e dos slides da Profa. Juliana Fernandes Camapum - UNB. 1: Introdução
Conteúdo Programático do curso Redes de Computadores (Capítulo 1) Internet – rede de computadores específica Sistema complexo organizado através de uma arquitetura de camadas Modularidade- permite alterar implementação de serviço específico sem afetar outros componentes Camada de Aplicação (Capítulo 2) Camada de Transporte (Capítulo 3) Camada de Rede (Capítulo 4) 1: Introdução
Parte I: Introdução Objetivo do capítulo: entender o contexto, visão geral, “sacar” 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 (periferia) da rede o núcleo da rede redes de acesso e meios físico ISPs e backbones da Internet desempenho: atraso e perda camadas de protocolos, modelos de serviço história
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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 ISP – Internet Service Provider 1: Introdução
O que é a Internet: visão dos componentes milhões de dispositivos de computação conectados: hosts = sistemas finais rodando aplicações de rede enlaces (canais) de comunicação – meios físicos fibra ótica, fio de cobre, ondas de rádio e satélite, cabo coaxial Taxa de transmissão (Mbps) = largura de banda (bandwidth) roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede roteador workstation servidor móvel ISP local ISP regional Rede da empresa 1: Introdução
Aparelhos internet interessantes Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo http://dancing-man.com/robin/toasty/ Porta retratos IP – baixa fotos digitais http://www.ceiva.com/ O menor servidor Web do mundo http://www.cs.umass.edu/~shri/ Telefones com Internet (Web, email, mensagens) 1: Introdução
O que é a Internet: visão dos componentes protocolos: controla o envio e recepção de mensagens ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: “rede de redes” livremente hierárquica Internet pública versus intranet privada (intranet -redes corporativas, governamentais) Padrões da Internet Desenvolvidos pela IETF: Internet Engineering Task Force Documentos são denominados RFC: Request for comments roteador workstation servidor móvel ISP local ISP regional Rede corporativa 1: Introdução
O que é a Internet: visão dos serviços infra-estrutura de comunicação que permite o uso de aplicações distribuídas: WWW, email, jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos , correio eletrônico serviços de comunicação disponibilizados: não confiável sem conexões (nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados) Confiável orientado à conexões 1: Introdução
O que é um protocolo? protocolos humanos: “que horas são?” “tenho uma dúvida” Apresentações “oi” … msgs específicas são enviadas … 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, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de msgs 1: Introdução
O que é um protocolo? um protocolo humano e um protocolo de rede: Oi Ex. requisição a um servidor WEB Oi TCP connection req. Oi TCP connection reply. Que horas são? Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm 2:00 <arquivo> tempo protocolo de rede implementado em hardware (placas de rede) ou software (computador, roteador) 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
Uma olhada mais de perto na estrutura da rede: Periferia da rede Núcleo da rede Rede de acesso Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, PDAs, celulares, Smartphone núcleo da rede: Malha de roteadores rede de redes redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação PDA – Personal Digital Assistant (agenda digital ) 1: Introdução
A periferia da rede: Sistemas finais (hosts): modelo cliente/servidor rodam programas de aplicação ex., WWW, email na “borda da rede” modelo cliente/servidor o host cliente faz os pedidos, são atendidos pelos servidores Ex. cliente WWW (browser)/servidor Web; cliente/servidor de email modelo entre pares - peer to peer (P2P): uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados Usuário é cliente e servidor ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule 1: Introdução
Periferia da rede: serviço orientado à conexões serviço TCP [RFC 793] transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável perda: 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. Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais. handshaking: inicialização 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 à conexão da Internet 1: Introdução
Periferia da rede: serviço sem conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais mesmo que antes! UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão 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 (email) Aplicações que usam UDP: streaming media (transmissão de áudio e vídeo na Internet), teleconferência, telefonia via Internet (VoIP, Skype) FTP – File Transfer Protocol; SMTP-Simple Mail Transfer Protocol HTTP - Hypertext Transfer Protocol 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
O Núcleo da Rede Malha de roteadores interconectados Questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? comutação de circuitos: circuito dedicados em cada chamada: rede telefônica comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos. 1: Introdução
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 tipo circuito (garantido) necessita estabelecimento de conexão 1: Introdução
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) FDM – Frequency Division Multiplexing -divisão de freqüência TDM – Time Division Multiplexing - divisão de tempo 1: Introdução
Comutação de Circuitos: FDM e TDM 4 usuários Exemplo: FDM freqüência tempo TDM freqüência tempo quadro compartimento Two simple multiple access control techniques. Each mobile’s share of the bandwidth is divided into portions for the uplink and the downlink. Also, possibly, out of band signaling. As we will see, used in AMPS, GSM, IS-54/136 Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento 1: Introdução
Exemplo numérico Quanto tempo leva para enviar um arquivo de 640.000 bits de um host A para um host B através de uma rede de comutação de circuitos? Todos os enlaces são de 2,048 Mbps=taxa de transmissão total de cada enlace Cada enlace usa TDM com 32 compartimentos 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
Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Disputa por recursos: a demanda total pelos recursos pode superar a quantidade disponível congestionamento: pacotes são enfileirados, esperam para usar o enlace armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa por vez transmite num enlace espera a vez no próximo Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes pacotes dos usuários A, B compartilham os recursos da rede cada pacote usa toda a banda do canal(taxa de transmissão total do link) recursos são usados quando necessário, Divisão da banda em “pedaços” Alocação dedicada Reserva de recursos 1: Introdução
Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística Ethernet 100 Mbps C A multiplexação estatística 1,5 Mbps B fila de pacotes esperando pelo enlace de saída 34 Mbps D E 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
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede! 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 0,0004 N usuários Enlace de 1 Mbps Pergunta: Como foi calculada a probabilidade 0,0004? 1: Introdução
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes ganha de lavagem? 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. 6/7) 1: Introdução
Comutação de Pacotes: armazene-e-retransmita L R R R Leva L/R segundos para transmitir um pacote de L bits em um canal de R bps Todo o pacote deve chegar ao roteador antes que possa ser transmitido no próximo canal: armazene e retransmita atraso = 3L/R (assumindo atraso zero de propagação e de fila) Exemplo: Mensagem L = 7,5 Mbits Taxa enlace R = 1,5 Mbps atraso envio = 15 seg 1: Introdução
Comutação de pacotes: Segmentação de mensagens L L=7,5Mbits = 5000 x 1500bits R=Enlace de 1,5Mbps R R R Quebre agora a mensagem em 5000 pacotes Cada pacote de 1.500 bits 1 mseg para transmitir um pacote em um canal Atraso reduzido de 15 seg para 5,002 seg atraso 1º pacote=0,003seg atraso total=0,003+4999x0,001=5,002seg 1: Introdução
Comutação de Circuitos Comutação de Mensagens Comutação de Pacotes 5000[(7,5M/5000)/1,5M)] = 5000 x 1ms t = 5s+2ms t=7,5M/1,5M=5s t=3x(7,5M/1,5M) = 15s 1: Introdução
Redes comutadas por pacotes: encaminhamento (forwarding) Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem até o destino serão estudados algoritmos de escolha de caminhos (cap. 4) Redes de datagramas: o endereço do sistema final de destino determina próxima etapa (endereçamento com estrutura hierárquica) os pacotes são encaminhados independentemente, oferecendo flexibilidade e robustez superiores (já que a rede pode reajustar-se mediante a quebra de um link) rotas podem mudar durante a sessão Redes de circuitos virtuais: cada pacote contém uma marca (ID do circuito virtual), marca determina próxima etapa caminho virtual fixo determinado no estabelecimento da chamada, permanece fixo durante a chamada – todos os pacotes seguirão o mesmo caminho 1: Introdução
Circuitos Virtuais 1: Introdução
Taxonomia de Redes (Núcleo) Redes de Telecomunicações Redes comutadas por circuitos FDM TDM Redes comutadas por pacotes Redes com CVs datagrama Redes com CVs (Ex, ATM – Asynchronous Transfer Mode) Redes datagrama (Ex. IP) 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
Redes de acesso e meios físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores da periferia? Redes de acesso residencial Redes de acesso corporativo (universidade, empresa) Redes móveis de acesso Considere: largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? compartilhada ou dedicada? ISP local ISP regional Rede corporativa 1: Introdução
Acesso residencial: acesso ponto a ponto Discado (Dialup) via modem acesso direto ao roteador de até 56Kbps (teoricamente) Não dá para surfar e telefonar ao mesmo tempo! RDSI/ISDN: rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador. 2 linhas de 64Kbps (Internet e/ou telefone) Serviço Multilink da Telefônica em SP. ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line – linha digital assimétrica de assinante até 1 Mbps casa-ao-roteador (upload) até 10 Mbps roteador-para-casa (download) FDM: 50 kHz-1 MHz download 4 kHz - 50 kHz upload 0 kHz - 4 kHz telefonia ISDN (Integrated Service Digital Network) 1: Introdução
ADSL: Espectro de freqüências 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) 1: Introdução
Acesso residencial: cable modems HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial) assimétrico: até 30Mbps descida (downstream), 2 Mbps subida (upstream). rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP) acesso compartilhado ao roteador pelas residências questões: congestionamento, dimensionamento implantação: disponível através de empresas de TV a cabo, ex.: VIRTUA (Net) 1: Introdução
Acesso residencial: cable modems Terminal da operadora Diagrama: http://www.lightreading.com/document.asp?doc_id=107602&page_number=1&image_number=1 Hub, switch: transmite informação de um PC a outro 1: Introdução
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral Tipicamente entre 500 a 5.000 casas cable headend Terminal da operadora casa Rede de distribuição (simplificada) 1: Introdução
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral cable headend casa Rede de distribuição (simplificada) 1: Introdução
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral servidore(s) cable headend casa Rede de distribuição (simplificada) 1: Introdução
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral FDM: Canais V I D E O A T C N R L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 cable headend casa Rede de distribuição (simplificada) 1: Introdução
Acesso Residencial: redes sem fio MMDS – Sistema Multicanal de Distribuição de Microondas– TVA, MaisTV 1: Introdução
Acesso Residencial: redes sem fio Satélite - SKY 1: Introdução
Acesso institucional: redes locais rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de periferia Ethernet: cabos compartilhados ou dedicados conectam o sistema final ao roteador de periferia (pacotes com destino externos à LAN) 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet LANs: serão vistas no capítulo 5. 1: Introdução
Redes de acesso sem fio (wireless) rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador Via estação base = “ponto de acesso” LANs sem fio: (dezenas de metros) ondas de rádio substituem os fios 802.11b/g (WiFi): 11 Mbps ou 54 Mbps acesso sem fio com maior cobertura (dezenas de quilômetros) Provido por uma operadora de telecomunicações 3G ~ 384 Kbps (móvel) e 2Mbps (fixo) EDGE, CDMA2000, WCDMA (3G - cobra volume de dados) GPRS (2,5G –70Kbps-) WAP (2G – cobra tempo de conexão) estação base hosts móveis roteador WAP – Wireless access protocol (infra-estrutura de telefonia sem fio GMS) 3G-terceira geração EDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution GPRS - General Packet Radio Service WAP-Wireless Access Protocol; WiFi – Wireless Fidelity 1: Introdução
O que é realmente 3G IMT-2000 Radio Options 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 Ler documento “What is really 3G” – O que é realmente 3G? http://www.itu.int/ITU-D/imt-2000/DocumentsIMT2000/What_really_3G.pdf http://www.itu.int/ITU-D/imt-2000/DocumentsIMT2000/IMT-2000.pdf CDMA - Code Division Multiple Access TDMA - Time Division Multiple Access FDMA – Frequency Division Multiple Access W-CDMA=Wideband CDMA TD-SCDMA =Time Division Synchronous CDMA W-CDMA-FDD CDMA2000 TD-SCDMA EDGE DECT W-CDMA-TDD IMT-2000 Broadband Evolution Evolution to IMT-2000 1: Introdução
Redes domésticas Componentes típicos da rede doméstica: ADSL ou cable modem (acesso banda larga à Internet) roteador/firewall/NAT Ethernet Ponto de acesso wireless (estação base) Laptops wireless de/para Terminal da operadora (Cable Headend) cable modem roteador/ firewall Ponto de acesso wireless Ethernet (pacotes comutados) Firewall – política de segurança, filtro de pacotes NAT – Network Address Translation - traduz IP local para IP do roteador 1: Introdução
Meios Físicos UTP - unshielded STP - shielded Par Trançado (TP - Twisted Pair) dois fios de cobre isolados Categoria 2: telefonia Categoria 3: fios tradicionais de telefonia, 10 Mbps Ethernet Categoria 5: 100Mbps Ethernet Categoria 6: 1Gbps Ethernet Categoria 7: 10Gbps Ethernet Bit: Propaga-se entre o transmissor e o receptor enlace físico: o que está entre o transmissor e o receptor meios guiados: os sinais se propagam em meios sólidos: cobre, fibra meios não guiados: os sinais se propagam livremente, ex. rádio STP - shielded UTP - unshielded 1: Introdução
Meios físicos: cabo coaxial, fibra fio (transporta o sinal) dentro de outro fio (blindagem) bidirecional banda básica (baseband): canal único no cabo – sem Modulação – LAN – sinal digital banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo Com modulação – LAN e TV – sinal analógico HFC Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta pulsos de luz opera em alta velocidade: transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 10´s Gbps – 100´s Gbps) baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético 1: Introdução
Meios físicos: rádio Tipos de enlaces de rádio: microondas ex.: canais de até 45 Mbps LAN (ex., Wifi) 11Mbps, 54 Mbps longa distância (ex., celular) ex. 3G, 100’s kbps satélite canal de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) atraso fim a fim de 270 mseg Geoestacionário versus satélites de baixa altitude sinal transportado em ondas eletromagnéticas não há “fio” físico bidirecional efeitos do ambiente de propagação: reflexão obstrução por objetos interferência 1: Introdução
Transmissão da Informação 1: Introdução
O Espectro Eletromagnético e seu uso para telecomunicações 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
Estrutura da Internet: rede de redes quase hierárquica No centro: ISPs “tier-1” - cobertura nacional/internacional Redes comerciais(ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T) Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio): RNP, CLARA(Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2(EUA), Géant(Europa) trata os demais como iguais Provedores Tier-1 se interligam (peer) de forma privada Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP 1: Introdução
Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel – banda nacional de 37Gbps http://www.embratel.net.br Roteadores Giga … to/from customers peering to/from backbone …. POP: point-of-presence PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros 1: Introdução
Conexões Internacionais - Embratel Estados Unidos: Verizon, Sprint, NTT e Global Crossing Argentina: Verizon e Telmex; Portugal: Portugal Telecom 1: Introdução
Oi – ISP Tier 1 (Nível 1) 1: Introdução
Conexões Internacionais - Oi 1: Introdução
RNP – ISP Tier 1 (Nível 1) 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. RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa 1: Introdução
RNP - REDECOMEP 1: Introdução
RedeUnB 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$120.000/mês. 1: Introdução
RedeUnB 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. Uma vez na rede interna, os cabos passam por um roteador, aparelho responsável pela distribuição da informação. Depois de chegar ao roteador, o cabeamento ainda passa por um firewall, equipamento que controla o acesso e bloqueia ataques de hackers na rede. 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). 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. 1: Introdução
Estrutura da Internet: rede de redes “Tier-2” ISPs: ISPs menores (freqüentemente regionais) Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2 Tier-2 ISPs também se interligam privadamente 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 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP 1: Introdução
Estrutura da Internet: rede de redes “Tier-3” ISPs e ISPs locais rede de última milha (“acesso”) (próximo aos sistemas finais) local ISP Tier 3 ISPs locais e tier- 3 são clientes de ISPs superiores conectando-os ao resto da Internet Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP 1: Introdução
Estrutura da Internet: rede de redes um pacote passa através de diversas redes! local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
Como ocorrem as perdas e atrasos? pacotes enfileiram nos buffers do roteador taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a capacidade do link de saída. pacotes enfileram, esperam pela vez pacote em transmissão (atraso) A buffers livres (disponíveis): pacotes que chegam são descartados (perda) se não houver buffers livres enfileiramento de pacotes (atraso) B 1: Introdução
Quatro fontes de atraso dos pacotes 1. processamento no nó: verificação de bits errados identificação do enlace de saída (análise do cabeçalho) atraso da ordem de microssegundos 2. 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 1: Introdução
Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: R = largura de banda do enlace (bps) L =compr. do pacote (bits) tempo para colocar os bits no enlace (tempo de acesso ao meio físico do pacote) = L/R 4. Atraso de propagação: d = compr. do enlace s = velocidade de propagação no meio (~2x108 m/seg) atraso de propagação = d/s A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento 1: Introdução
Analogia com uma Caravana 300carros = 30 pacotes Pedágio 120s/pac pedágio 3600s 100 km 100 km Caravana de dez carros Os carros se “propagam” a 100 km/h O pedágio leva 12 seg para atender um carro (tempo de transmissão) carro~bit; caravana ~ pacote P: Quanto tempo leva até que a caravana esteja enfileirada antes do segundo pedágio? Tempo para “atravessar” toda a caravana através do pedágio para a estrada = 12*10 = 120 sec = 2 minutos Tempo para que o último carro se propaga do primeiro para o segundo pedágio: 100km/(100km/h)= 1 h =60 min R: 62 minutos 1: Introdução
Analogia com uma caravana (mais) 6carros Pedágio 10min/pac pedágio 6min 100 km 100 km Caravana de dez carros Sim! Após 7 min, o 1o. Carro chega ao 2o. Pedágio e ainda há 3 carros no 1o. pedágio. O 1o. bit do pacote pode chegar ao 2o. Roteador antes que o pacote tenha sido totalmente transmitido no 1o. roteador! Veja o applet Ethernet no site da AWL Os carros agora se “propagam” a 1000 km/h Os pedágios agora levam em torno de 1 min para atender um carro P: Os carros chegarão ao segundo pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no primeiro pedágio? http://www.das.ufsc.br/~montez/Disciplinas/materialRedes/applet/message.htm http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/transmission/delay.html http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/queuing/queuing.html 1: Introdução
Atraso de transmissão e propagação Exemplo: Comutação de mensagem – L=16Kbits R=4Kbps atraso de propagação = 1 s/enlace. Calcular atraso total. atraso de transm. = 4seg atraso total = (4+1)x3 1: Introdução
Atraso de transmissão e propagação Exemplo: Comutação por pacotes - L=16Kbits, 16 pacotes de 1Kbit, R=4Kbps, atraso de propagação=1 s/enlace. Calcular atraso total. atraso transm.= 1K/4K= 0,25seg atraso 1º pacote=3+3x0,25=3,75 atraso total = 3,75+15x0,25 1: Introdução
Atraso no nó dproc = atraso de processamento tipicamente de poucos microssegs ou menos dqueue = atraso de enfileiramento depende do congestionamento dtrans = atraso de transmissão = L/R, significativo para canais de baixa velocidade dprop = atraso de propagação poucos microsegs a centenas de msegs 1: Introdução
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 (taxa de chegada/taxa de saída) = 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! Lembre que pacotes chegam em rajada Regra de Ouro: Projete a sua rede de forma que a intensidade de tráfego seja <= 1 1: Introdução
Atrasos e rotas “reais” da Internet 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: Envia três pacotes que alcançarão o roteador i no caminho até o destino. O roteador i devolverá os pacotes ao transmissor O transmissor calcula o intervalo de tempo decorrido entre a transmissão e a chegada da resposta. 3 probes 3 probes 3 probes 1: Introdução
Atrasos e rotas “reais” traceroute: roteadores, atrasos de ida e volta no caminho da origem até o destino source-dest path também: pingplotter, vários programas windows (tracert) no rot nome rot IP rot RTT-pac1 RTT-pac2 RTT-pac3 1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms 1: Introdução
Traceroute (www.traceroute.org) 1 thing-i.sdsc.edu (198.202.76.40) 0.415 ms 1.364 ms 0.478 ms 2 thunder.sdsc.edu (198.202.75.5) 1.027 ms 1.959 ms 0.845 ms 3 piranha.sdsc.edu (132.249.30.8) 1.392 ms 0.971 ms 1.256 ms 4 sdg-hpr--sdsc-sdsc2-ge.cenic.net (137.164.27.53) 1.107 ms 0.833 ms 1.646 ms 5 lax-hpr1--sdg-hpr1-10ge-l3.cenic.net (137.164.25.4) 12.299 ms 5.222 ms 4.129 ms 6 abilene-LA--hpr-lax-gsr1-10ge.cenic.net (137.164.25.3) 52.650 ms 5.328 ms 5.327 ms 7 snvang-losang.abilene.ucaid.edu (198.32.8.95) 13.085 ms 12.992 ms 13.272 ms 8 dnvrng-snvang.abilene.ucaid.edu (198.32.8.2) 42.376 ms 43.627 ms 36.447 ms 9 kscyng-dnvrng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.14) 47.407 ms * 60.791 ms 10 iplsng-kscyng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.80) 301.250 ms 298.888 ms * 11 chinng-iplsng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.76) 61.772 ms 60.848 ms 71.536 ms 12 abilene.nl1.nl.geant.net (62.40.103.165) 161.640 ms 161.587 ms 161.617 ms 13 nl.de1.de.geant.net (62.40.96.101) 167.426 ms 167.697 ms 167.412 ms 14 de1-1.de2.de.geant.net (62.40.96.130) 167.437 ms 167.747 ms 167.421 ms 15 de.it1.it.geant.net (62.40.96.62) 176.583 ms 177.143 ms 176.567 ms 16 it.es1.es.geant.net (62.40.96.185) 198.889 ms 198.929 ms 198.888 ms 17 clara-br-gw.es1.es.geant.net (62.40.105.14) 398.838 ms 398.819 ms 398.783 ms 18 200.0.204.194 (200.0.204.194) 399.577 ms 399.352 ms 399.363 ms 19 rj-pos2-0.bb3.rnp.br (200.143.253.102) 405.552 ms 405.193 ms 405.176 ms 20 rj7507-fastethernet6-1.bb3.rnp.br (200.143.254.93) 406.627 ms 405.902 ms 405.965 ms 21 ba-serial4-1-0.bb3.rnp.br (200.143.253.90) 436.836 ms 437.363 ms 437.128 ms 22 200.128.6.147 (200.128.6.147) 437.582 ms 438.540 ms 440.072 ms 23 200.128.80.130 (200.128.80.130) 440.742 ms 439.366 ms 438.056 ms 1: Introdução
Traceroute (www.traceroute.org) traceroute to 201.86.159.155 (201.86.159.155), 30 hops max, 38 byte packets 1 200.145.0.42 (200.145.0.42) 0.450 ms 0.400 ms 0.372 ms 2 cisco-voip.net.unesp.br (200.145.0.33) 0.289 ms 0.243 ms 0.207 ms 3 nap-quirino.net.unesp.br (200.145.255.237) 4.230 ms 4.218 ms 4.164 ms 4 ansp.ptta.ansp.br (FAPESP) (200.136.37.1) 4.212 ms 4.277 ms 4.663 ms 5 200.136.34.36 (Telefônica) (200.136.34.36) 11.551 ms 11.523 ms 11.445 ms 6 gvt-so-4-3-0-rc02.cta.gvt.net.br (189.59.246.5) 74.078 ms 74.079 ms 74.058 ms 7 gvt-ge-0-1-1-rc02.bsa.gvt.net.br (189.59.246.26) 74.381 ms 74.193 ms 74.161 ms 8 gvt-ge-4-0-0-rc01.bsa.gvt.net.br (189.59.250.1) 74.806 ms 73.736 ms 73.639 ms 9 gvt-ae-0.rd01.bsa.gvt.net.br (189.59.254.67) 74.509 ms 74.439 ms 74.090 ms 10 corporativo.gvt.net.br (200.175.182.152) 74.630 ms 75.153 ms 74.686 ms 11 201.86.159.155.adsl.gvt.net.br (201.86.159.155) 145.774 ms 232.914 ms * 1: Introdução
Perda de pacotes fila (buffer) anterior a um canal possui capacidade finita quando um pacote chega numa fila cheia, o pacote é descartado (perdido) o pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pelo sistema origem, ou não ser retransmitido 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
“Camadas” de Protocolos As redes são complexas! muitos “pedaços”: hosts roteadores enlaces de diversos meios aplicações protocolos hardware, software Pergunta: Há alguma esperança em conseguirmos organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes? 1: Introdução
Organização de uma viagem aérea bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) subida roteamento do avião bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião uma série de etapas 1: Introdução
Funcionalidade de uma empresa aérea em camadas bilhete (compra) bagagem (desp.) portão (embarque) pista (subida) roteamento avião Aeroporto de partida chegada centros de controle de tráfego aéreo intermediários roteam. avião bilhete (reclam.) bagagem (recup.) portão (desembq) pista (aterriss.) bilhete bagagem portão Subida/aterris. Roteam.avião Camadas: cada camada implementa um serviço através de ações internas à camada depende dos serviços providos pela camada inferior 1: Introdução
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 nos procedimentos dos portões de embarque não alteram o resto do sistema divisão em camadas é considerada prejudicial? Desvantagem potencial: duplicação de funcionalidades 1: Introdução
Pilha de protocolos Internet aplicação: dá suporte a aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP Quase sempre software transporte: transferência de dados host-a-host TCP, UDP rede: roteamento de datagramas da origem até o destino IP, protocolos de roteamento Misto de hardware e software enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos PPP, Ethernet Placa de interface de rede física: bits “no fio” aplicação transporte rede enlace física 1: Introdução
Camadas de Protocolo - Princípios cada camada corresponde a um nível de abstração necessário no modelo; cada camada possui funções próprias e bem definidas; as funções de cada camada foram escolhidas segundo a definição dos protocolos normatizados internacionalmente; as fronteiras entre camadas devem ser definidas de modo a minimizar o fluxo de informação nas interfaces; 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
Camadas: comunicação lógica Cada camada: é distribuída as “entidades” implementam as funções das camadas em cada nó as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras aplicação transporte rede enlace física 1: Introdução
Camadas: comunicação lógica Ex.: transporte recebe dados da aplicação adiciona endereço e verificação de erro para formar o “segmento” envia o “segmento” para a parceira espera que a parceira acuse o recebimento (ack) dados aplicação transporte rede enlace física transporte ack dados dados transporte TCP orientado a conexão segmenta e ajunta, manda e recebe, controle de fluxo para a aplicação UDP sem conexão mais simples e mais direto 1: Introdução
Camadas: comunicação física dados aplicação transporte rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física dados aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 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 . 1: Introdução
Encapsulamento origem destino aplicação transporte rede enlace física mensagem M aplicação transporte rede enlace física segmento Ht M datagrama Ht Hn M quadro Ht Hn Hl M enlace física Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M switch destino rede enlace física Ht Hn M Ht Hn M aplicação transporte rede enlace física Ht Hn Hl M M Ht Hn Hl M Ht M Ht Hn M roteador Ht Hn Hl M Switch=comutadores=não reconhecem endereço IP, apenas endereço MAC da camada de enlace. 1: Introdução
Roteiro do Capítulo 1 1.1 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
História da Internet 1961-1972: Estréia da comutação de pacotes 1972: 1961: Kleinrock (doutorando do MIT) – pela teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes para tráfego em rajadas 1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares 1967: Roberts (MIT) concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Research Projects Agency) 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet na UCLA (Univ. da Califórnia em LA) 1972: demonstração pública da ARPAnet ARPAnet com 15 nós ARPAnet – rede isolada e fechada NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim entre sistemas finais [RFC 001] primeiro programa de e-mail 1: Introdução
História da Internet fim dos anos 70: 1972-1980: Interconexão de redes novas e proprietárias 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: 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). fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM) 1979: ARPAnet com 200 nós Princípios de interconexão de redes de Cerf e Kahn (1974): 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 1: Introdução
História da Internet 1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes Época formidável de crescimento 1983: implantação do TCP/IP 1982: definição do protocolo SMTP para e-mail 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP 1985: definição do protocolo FTP 1988: controle de congestionamento do TCP Esforço para conectar universidades novas redes nacionais: Csnet e BITnet (interligar pesquisadores de universidades), NSFnet, Minitel (terminal gratuito para residências francesas) 100.000 hosts conectados numa confederação de redes 1: Introdução
História da Internet Anos 90: comercialização, a WWW Final dos anos 90 : comercialização da Web Produtos e serviços Estimativa de 50 milhões de computadores na Internet Estimativa de mais de 100 milhões de usuários enlaces de backbone a 1 Gbps 1996: criação do projeto INTERNET2 (rede voltada para saúde,educação e adm. pública) novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P2P início dos anos 90: ARPAnet desativada e substituída pela NSFnet (governamental para universidade e pesquisa) 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995) início dos anos 90 : Web inventada por Berners-Lee HTML, HTTP, servidor WEB e Browser Baseado em trabalho de hypertexto de [Bush 1945, Nelson 1960’s] 1994: Mosaic, posteriormente Netscape 1: Introdução
Mapa da Internet (Principais ISPs -1999) 1: Introdução
Evolução do Número de Hosts 1: Introdução
Evolução do Número de Web sites 1: Introdução
Internet/BR Posição absoluta do Brasil (Network Wizards, 01/04): A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989 pelo MCT. Conexão gratuita para instituições de ensino e pesquisa Abertura da Internet comercial no Brasil em 1995 Posição absoluta do Brasil (Network Wizards, 01/04): Número de hosts: 3.163.349 8o do Mundo 3o das Américas (México em 15o lugar com 1.333.406) 1o da América do Sul (Argentina em 22o lugar com 742.358) 14,1 milhões de internautas residenciais no Brasil(2006) 19 milhões de internautas no Brasil(2007) 1 bilhão de internautas no mundo (2006) 1: Introdução
Introdução: Resumo Foi coberta uma tonelada de material! visão geral da Internet o que é um protocolo? borda da rede, núcleo, rede de acesso Comutação de pacotes vs. Comutação de circuitos estrutura da Internet/ISPs desempenho: perda, atraso modelos de camadas e de serviços história Esperamos que agora você possua: contexto, visão geral, “sentimento” do que sejam redes maior profundidade, detalhes posteriormente no curso 1: Introdução