Redes de Computadores 1
Prof. Marcelo Diniz
Fonte: http://wps.aw.com/br_kurose_rede_1/
1: Introdução
1
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1c: Introdução
2
Como ocorrem as perdas e atrasos?
pacotes enfileiram nos buffers do roteador
r taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a
capacidade do link de saída.
r pacotes enfileram, esperam pela vez
pacote em transmissão (atraso)
A
B
enfileiramento de pacotes (atraso)
buffers livres (disponíveis): pacotes que chegam são
descartados (perda) se não houver buffers livres
1c: Introdução
3
Quatro fontes de atraso dos
pacotes
r 1. processamento do nó: r 2. enfileiramento
m tempo de espera no enlace de
m verificação de bits
saída até a transmissão
errados
m depende do nível de
m identificação do enlace de
congestionamento do roteador
saída
transmissão
A
propagação
B
processamento
do nó (nodal) enfileiramento
(fila)
1c: Introdução
4
Atraso em redes comutadas por
pacotes
3. Atraso de transmissão:
r R=largura de banda do
enlace (bps)
r L=compr. do pacote
(bits)
r tempo para enviar os
bits no enlace = L/R
transmissão
A
4. Atraso de propagação:
r d = compr. do enlace
r s = velocidade de
propagação no meio (~2x108
m/seg)
r atraso de propagação = d/s
Nota: s e R são valores
muito diferentes!
propagação
B
processamento
enfileiramento
no nó
1c: Introdução
5
Analogia com uma Caravana
100 km
Caravana
de dez carros
r
r
r
r
pedágio
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?
100 km
pedágio
r
r
r
Tempo para “atravessar” toda
a caravana através do pedágio
para a estrada = 12*10 = 120
seg
Tempo para que o último carro
se propaga do primeiro para o
segundo pedágio:
100km/(100km/h)= 1 h
R: 62 minutos
1c: Introdução
6
Analogia com uma caravana
(mais)
100 km
Caravana
de dez carros
r
r
r
pedágio
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?
100 km
pedágio
r
r
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!
m
Veja o applet Ethernet no site
da AWL
1c: Introdução
7
Atraso por nó
dnó  dproc  dfila  dtrans  dprop
r dproc = atraso de processamento
m tipicamente de poucos microsegs ou menos
r dfila = atraso de enfileiramento
m depende do congestionamento
r dtrans = atraso de transmissão
m = L/R, significativo para canais de baixa velocidade
r dprop = atraso de propagação
m poucos microsegs a centenas de msegs
1c: Introdução
8
Atrasos e rotas “reais” da Internet
r
r
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-afim até o destino. Para cada i:
m
m
m
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
1c: Introdução
9
Atrasos e rotas “reais”
traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurocom.fr
Três medições de atraso de
gaia.cs.umass.edu p/cs-gw.cs.umass.edu
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 link trans8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms
oceânico
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 * * *
* sem resposta (pacote perdido, roteador não responde)
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
1c: Introdução
10
Traceroute (www.traceroute.org)
traceroute to nuperc.unifacs.br (200.128.80.130), 30 hops max, 40 byte
packets
1 lightning.sdsc.edu (132.249.20.6) 0.729 ms 0.333 ms 0.471 ms
2 piranha.sdsc.edu (132.249.30.8) 0.343 ms 0.348 ms 0.358 ms
3 riv-hpr--sdsc-sdsc2-ge.cenic.net (137.164.27.53) 2.608 ms 2.547 ms
2.604 ms
4 lax-hpr--riv-hpr-10ge.cenic.net (137.164.25.4) 8.720 ms 8.680 ms 8.596
ms
5 clara--calren-hpr.cenic.net (137.164.27.91) 11.964 ms 11.928 ms 11.843
ms
6 tijuana-saopaulo.core.redclara.net (200.0.204.5) 178.829 ms 178.816 ms
178.712 ms
7 rnp-br-spau.peer.redclara.net (200.0.204.194) 365.759 ms 390.888 ms
374.856 ms
8 * * *
9 so-0-0-0-r1-ba.bkb.rnp.br (200.143.252.33) 203.427 ms 203.377 ms
203.390 ms
10 s2-ba.bkb.rnp.br (200.143.252.250) 203.894 ms 203.785 ms 244.287 ms
11 200.128.80.130 (200.128.80.130) 203.762 ms 203.937 ms 203.884 ms
1c: Introdução
11
Traceroute (www.traceroute.org)
traceroute to saturno.unifacs.br (200.223.74.117), 30 hops max, 40 byte packets
1 lightning.sdsc.edu (132.249.20.6) 0.515 ms 0.346 ms 0.228 ms
2 piranha.sdsc.edu (132.249.30.8) 0.348 ms 0.469 ms 0.362 ms
3 inet-lax-isp--sdsc-sdsc2-ge.cenic.net (137.164.24.205) 3.977 ms 4.238 ms 3.980 ms
4 lsanca3lcx1-gige14-0-13.wcg.net (64.200.200.49) 4.229 ms 3.862 ms 4.232 ms
5 lsanca3lcx1-globalcrossing-pos.wcg.net (64.200.142.194) 14.590 ms 14.764 ms 14.465
ms
6 so1-0-0-2488M.ar3.jfk1.gblx.net (67.17.72.26) 69.126 ms 69.305 ms 69.164 ms
7 Telemar-Norte-Leste-S-A.ge-1-2-1.ar3.JFK1.gblx.net (64.215.184.22) 76.708 ms 76.921
ms 77.094 ms
8 PO3-0.VLM-SP-ROTN-01.telemar.net.br (200.223.131.234) 187.207 ms 187.720 ms 187.424
ms
9 200.223.131.42 (200.223.131.42) 197.788 ms 197.973 ms 197.784 ms
10 PO6-0.BDEA-BA-ROTN-01.telemar.net.br (200.223.131.49) 228.203 ms 228.204 ms 228.256
ms
11 PO5-0.BDEA-BA-ROTD-02.telemar.net.br (200.223.131.62) 217.232 ms 217.442 ms 217.739
ms
12 Po3.BDEA-BA-ROTD-01.telemar.net.br (200.164.60.66) 228.179 ms 228.212 ms 228.578 ms
13 200.223.254.34 (200.223.254.34) 218.964 ms 218.848 ms 218.970 ms
14 200.223.64.90 (200.223.64.90) 234.829 ms 230.929 ms 231.592 ms
15 200.223.74.249 (200.223.74.249) 230.333 ms 231.585 ms 230.357 ms
16 * * *
1c: Introdução
12
Perda de pacotes
r fila (buffer) anterior a um canal possui capacidade
finita
r quando um pacote chega numa fila cheia, o pacote é
descartado (perdido)
r o pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó
anterior, pelo sistema origem, ou não ser
retransmitido
buffer
(área de espera)
A
B
pacote em transmissão
pacote que encontra o buffer
cheio é descartado/perdido
1c: Introdução
13
Vazão (Throughput)
r
vazão: taxa (bits/unidade de tempo) na qual
os bits são transferidos entre o
transmissor e o receptor
instantânea: taxa num certo instante de tempo
m média: taxa num período de tempo mais longo
m
link capacity
cano
que pode
server,envia
with
servidor
Rs bits/sec
fluído à
file(fluído)
of F bits
bits
no transportar
taxa de
to send
to client
cano
Rs bits/seg
link
capacity
cano
que pode
Rc bits/sec
transportar
fluído à
taxa de
Rc bits/seg
1c: Introdução
14
Vazão (mais)
r
Rs < Rc Qual é a vazão média fim-a-fim?
Rs bits/seg
 Rs
Rc bits/seg
> Rc Qual é a vazão média fim-a-fim?
Rs bits/seg
Rc bits/seg
Enlace gargalo
link no caminho fim-a-fim que restringe a vazão fim-a-fim
1c: Introdução
15
Vazão: cenário da Internet
r vazão por conexão
fim-a-fim:
min(Rc,Rs,RG)
r na prática: Rc ou Rs
são freqüentemente o gargalo
Rs
Rs
Rs
RG
Rc
Rc
Rc
1c: Introdução
16
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1c: Introdução
17
“Camadas” de Protocolos
As redes são complexas!
r muitos “pedaços”:
m hosts
m roteadores
m enlaces de diversos
meios
m aplicações
m protocolos
m hardware, software
Pergunta:
Há alguma esperança em
conseguirmos organizar
a estrutura da rede?
Ou pelo menos a nossa
discussão sobre redes?
1c: Introdução
18
Organização de uma viagem aérea
 Uma série de passos/ações
1c: Introdução
19
Funcionalidade de uma linha aérea em
camadas
Camadas: cada camada implementa um serviço
m através de ações internas à camada
m depende dos serviços providos pela camada
inferior
1c: Introdução
20
Por que dividir em camadas?
Lidar com sistemas complexos:
r estrutura explícita permite a identificação e
relacionamento entre as partes do sistema complexo
m modelo de referência em camadas para discussão
r modularização facilita a manutenção e atualização do
sistema
m mudança na implementação do serviço da camada é
transparente para o resto do sistema
m ex., mudança no procedimento no portão não afeta
o resto do sistema
r divisão em camadas é considerada prejudicial?
1c: Introdução
21
Pilha de protocolos (TCP/IP)
r aplicação: dá suporte a aplicações de
rede
m
FTP, SMTP, HTTP
r transporte: transferência de dados
processo a processo
m
TCP, UDP
r rede: roteamento de datagramas da
origem até o destino
m
IP, protocolos de roteamento
r enlace: transferência de dados
aplicação
transporte
rede
enlace
física
entre elementos de rede vizinhos
m
PPP, Ethernet
r física: bits “no fio”
1c: Introdução
22
Modelo de referência ISO/OSI
r apresentação: permite às aplicações
interpretar o significado dos dados,
ex., cifragem, compressão,
convenções específicas de máquina
r sessão: sincronização, verificação,
recuperação da troca de dados
r a pilha Internet não contém estas
camadas!
m estes serviços, caso necessários,
devem ser implementados na
aplicação
m eles são necessários?
aplicação
apresentação
sessão
transporte
rede
enlace
física
1c: Introdução
23
Comparação: OSI x TCP/IP
aplicação
apresentação
sessão
transporte
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
1c: Introdução
24
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1c: Introdução
25
Segurança de Redes
r O campo de segurança de redes lida com:
m como os bandidos podem atacar as redes
m como podemos defender as redes contra ataques
m como projetar arquiteturas que sejam imunes a ataques
r A Internet não foi projetada inicialmente com
(muita) segurança em mente
m
m
m
visão original: “um grupo de usuários mutuamente confiáveis
conectados a uma rede transparente 
Projetistas dos protocolos Internet estão “correndo atrás
do prejuízo”
Considerações sobre segurança em todas as camadas!
1c: Introdução
26
Os atacantes podem colocar malware
nos hospedeiros pela Internet
r O
Malware pode entrar nos hospedeiros através
de vírus, worms, ou cavalo de Tróia.
r
Spyware pode registrar teclas digitadas, sítios
web visitados, carregar informações para sítio de
coleta.
r Hospedeiro infectado podem ser incluídos numa
botnet, usada para gerar spams e ataques DDoS.
r
Malware é freqüentemente auto-replicante: cada
hospedeiro invadido procura invadir novos
hospedeiros.
1c: Introdução
27
Os atacantes podem colocar malware
nos hospedeiros pela Internet
r Cavalo de Tróia
m Parte escondida em
algum programa útil
m Hoje é encontrado
freqüentemente numa
página Web (Active-X,
plugin)
r Vírus
m Infecção pela execução
ativa de objetos
recebidos (ex., anexo de
e-mail).
m auto-replicante:
propaga-se para outros
hospedeiros, usuários

Worm:


infecção através da recepção
passiva de objetos que são
executados
auto-replicante: propaga-se
para outros hospedeiros,
usuários
Sapphire Worm: taxa agregada de scans/seg
nos primeiros 5 minutos do surto (CAIDA, UWisc data)
Introduction
28
Ataque a servidores e à infraestrutura da rede
r Negação de serviço (DoS): atacantes deixam os
recursos (servidor, banda) indisponíveis para o
tráfego legítimo sobrecarregando o recurso com
tráfego falso
1.
seleciona o alvo
2. Invade hospedeiros
na rede (vide botnet)
3. envia pacotes para o
alvo a partir de
hospedeiros invadidos
alvo
1c: Introdução
29
Os atacantes podem bisbilhotar
os pacotes
Bisbilhotagem (sniffing) de pacotes:
m
m
meios de difusão (Ethernet compartilhado, sem fio)
interface promíscua de rede lê/registra todos os
pacotes que passam (incluindo senhas!)
C
A
src:B dest:A

payload
B
O programa Wireshark usado para os
laboratórios no final do capítulo é um sniffer
grátis de pacotes
1c: Introdução
30
Os atacantes podem usar
endereços de origem falsos
r
Imitação (spoofing) de pacotes IP: envia
pacotes com endereços origem falsos
C
A
src:B dest:A
payload
B
1c: Introdução
31
Os atacantes podem gravar e
reproduzir
r
gravar e reproduzir: copia informações
confidenciais (ex., senha), para usar posteriormente
m o possuidor da senhaé aquele usuário do ponto de
vista do sistema
A
C
src:B dest:A
user: B; password: foo
B
1c: Introdução
32
Segurança de Rede
r Mais ao longo do curso
r Capítulo 8: foco em segurança
r técnicas de criptografia: usos óbvios e usos
não tão óbvios
1c: Introdução
33
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1c: Introdução
34
História da Internet
1961-1972: Estréia da comutação de pacotes
r
r
r
r
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 Research
Projects Agency)
1969: entra em operação o
primeiro nó da ARPAnet
1c: Introdução
35
História da Internet
1961-1972: Estréia da comutação de pacotes
r
1972:
m demonstração pública
da ARPAnet
m NCP (Network Control
Protocol) primeiro
protocolo host-host
m primeiro programa de
e-mail
m ARPAnet com 15 nós
1c: Introdução
36
História da Internet
1972-1980: Interconexão de redes novas e
proprietárias
r
r
r
r
r
r
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 do ATM)
1979: ARPAnet com 200 nós
Princípios de interconexão de
Cerf e Kahn:
m minimalismo, autonomia
- não é necessária
nenhuma mudança
interna para
interconectar redes
m modelo de serviço best
effort
roteadores sem estados
m controle
descentralizado
definem a arquitetura atual da
Internet
m
1c: Introdução
37
História da Internet
1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
r
r
r
r
r
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
r
r
novas redes nacionais:
Csnet, BITnet, NSFnet,
Minitel
100.000 hosts conectados
numa confederação de
redes
1c: Introdução
38
História da Internet
Anos 90 e 2000: comercialização, a Web, novas
aplicações
r
r
r
início dos anos 90: ARPAnet
desativada
1991: NSF remove restrições
ao uso comercial da NSFnet
(desativada em 1995)
início dos anos 90 : Web
m hypertexto [Bush 1945,
Nelson 1960’s]
m HTML, HTTP: BernersLee
m 1994: Mosaic,
posteriormente Netscape
m fim dos anos 90:
comercialização da Web
Final dos anos 90-00:
r
r
r
r
r
novas aplicações:
mensagens instantâneas,
compartilhamento de
arquivos P2P
preocupação com a
segurança de redes
est. 50 milhões de
computadores na Internet
est. mais de 100 milhões de
usuários
enlaces de backbone a Gbps
1c: Introdução
39
História da Internet
2007:
r ~500 milhões de hospedeiros
r Voz, Vídeo sobre IP
r Aplicações P2P: BitTorrent
(compartilhamento de arquivos)
Skype (VoIP), PPLive (vídeo)
r Mais aplicações: YouTube, jogos
r wireless, mobilidade
1c: Introdução
40
Evolução do Número de Hosts
1c: Introdução
41
Evolução do Número de Hosts
1c: Introdução
42
Internet/BR
EVOLUÇÃO DO NÚMERO DE HOSTS DO BRASIL
EVOLUÇÃO DA POSIÇÃO DO NÚMERO DE HOSTS
DO BRASIL EM RELAÇÃO AO MUNDO
1c: Introdução
43