Redes industriais - Internet Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

Internet – Componentes Milhões de dispositivos conectados: hosts = sistemas finais, rodando aplicações de rede; enlaces (canais) de comunicação – meios físicos: fibra ótica, fio de cobre, cabo coaxial, ondas de rádio e satélite; Taxa de transmissão (Mbps) = largura de banda (bandwidth); roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede;

Internet ISP local Rede da empresa ISP regional

Internet – Protocolos Protocolos: controla o envio e recepção de mensagens - ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP; Internet: “rede de redes” Internet pública x intranet privada (redes corporativas, governamentais) Padrões da Internet - desenvolvidos pela IETF: Internet Engineering Task Force; Documentos são denominados RFC: Request for comments;

Internet – Serviços Infra-estrutura de comunicação que permite o uso de aplicações distribuídas: WWW, email, jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos, etc.; Serviços de comunicação disponibilizados: Não confiável sem conexões (nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados); Confiável orientado à conexões;

Internet – Periferia e Núcleo Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, celulares, Smartphone, PDAs - Personal Digital Assistant (agenda digital); Núcleo da rede: Malha de roteadores; rede de redes, redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação;

Internet – Periferia e Núcleo Rede de acesso Periferia da rede Núcleo da rede

Internet – Periferia Sistemas finais (hosts): rodam programas de aplicação: 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. O usuário é cliente e servidor - ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule;

Internet – Periferia e Núcleo

Internet – Serviços Orientados Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais. handshaking: inicialização prepara para a transferência de dados; Inicializa o “estado” em 2 hosts que desejam se comunicar; TCP - Transmission Control Protocol: serviço orientado à conexão da Internet;

Internet – Serviços Orientados 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;

Internet – Serviços não Orientados Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais; UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão; transferência de dados não confiável; não controla o fluxo; nem congestionamento;

Internet – Serviços 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);

Internet – 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.

Internet – Núcleo da Rede

Comutação de Circuitos Recursos da rede (banda) são divididos em “pedaços” - Pedaços alocados às chamadas; O pedaço do recurso fica ocioso se não for usado pelo seu dono - (não compartilha); A divisão da banda de um canal é feita em “pedaços” (multiplexação): FDM – Frequency Division Multiplexing -divisão de freqüência TDM – Time Division Multiplexing - divisão de tempo

Comutação de Circuitos – FDM e TDM freqüência tempo TDM Exemplo: 4 usuários quadro compartimento Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento

Comutação de Pacotes Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes; Pacotes dos usuários A, B, C, compartilham os recursos da rede; Cada pacote usa toda a banda do canal (taxa de transmissão total do link); Recursos são usados quando necessário,

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;

Comutação de Pacotes C A B D E Ethernet 100 Mbps multiplexação estatística fila de pacotes esperando pelo enlace de saída

Circuitos x Pacotes Comutação de Pacotes: Ótima para dados em surtos, compartilhar recursos e não precisa estabelecer conexão; Congestionamento excessivo com atraso e perda de pacotes; Precisa de protocolos para transferência confiável de dados, bem como controle de congestionamento;

Circuitos x Pacotes Como fornecer um comportamento do tipo circuito? São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo; Ainda é um problema não resolvido;

Acesso Residencial Discado (Dialup) via modem: acesso direto ao roteador de até 56Kbps, sendo que não dá para navegar 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;

Acesso Residencial 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;

Acesso Residencial cable modem Laptops roteador/ firewall Ponto de wireless Laptops roteador/ firewall cable modem de/para Terminal da operadora (Cable Headend) Ethernet (pacotes comutados)

Acesso Residencial – Cable Modem HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial); Assimétrico: até 30Mbps (downstream), 2 Mbps (upstream); Rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP); Acesso compartilhado ao roteador pelas residências - implantação através de empresas de TV a cabo como a VIRTUA (Net).

Acesso Residencial Tipicamente entre 500 a 5.000 casas cable headend Rede de distribuição (simplificada) Tipicamente entre 500 a 5.000 casas Terminal da operadora servidores

Acesso Residencial FDM: Canais cable headend casa Rede de distribuição V I D E O A T C N R L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 FDM: Rede de distribuição (simplificada) casa

Acesso Institucional Rede local - LAN (Local Area Network) da empresa/universidade 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); Taxas de Transmissão: 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet;

Acesso Sem Fio 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 - Wireless Fidelity): 11 Mbps ou 54 Mbps

Acesso Sem Fio estação base hosts móveis roteador

Meio Físicos Na rede Ethernet, os meios físicos do IEEE 802.3 são codificadas como: <velocidade> <classe do meio> <distância> <Mbps> <baseband ou broadband> <x 100 m>

Meio Físicos - Cabos

Meio Físicos Cabo coaxial: fio transporta o sinal dentro de outro fio (blindagem); 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; Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta pulsos de luz e opera em alta velocidade ex.: 10 à 100 Gbps com baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético;

Meio Físicos - Cabos

Meio Físicos - Conectores

Meio Físicos - Cabos

Meio Físicos - Cabos

Provedores de Acesso - ISP No centro: ISPs “tier-1” - cobertura nacional e/ou internacional Redes comerciais (ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T) Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio): RNP (Rede Nacional de Pesquisa), CLARA (Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2 (EUA), Géant (Europa);

Provedores de Acesso - ISP Tier 1 ISP Provedores Tier-1 se interligam (peer) de forma privada

Provedores de Acesso - ISP ex. Embratel – banda nacional de 37Gbps http://www.embratel.net.br Roteadores Giga PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros

Conexões - Embratel Estados Unidos: Verizon, Sprint, NTT e Global Crossing Argentina: Verizon e Telmex; Portugal: Portugal Telecom

Conexões - Oi

Conexões - RNP

Provedores de Acesso - ISP “Tier-2” ISPs: ISPs menores (em geral regionais) Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2

Provedores de Acesso - ISP “Tier-3” ISPs e ISPs locais rede de última milha (“acesso”) - próximo aos sistemas finais;

Provedores de Acesso - ISP Um pacote passa através de diversas redes!

Modelo OSI

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 - Placa de interface de rede; Física: bits “no fio”

Comunicação nas Camadas aplicação transporte rede enlace física dados

Comunicação nas Camadas aplicação transporte rede enlace física dados ack

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