Fundamentos de Redes de Computadores CT-246 Introdução Fundamentos de Redes de Computadores

Objetivo da Introdução Obter contexto, terminologia, “sentimento” sobre redes. Apresenta-se um panorama geral das redes e da Internet, incluindo aspectos de hardware e software. Apresenta-se princípios fundamentais de arquitetura Fundamentos de Redes de Computadores

Crescimento da Internet Contam-se os endereços IP que tem nomes atribuídos a eles (Fonte: ftp://ftp.isc.org/www/survey/reports/2013/07/hosts.png ) Estima-se ~2 .5 bilhões de usuários Fundamentos de Redes de Computadores

Hoje da Internet Estão na Internet: Praticamente todos os sistemas públicos; Sistemas comerciais de maneira cada vez mais consistente (e-commerce). Sistemas de comunicação pessoal e empresarial (e-mail, video-conferência, chat...); Sistemas bancários. Lazer e informação... Com cloud computing (A volta do CPD?), onde se “centralizam” aplicações, plataformas e infra-estrutura, pressupõe-se uma rede particularmente forte (robusta, segura)

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Aplicações Comerciais Cliente/Servidor Servidores: Poderosos Computadores onde os dados são armazenados; Clientes: Máquinas mais simples que acessam os dados remotos. Um servidor cuida de um número grande de clientes Empresas maiores reúnem as redes através de VPNs – Virtual Private Networks. Fundamentos de Redes de Computadores

Aplicações Comerciais/Domésticas Não-Hierárquica (Peer-to-peer) Indivíduos constituem grupo livre que podem se comunicar com outros participantes do grupo; Exemplo: Napster, KaZaA (neoNapster). Em 2000 teve 50 milhões de fãs, caracterizando a maior violação de direitos autorais da história. Messenger, twitter, facebook, wiki, leilão on-line, IPTV, jogos; Imagine uma aplicação – você pode ficar rico! Ex: chuveiro com visor de quanta água já gastou (dentro e fora do banheiro...) Fundamentos de Redes de Computadores

Aplicações Comerciais/Domésticas Usuários Móveis: Smartphones: convergência entre telefonia e internet. Mobile Commerce: m-commerce; Redes de Sensores/Redes em Malha/ Robôs; Computadores Embarcados (“bat-relógio”); Novas demandas e paradigmas: Smart cities/ Smart grids; SDN; Internet of Things. Computação ubíqua: computação embutida no dia-a-dia => redes sem fio cada vez mais importantes. Fundamentos de Redes de Computadores

SDN - Software Defined Networking Redes Definidas por Software Muitas funções complexas ficam na infraestrutura. Apesar das redes serem projetadas para serem simples – basicamente Ethernet, IP – requisitos de controle foram criando uma complexidade difícil de dominar. Abstrações são o caminho da simplificação. Exemplos de sucesso em abstração: Linguagens, Sos. Fundamentos de Redes de Computadores

SDN - Software Defined Networking Não mais projetar protocolos de controle distribuído, mas definir uma função de controle centralizado. Configuração = Função (Visão da Rede) Fundamentos de Redes de Computadores

- Internet of Things (IoT) Internet de Coisas - Internet of Things (IoT) - termo usado por Kevin Ashton in 1999: “If we had computers that knew everything there was to know about things - using data they gathered without any help from us - we would be able to track and count everything, and greatly reduce waste, loss and cost. We would know when things needed replacing, repairing or recalling, and whether they were fresh or past their best. The Internet of Things has the potential to change the world, just as the Internet did. Maybe even more so." Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Implicações sociais Novos problemas: sociais, morais, políticos ... (não abordaremos diretamente): Excesso de informações, informações sem filtro, por vezes ofensivas; Censurar? Leis conflitantes nos países. (ex: cassinos e jogadores de países diferentes). Qual o papel dos operadores? Gmail pode ler seu e-mail... Como combater pirataria? Envio de mensagens anônimas, permite-se? Empregador pode investigar e-mail do empregado? E na Universidade? E o Governo? Fraudes em grande escala – O crime organizado usa a Internet. Roubo de identidade (phishing) através de coleta de dados. Tribunais podem se lotar de casos.. . Fundamentos de Redes de Computadores

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Hardware - Tecnologias Há 2 tipos de tecnologias de transmissão: Links de difusão (Broadcast) Um canal de comunicação compartilhado por todas as máquinas da rede – pode incluir multicast; Links Ponto-a-Ponto A rede é feita de conexões entre pares de máquinas. Normalmente redes menores, geograficamente próximas tendem a usar broadcast e redes maiores tendem a usar ponto-a-ponto. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Escala Fundamentos de Redes de Computadores

PANs - Personal Area Networks Redes que se comunicam com o alcance de uma pessoa. Tipicamente para conectar um computador a seus dispositivos periféricos. Bluetooth – projeto de rede pessoal sem fio mais comum. O PC é o mestre , os dispositivos os escravos. O mestre diz aos escravos que endereços usar, que frequência usar, quando acessar o meio e tudo o mais necessário para comunicação. Fundamentos de Redes de Computadores

LAN – Local Area Networks Características que a distinguem das demais: Privativas em um prédio ou campus de poucos quilômetros de tamanho – no pior caso o tempo de transmissão é conhecido; Tecnologia de transmissão: normalmente um switch ao qual as máquinas se conectam com alta velocidade e baixa taxa de erros ou um ponto de acesso (AP) no caso de redes sem fio do tipo WiFi; Redes empresariais tendem a configurar VLANs (Virtual LANs) – a rede física não reflete a estrutura organizacional. Redes domésticas crescerão na medida da disponibilidade dos serviços úteis e baratos. (Serão sem fio?) Fundamentos de Redes de Computadores

MAN – Metropolitan Area Networks Características: Versão aumentada da LAN – normalmente usa tecnologia similar – cobre grupo de escritórios; pública ou privada Rede de TV a cabo. Operadoras começaram a oferecer serviços de Internet em partes não utilizadas do espectro. WiMax Fundamentos de Redes de Computadores

WAN – Wide Area Networks Grandes áreas geográficas – país ou continente; Os hosts estão conectados por uma sub-rede de comunicação que consiste dos componentes: linhas de transmissão que movem os bits entre as máquinas; elementos de comutação – computadores especializados que conectam linhas de transmissão (roteadores) . Surgem ISPs (Internet Service Providers) Exps: Redes de satélites, Redes de celular. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores A RNP A RNP foi criada em 1989 pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) com o objetivo de construir uma infra-estrutura de rede Internet nacional para a comunidade acadêmica. A rede começou a ser montada em 1991. Em 94, já atingia todas as regiões do país. Telefonia sobre a rede Internet, TV digital transmitida pela rede, educação a distância e videoconferência IP são algumas das aplicações que estão sendo implantadas. Fundamentos de Redes de Computadores

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Fundamentos de Redes de Computadores Comutação de Pacotes A mensagem é dividida em pacotes – mensagens de tamanho menor - cada um com seu número de seqüência. Com esta divisão da mensagem em pacotes: Ninguém monopoliza a rede por muito tempo; Ao perder um pacote só este deve ser retransmitido, não a mensagem inteira. Kleinrock em 1964 publicou o primeiro trabalho sobre comutação de pacotes. (Donald Davies? Larry Roberts? Baran?) Em 1969 supervisionou a primeira mensagem recebida no primeiro nó na Universidade da Califórnia. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Comutação de Pacotes Roteadores normalmente interligados por rede ponto-a-ponto (store-and-forward ou comutação de pacotes): o pacote é recebido por roteador intermediário, armazenado e encaminhado quando a linha solicitada for liberada. Fundamentos de Redes de Computadores

Atrasos e Perdas em Redes de Comutação de Pacotes (Kurose) - 1 Calcular o atraso no nó A (roteador) Atraso de Processamento: Examinar cabeçalho do pacote e determinar para onde direcioná-lo; verificar erros (da ordem de microsegundos ou menos). Direcionar a fila para roteador B. Atraso de Fila: depende da intensidade e natureza do tráfego – se fila vazia, atraso zero. (da ordem de micro a milisegundos). Fundamentos de Redes de Computadores

Atrasos e Perdas em Redes de Comutação de Pacotes (Kurose) - 2 Atraso de Transmissão: tempo para “empurrar” bits para o enlace. Suponha FIFO – Considerar: R = largura de banda do link (bps) L = tamanho do pacote (bits) Tempo para enviar bits ao link = L/R (da ordem de micro a milisegundos). Atraso de Propagação: tempo para propagar o bit do inicio do enlace ao fim. Considerar: d = comprimento do link físico s = velocidade de propagação no meio (2x108 a 3x108 m/s – velocidade da luz em um meio) Atraso de propagação = d/s. (em WANs da ordem de milisegundos) Fundamentos de Redes de Computadores

Analogia da caravana (Kurose) pedágio pedágio 100 km 100 km caravana de 10 carros Carro = bit; caravana = pacote  Carros se “propagam” a 100 km/h  Pedágios levam 12 s para atender um carro (TTransmissão). O primeiro carro aguarda os outros 9 antes de passar. Quanto tempo levará até a caravana ser alinhada antes do 2o pedágio? Tempo para “empurrar” a caravana toda pelo pedágio até a estrada = 12 . 10 = 120 s = 2 min (TTransmissão) Tempo para o último carro se propagar do 1o ao 2o pedágio: 100 km/(100 km/h) = 1 h = 60 min (TPropagação) Resposta: 62 minutos Fundamentos de Redes de Computadores

Atrasos de Fila (Kurose) O atraso mais complicado e interessante é o atraso de fila, varia de pacote a pacote: se 10 pcs chegarem a uma fila o primeiro não espera, e o último espera 9 pcs. Usa-se estatística. R = largura de banda do link (bps) L = tamanho do pacote (bits) (simplificação: todos tem mesmo tamanho) a = taxa média de chegada de pacotes (pcs/sec) Taxa média com que os bits chegam a fila La bits/sec Intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: atraso médio de fila pequeno La/R -> 1: atraso se torna grande La/R > 1: mais trabalho chega do que a capacidade de transmissão. O atraso médio cresce indefinidamente! Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Software de Rede O software permite que a comunicação se efetive. Protocolos: Conjunto de Regras e Convenções que permite a troca de informações. Exemplo: Saudar uma moça americana e a Rainha da Inglaterra exige convenções diferentes. Protocolos estruturados em camadas ou níveis: permite flexibilidade e independência na implementação das tarefas. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Comunicação em Níveis Exemplo: Conversa de filósofos Nível 3 Filósofo A: urdo e inglês Filósofo B: Chinês e Francês Nível 2 Tradutores conversam em Holandês Nível 1 Secretárias transmitem a mensagem. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Pilha de Protocolos Protocol Stack – lista de protocolos usados por um certo sistema, um protocolo por nível. A maioria dos níveis deve conter: Mecanismo para identificar origem/destino – alguma forma de endereçamento; Regras de transferência (simplex, half, full-duplex); Controle de erros – os circuitos não são perfeitos; Sequenciamento das mensagens – a ordem não necessariamente é preservada; Processamento de mensagens arbitrariamente longas. Controle de fluxo: evitar que o tx sature o rx. Qualidade de serviço: mecanismos para atender os requisitos das diferentes aplicações. Confidencialidade e integridade. Fundamentos de Redes de Computadores

Fluxo de Informações entre níveis Cada nível acrescenta um cabeçalho com informações de controle. A comunicação entre processos pares é horizontal Note que no nível 3 a mensagem que chegou ultrapassou o tamanho limite e teve que ser quebrada em duas. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Tipos de Serviços Os níveis podem oferecer 2 tipos de serviço aos níveis superiores: Orientado a conexão – semelhante ao sistema telefônico: Estabelece a conexão (pode-se negociar parâmetros); Utiliza a conexão estabelecida; Libera a conexão. Sem conexão - semelhante ao sistema postal: Cada mensagem tem o endereço de destino completo e cada uma é roteada pelo sistema independentemente de outra mensagem. Assim é possível que as mensagens cheguem fora de ordem. Chamado de serviço de datagrama. Serviço de datagrama com confirmação = carta registrada. Comparação envolve custo (banda e tempo) x confiabilidade. Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Protocolos e Serviços Protocolos: Regras que governam o formato e significado de mensagens trocadas entre entidades parceiras dentro de um nível. (Horizontal). Serviços: Conjunto de operações (primitivas) que um nível oferece ao nível superior. Refere-se a interface entre dois níveis, com o nível inferior sendo o provedor de serviço e o nível superior o usuário do serviço (Vertical). Sendo desacoplados, é possível mudar um protocolo e manter os serviços. Obs: Hoje se pesquisa cross-layer Fundamentos de Redes de Computadores

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Fundamentos de Redes de Computadores Modelos de Referência OSI (Open System Interconnection) – década de 70 - proposta desenvolvida pela ISO (International Standards Organization) que deu o primeiro passo rumo à padronização internacional dos protocolos; modelo bastante geral e ainda válido, embora os protocolos sejam raramente usados; TCP/IP – Surgiu da necessidade prática de interligar redes na ARPANET (vovó de todas as redes). DoD, patrocinador da ARPANET queria uma arquitetura que mantivesse as conexões entre origem de destino mesmo em caso de perda da sub-rede; o modelo não é muito utilizado, mas os protocolos têm uso geral. Fundamentos de Redes de Computadores

Ilustração do Modelo OSI Composto de 7 níveis: Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores IEEE 802 IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers. Os padrões da família IEEE 802 são uma restrição ao modelo OSI, orientados a redes locais. Buscou-se correspondência com modelo OSI/ISO, interconexão de equipamentos com custo moderado, implantação a custo moderado. Fundamentos de Redes de Computadores

Grupos de trabalho IEEE 802 Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores Modelo TCP/IP O nome é derivado dos 2 principais protocolos: IP (Internet Protocol): entregar pacotes– roteamento evitando congestionamentos TCP/UDP (Transmission Control Protocol / User Datagram Protocol): Garantem a comunicação entre parceiros fim-a-fim. TCP – protocolo orientado a conexão UDP – Protocolo sem conexão (não confiável). O modelo TCP/IP foi definido pela primeira vez por Cerf e Kahn (1974) depois melhorado e definido como padrão da Internet. Fundamentos de Redes de Computadores

Correspondência TCP/IP - OSI Modelo TCP/IP com alguns protocolos que serão estudados Fundamentos de Redes de Computadores

Modelo de Referência adotado pelo Tanenbaum Modelo Híbrido Modelo de Referência adotado pelo Tanenbaum Fundamentos de Redes de Computadores

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Visão Geral da Internet DSL – Digital Subscriber Line: convertem sinais digitais em analógicos, usam a rede telefônica; conexão discada também usa rede telefônica com menor largura de banda (outro tipo de modem); CMTS – Cable Modem Termination System – aproveitam cabos de TV; FTTH – Fiber to the Home; POP – Point of Presence – onde pacotes entram no ISP; IXP – Internet eXchange Points: onde ISPs trocam tráfego (também chamado NAP – Network Access Points). Fundamentos de Redes de Computadores

Quem é quem para padrões Internet Termos importantes: IAB (Internet Architecture Board): comitê que supervisiona Internet. Coordena: IRTF: Internet Research Task Force – pesquisas a longo prazo; IETF: Internet Engineering Task Force – questões de engenharia a curto prazo. Com vários grupos de trabalho. RFC (Request For Comment): relatórios com resultados das especificações técnicas, estudos e resultados de investigação. Foi a forma idealizada pela ARPA para difundir os resultados de investigação e encorajar a discussão pública de projetos. As RFC's tornaram-se em termos práticos, os registros oficiais de projetos. Fundamentos de Redes de Computadores

Quem é quem para padrões Internet Termos importantes: ONF(Open Network Foundation): organização dedicada a promoção e adoção de SDN através do desenvolvimento de padrões abertos. Alguns dos membros: Alcatel-Lucent, Brocade Communication Systems, China Mobile Research Center, Cisco Systems, Citrix Systems, Dell/Force10 Networks, Deutsche Telekom, Ericsson, Facebook, Fujitsu, Google, HP, IBM, Intel, Juniper Networks, Microsoft, NEC, Oracle, Samsung, Telecom Italia, Telefonica, Texas Instruments, Verizon, VMware Fundamentos de Redes de Computadores