Redes de Computadores
Prof. Fábio M. Costa
[email protected]
www.inf.ufg.br/~fmc/TPR
1: Introdução
1
Abordagem Seguida no Curso
 Tradicional (bottom-up)
 Abordagem Top-Down
Aplicação
Aplicação
Transporte
Transporte
Rede
Rede
Enlace
Enlace
Física
Física
1: Introdução
2
Livro Texto e Material de Apoio
 Computer Networking: A Top-Down
Approach Featuring the Internet, 2nd. Ed.


James F. Kurose & Keith W. Ross
Addison-Wesley, 2003
 Edição em Português:
 Redes de Computadores: Uma nova abordagem
baseada na Internet
 Ed. PearsonEducation, 2002
 Site de apoio:
 http://www.awl.com/kurose-ross
 Slides: http://www.inf.ufg.br/~fmc/TPR
1: Introdução
3
Parte I: Introdução
Objetivo do capítulo:
 entender o contexto,
visão geral, “sentir” 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 da rede
 o núcleo da rede
 rede de acesso e meio físico
 desempenho: perda, atraso
 camadas de protocolos,
modelos de serviço
 backbones, NAPs, ISPs
 história
 redes ATM
1: Introdução
4
O que é a Internet: visão dos componentes
 Milhões de dispositivos de
computação conectados:
hosts, sistemas finais


workstations de PCs,
servidores
telefones com PDA’s,
torradeiras
roteador
servidor
ISP local
ISP regional
rodando aplicações de rede

Enlaces (canais) de
comunicação


workstation
dispositivo
móvel
fibra, cobre, rádio, satélite
Roteadores: encaminham
pacotes (pedaços) de dados
através da rede
Rede da
empresa
1: Introdução
5
Alguns dispositivos “interessantes”
com acesso à Internet
Porta-retrato IP
http://www.ceiva.com/
Um minúsculo servidor WEB
http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Torradeira conectada à WEB com
função de previsão de tempo
http://dancing-man.com/robin/toasty/
1: Introdução
6
O que é a Internet: visão dos componentes

Protocolos: controlam o
envio e recepção de
mensagens


ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
roteador workstation
servidor
móvel
ISP local
Internet: “rede de redes”


livremente hierárquica
Internet pública versus
intranet privada
 Padrões Internet
 RFC: Request for comments
 IETF: Internet Engineering
Task Force
ISP regional
Rede da
empresa
1: Introdução
7
O que é a Internet: visão dos serviços
 A
infra-estrutura de
comunicação permite o
uso de aplicações
distribuídas:


WWW, email, jogos, ecomércio, bacos de dados,
votações, compartilhamento
de arquivos (ex.: MP3)
mais?
 Serviços de comunicação
disponibilizados:


sem conexões
orientado a conexões
1: Introdução
8
O que é um protocolo?
Protocolos humanos:
 “que horas são?”
 “tenho uma dúvida”
 apresentações
Protocolos de rede:
 máquinas ao invés de
pessoas
 todas as atividades de
comunicação na Internet
são governadas por
protocolos
… msgs específicas são
enviadas, segundo
protocolos definem o formato e
uma ordem préestabelecida
ordem das mensagens enviadas
e recebidas pelas entidades da
… ações específicas são
rede, bem como as ações
realizadas quando as
tomadas quando da
msgs são recebidas,
transmissão ou recepção
ou acontecem outros
destas mensagens
1: Introdução
9
eventos
O que é um protocolo?
um protocolo humano e um protocolo de rede:
Oi
TCP connection
request
Oi
TCP connection
reply.
Que horas
são?
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
2:00
tempo
<arquivo>
P: Apresente outro protocolo humano!
1: Introdução
10
Uma olhada mais de perto na
estrutura da rede:
 Borda da rede:
aplicações e
hospedeiros (hosts)
 Núcleo da rede:


roteadores
rede de redes
 Redes de acesso,
meio físico: enlaces
de comunicação
1: Introdução
11
A borda da rede:
 Sistemas finais (hosts):



rodam programas de aplicação
ex.: WWW, email
na “extremidade da rede”
 Modelo cliente/servidor


o host cliente faz os pedidos,
são atendidos pelos servidores
ex.: cliente WWW (browser)/
servidor; cliente/servidor de
email
 Modelo


peer-to-peer :
interação simétrica entre os
hosts
ex.: teleconferência, NAPSTER.
1: Introdução
12
Borda da rede: serviço orientado a
conexões
serviço TCP [RFC 793]
Objetivo: transferência de
 transferência de dados
dados entre hosts.
 handshaking: inicializa
(prepara para) a transf. de
dados


Alô,... alô (protocolo humano) 
inicializa o “estado” em dois
hosts que desejam se
comunicar

Transmission
Control Protocol
 TCP 
serviço orientado a conexão
da Internet
através de um fluxo de
bytes ordenados e confiável

perda: tratata através de
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.
1: Introdução
13
Borda da rede: serviço sem conexão
Objetivo: transferência de
dados entre sistemas
finais

mesmo que antes!
User Datagram
Protocol [RFC 768]:
 UDP -
serviço sem conexão da
Internet
 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,
teleconferência,
telefonia Internet
1: Introdução
14
Capítulo 1: Roteiro
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é a Internet?
A borda da rede
O núcleo da rede
Acesso à rede e meios físicos
Estrutura da Internet e ISPs
Atraso e perda em redes de comutação de
pacotes
Camadas de protocolos, modelos de
serviço
Histórico
1: Introdução
15
O Núcleo da Rede
 Malha de roteadores
interconectados
 A pergunta fundamental:
como os dados são
transferidos através da
rede?
 comutação de
circuitos: circuito
dedicado por chamada:
rede telefônica
 comutação de pacotes:
os dados são enviados
através da rede em
pedaços discretos.
1: Introdução
16
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 garantido
(como em um circuito físico)
 necessita estabelecimento
de conexão
1: Introdução
17
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):
 divisão de frequência (FDM)
 divisão de tempo (TDM)
1: Introdução
18
Comutação de Circuitos: FDM e TDM
Exemplo:
FDM
4 usuários
freqüência
tempo
TDM
freqüencia
tempo
1: Introdução
19
Núcleo da Rede: Comutação de
Pacotes
Disputa por recursos:
Cada fluxo de dados fim-a-  a demanda total pelos
fim é dividido em pacotes
recursos pode superar a
quantidade disponível
 pacotes dos usuários A e B
compartilham os recursos  congestionamento:
da rede
pacotes são enfileirados,
esperando para usar o
 cada pacote usa toda a
enlace
banda do canal
 armazena e retransmite:
 recursos são usados
pacotes se deslocam uma
quando necessário,
etapa (hop) por vez
Divisão da banda em “pedaços”
 transmite num enlace
Alocação dedicada
 espera a vez no
Reserva de recursos
próximo enlace
1: Introdução
20
Núcleo da Rede: Comutação de
Pacotes
Ethernet
10 Mbs
A
B
multiplexação estatística
C
1,5 Mbs
fila de pacotes
esperando pelo
enlace de saída
D
45 Mbs
E
Comutação de pacotes versus comutação de
circuitos: analogia com restaurantes
 existem outras analogias humanas?
1: Introdução
21
Núcleo da Rede: Comutação de
Pacotes
Comutação de pacotes:
comportamento de
armazenamento e
retransmissão (store
and forward)
 Quebra uma mensagem
em pedaços menores
(pacotes)
 Store-and-forward:
comutador espera a
chegada do pacote
completo e o
encaminha/roteia para
o próximo comutador
1: Introdução
22
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
N usuários
circuitos:

10 usuários
Enlace de
1 Mbps
 comutação por
pacotes:

com 35 usuários,
probabilidade > 10
ativos menor que 0,004
1: Introdução
23
Comutação de pacotes versus comutação
de circuitos
A comutação de pacotes ganha de lavada?
 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
1: Introdução
 ainda é um problema não resolvido (cap. 6)
24
Segmentação de Mensagens
 Transmissão de mensagens longas
 como uma única unidade de transmissão
 store-and-forward da mensagem completa


segmentadas em uma série de pacotes
transmitidos independentemente
pipeline no uso dos componentes da rede!
1: Introdução
25
Segmentação de Mensagens e
Desempenho
 Sem segmentação: cada
mensagem precisa ser
armazenada
completamente em cada
comutador antes de ser
retransmitida

longa espera em cada
comutador
 Uso seqüencial dos
componentes da rede

desperdício de recursos
1: Introdução
26
Segmentação de Mensagens e
Desempenho
 Com segmentação em
pacotes:

cada componente da
rede pode “trabalhar”
em paralelo em pacotes
diferentes da
mensagem
 Resulta em um menor
atraso total de
transmissão da
mensagem

um fator de 3 neste ex.!
 Ver applet
1: Introdução
27
Redes comutadas por pacotes:
roteamento

Objetivo: mover pacotes entre roteadores da
origem até o destino

serão estudados diversos algoritmos de escolha de
caminhos
 redes de datagrama:
 o endereço do destino determina próxima etapa
 rotas podem mudar durante a sessão
 analogia: dirigir, pedindo informações
 redes de circuitos virtuais:
 cada pacote contém uma marca (id. do circuito virtual), a
qual determina a próxima etapa
 caminho fixo determinado no estabelecimento da chamada,
permanece fixo durante a chamada
 roteadores mantêm estados para cada chamada
1: Introdução
28
Redes de Circuitos Virtuais
 Cada roteador mantém uma tabela de VCs:


Uma entrada para cada VC passando por ele
Indicando a interface de rede através da qual
pacotes de cada VC devem ser encaminhados
 Cada VC recebe um número único no
contexto de um roteador

O mesmo VC pode ser identificado através de
números diferentes em roteadores (e links)
distintos ao longo do caminho
 Pacotes são identificados pelo número do
VC ao qual pertencem
1: Introdução
29
Redes de Circuitos Virtuais (cont.)
 Protocolo de sinalização
 Usado para o estabelecimento de circuitos virtuais
 Antes que transferência de dados real possa ocorrer
application
transport 5. Data flow begins
network 4. Call connected
data link 1. Initiate call
physical
6. Receive data application
3. Accept call transport
2. incoming call network
data link
physical
1: Introdução
30
Redes de Circuitos Virtuais:
Exemplo
 De A para B
 A ---- PS1 ---- PS2 ---- B
12
22
32
Tabela de VCs em PS1:
Incoming
interface
Incoming VC #
Outgoing
Interface
Outgoing VC #
1
12
3
22
2
63
1
18
3
7
2
17
1
97
3
87
...
...
...
...
1: Introdução
31
Redes de Datagrama
 Rota determinada para cada pacote
individual
 Pacotes podem seguir rotas diferentes
 Tabela de rotas em cada roteador



indica a próxima etapa (hop) no caminho a ser
seguida para se chegar a cada destino conhecido
com base no endereço de destino
endereços organizados de forma hierárquica
• Ex.: rede + máquina
 Análogo ao sistema postal
1: Introdução
32
Redes de Datagrama (cont.)
 Não é necessário tempo inicial de preparação da
conexão
 Dados começam a ser transmitidos imediatamente
application
transport
network
data link 1. Send data
physical
application
transport
2. Receive data network
data link
physical
1: Introdução
33
Redes de Datagrama: Exemplo de
Tabela de Rotas
[email protected]:~> netstat -r
Kernel IP routing table
Destination
Gateway
200.137.197.128 apollo.inf.ufg.
200.137.197.192 artemis.inf.ufg
200.137.197.0
*
200.137.197.64 *
default
ares.inf.ufg.br
Genmask
255.255.255.192
255.255.255.192
255.255.255.192
255.255.255.192
0.0.0.0
Flags
UG
UG
U
U
UG
MSS
40
40
40
40
40
Window
0
0
0
0
0
irtt
0
0
0
0
0
Iface
eth1
eth1
eth1
eth0
eth1
Genmask
255.255.255.192
255.255.255.192
255.255.255.192
255.255.255.192
0.0.0.0
Flags
UG
UG
U
U
UG
MSS
40
40
40
40
40
Window
0
0
0
0
0
irtt
0
0
0
0
0
Iface
eth1
eth1
eth1
eth0
eth1
[email protected]:~>
[email protected]:~> netstat -nr
Kernel IP routing table
Destination
Gateway
200.137.197.128 200.137.197.2
200.137.197.192 200.137.197.6
200.137.197.0
0.0.0.0
200.137.197.64 0.0.0.0
0.0.0.0
200.137.197.1
[email protected]:~>
1: Introdução
34
Topologia da Rede Correspondente
200.137.197.192
200.137.197.128
zeus.inf.ufg.br
eth0
apollo
artemis
200.18.197.2
200.18.197.6
eth1
200.137.197.0
200.137.197.64
200.137.197.1
UFGNet
ares.inf.ufg.br
1: Introdução
35
Taxonomia de Redes de
Computadores
Redes de
Telecomunicações
Redes de Comutação
de Circuitos
FDM
TDM
Redes de Comutação
de Pacotes
Redes com
VCs
Redes de
Datagrama
• O fato de uma rede ser baseada em datagramas não implica
em que ela seja orientada a conexões ou sem conexões
• A Internet oferece ambos os tipos de serviço às aplicações:
orientado a conexões (TCP) e sem conexões (UDP)
1: Introdução
36
Capítulo 1: Roteiro
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é a Internet?
A borda da rede
O núcleo da rede
Acesso à rede e meios físicos
Estrutura da Internet e ISPs
Atraso e perda em redes de comutação de
pacotes
Camadas de protocolos, modelos de
serviço
Histórico
1: Introdução
37
Acesso à rede e meios físicos
P: Como conectar os sistemas
finais aos roteadores de
borda?
 redes de acesso residencial
 redes de acesso
institucional (escola,
empresa)
 redes de acesso móvel
Considere:
 largura de banda (bits por
segundo) da rede de
acesso?
 compartilhada ou dedicada?
1: Introdução
38
Acesso residencial: acesso
ponto-a-ponto
 Discado (Dialup) via
modem


acesso direto ao
roteador; até 56Kbps
(teoricamente)
Inconveniente: não é
possível utilizar o
telefone ao mesmo
tempo
 RDSI/ISDN:
 rede digital de serviços
integrados: conexão
digital de 128Kbps ao
roteador.
asymmetric digital
subscriber line
 ADSL:

até 1 Mbps casa-pararoteador (provedor)
• 4KHz – 50KHz

até 8 Mbps roteador-paracasa
• 50KHz – 1MHz



telefone: 0KHz – 4KHz
FDM:
Ex.: Serviço Turbo® da
Brasil Telecom 1: Introdução
39
Acesso residencial: cable modems
 HFC: hybrid fiber coax
 assimétrico: até 10Mbps
subida (upstream), 1 Mbps
descida (downstream)
 rede de cabos e fibra
conectam as residências ao
roteador do ISP


acesso compartilhado ao
roteador pelas residências
questões: congestionamento,
dimensionamento
 implantação: disponível
através de empresas de TV
a cabo, ex.: AJATO (TVA)
e VIRTUA (Net)
Aproveita a infraestrutura das redes de
TV a cabo
1: Introdução
40
Acesso residencial: cable modems
Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html
1: Introdução
41
Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral
Tipicamente: 500 a 5.000 casas
cable headend
rede de distribuição
via cabo (simplificada)
casa
1: Introdução
42
Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral
cable headend
rede de distribuição
via cabo (simplificada)
casa
1: Introdução
43
Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral
servidores
cable headend
rede de distribuição
via cabo (simplificada)
casa
1: Introdução
44
Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral
FDM:
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
D
A
T
A
D
A
T
A
C
O
N
T
R
O
L
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Canais
cable headend
rede de distribuição
via cabo
casa
1: Introdução
45
Acesso institucional: rede local
 rede local (LAN -
Local Area
Network) da empresa/univ.
conecta sistemas finais ao
roteador de borda
 Ethernet:
 cabos compartilhados ou
dedicados conectam o
sistema final ao roteador
 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit
Ethernet, 10Gbit Ethernet
 instalação: instituições,
brevemente nas residências
 LANs: serão vistas no Cap. 5.
1: Introdução
46
Redes de acesso sem fio (wireless)
 rede de acesso compartilhado
sem fio conecta o sistema final
ao roteador
 LANs sem fio:


ondas de rádio substituem os fios
802.11b (WiFi): 11Mbps
roteador
estação
base
 acesso sem fio com maior
cobertura

GPRS: acesso sem fio ao roteador
do ISP através da rede celular
• 2,5G


3G ~ 384Kbps (2Mbps???)
WAP (Wireless Application
Protocol)
hosts
móveis
1: Introdução
47
Redes locais residenciais
Componentes típicos de uma rede local residencial:
 moden ADSL ou cable modem
 roteador/firewall
 Ethernet
 ponto de acesso para a rede sem fio (wireless)
de/para o
cable headend
cable roteador/
modem firewall
Ethernet
(switched)
wireless
laptops
wireless
access
point
1: Introdução
48
Meios Físicos
 enlace físico: bit de
dados transmitido se
propaga através do
enlace
 meios guiados:

os sinais se propagam
em meios sólidos: cobre,
fibra
 meios não guiados:
 os sinais se propagam
livremente (através do
ar), ex. rádio
Par Trançado (TP Twisted Pair)
 dois fios de cobre
isolados


Categoria 3: fios
tradicionais de
telefonia, 10 Mbps
Ethernet
Categoria 5 TP:
100Mbps Ethernet
1: Introdução
49
Meios físicos: cabo coaxial, fibra
Cabo coaxial:
 fio (transporta o sinal)
dentro de outro fio
(blindagem)


banda básica (baseband):
canal único no cabo
banda larga (broadband):
múltiplos canais num cabo
 bidirecional
 uso comum em Ethernet
Cabo de fibra óptica:
 fibra de vidro transporta
pulsos de luz
 opera em alta velocidade:


Ethernet 100Mbps
transmissão ponto a ponto
de alta velocidade (ex., 10
Gbps)
 baixa taxa de erros
10Mbs
1: Introdução
50
Meios físicos: rádio
 sinal transportado em
ondas eletromagnéticas
 não há “fio” físico
 bidirecional
 efeitos do ambiente de
propagação:



reflexão
obstrução por objetos
interferência
Tipos de enlaces de rádio:
 microondas
 ex.: canais de até 45 Mbps
 LAN (ex., IEEE 802.11b)
 2Mbps, 11Mbps
 longa distância (ex., celular)
 ex. CDPD, 10’s Kbps
 satélite
 canal de até 50Mbps (ou
múltiplos canais menores)
 atraso fim a fim de 270 mseg
 geosíncrono versus LEOS (low
earth orbit satellites)
1: Introdução
51
Capítulo 1: Roteiro
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é a Internet?
A borda da rede
O núcleo da rede
Acesso à rede e meios físicos
Estrutura da Internet e ISPs
Atraso e perda em redes de comutação de
pacotes
Camadas de protocolos, modelos de
serviço
Histórico
1: Introdução
52
Estrutura da Internet: rede de redes
 quase hierárquica
 provedores de backbones
ISP
local
nacionais/internacionais
(NBPs)


ex. Embratel, Banco Rural,
Global One
interconecta com cada um
dos outros de forma privada,
ou em pontos de troca de
tráfego públicos (PTTs)
 ISPs regionais
 conectam a NBPs
 ISP local, empresa
 conecta a um ISP regional
ISP regional
NBP B
PTT
PTT
NBP A
ISP regional
ISP
local
1: Introdução
53
Estrutura da Internet: rede de redes
 no centro da rede: ISPs da camada/nível 1
 ex.: Embratel, RNP
 cobertura nacional / internacional
 treat each other as equals
Interconexão
privada entre
provedores do
nível (tier) 1
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier 1 ISP
Interconexão
entre provedores
de nível 1 através
de pontos de
acesso à rede
públicos (NAPs ou
PTTs)
1: Introdução
54
Provedor de Backbone Nacional
ex. Embratel
http://www.embratel.net.br/internet/index.html
1: Introdução
55
Provedor de Backbone Nacional
ex. RNP
http://www.rnp.br/backbone/
1: Introdução
56
Estrutura da Internet: rede de redes
 ISPs do nível 2: menores (freqüentemente regionais)
 Conectam-se a um ou mais ISPs do nível 1 e, possivelmente, a
outros ISPs de nível 2
ISP do nível 2
paga a um ISP de
nível 1 pela
conexão ao resto
da Internet
 ISPs do nível 2
são clientes dos
ISPs de nível 1
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
NAP
Tier 1 ISP
ISPs de nível 2
também podem
se conectar
uns com os
outros de
maneira
privada ou via
NAPs
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
1: Introdução
57
Estrutura da Internet: rede de redes
 ISPs de nível 3 e ISPs locais
 rede de acesso, mais próxima dos sistemas finais (hosts)
local
ISP
Tier 3
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
ISPs de nível 3
Tier-2 ISP
e ISPs locais
são clientes de
Tier 1 ISP
ISPs de nível
NAP
mais alto,
através dos
quais eles se
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
conectam ao
resto da
Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
Internet
local
local
local
ISP
ISP
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
1: Introdução
58
Estrutura da Internet: rede de redes
 Um pacote passa através de várias redes!
local
ISP
Tier 3
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
local
ISP
ISP
NAP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
Tier-2 ISP
local
ISP
1: Introdução
59
Capítulo 1: Roteiro
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é a Internet?
A borda da rede
O núcleo da rede
Acesso à rede e meios físicos
Estrutura da Internet e ISPs
Atraso e perda em redes de comutação
de pacotes
Camadas de protocolos, modelos de
serviço
Histórico
1: Introdução
60
Atraso em redes comutadas por
pacotes
os pacotes experimentam  Processamento no nó:
 verificação de bits com erro
atraso no caminho fim
 identif. do enlace de saída
a fim
 Enfileiramento:
 quatro fontes de
 tempo de espera no enlace de
atraso em cada etapa
saída até a transmissão
(roteador)

transmissão
A
depende do nível de
congestionamento do roteador
propagação
B
processamento
enfileiramento
no nó
1: Introdução
61
Atraso em redes comutadas por
pacotes
Atraso de transmissão:
 R=largura de banda do
enlace (bps)
 L=compr. do pacote
(bits)
 tempo para enviar os
bits no enlace = L/R
transmissão
A
Atraso de propagação:
 d = compr. do enlace
 s = velocidade de
propagação no meio (~2x108
m/seg)
 atraso de propagação = d/s
Nota: s e R são valores
muito diferentes!
propagação
B
processamento
enfileiramento
no nó
1: Introdução
62
Atraso fim-a-fim
 Atraso em um nó
dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop
 Atraso fim-a-fim
dtotal = N(dproc + dtrans + dprop)


assumindo que o atraso de enfileiramento é
desprezível (rede sem congestionamento)
pacote passa por N-1 roteadores intermediários
1: Introdução
63
Atraso de transmissão versus
Atraso de propagação
 Transmissão: quanto tempo se gasta para o
transmissor colocar todos os bits no meio

depende da taxa de transmissão do enlace e do
tamanho do pacote
 Propagação: quanto tempo um bit demora
para chegar ao outro lado do enlace

depende da distância entre origem e destino
 P: Qual dos dois será o fator dominante?
 Analisar duas situações especiais:
 pacotes muito longos e enlaces de curta distância
 pacotes curtos e enlaces de longa distância
1: Introdução
64
Atraso de transmissão versus
Atraso de propagação
 pacotes muito longos e enlaces de curta
distância:

atraso de transmissão domina
A
B
 pacotes curtos e enlaces de longa distância:
 atraso de propagação domina
A
B
1: Introdução
65
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 = 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! (assumindo capac. de fila infinita!)
1: Introdução
66
Perda de pacotes
 Na realidade: filas dos roteadores têm
tamanho limitado
 O que acontece quando um pacote chega a
um roteador cuja fila está cheia?

O pacote é descartado (i.e., perdido)!
 Taxa de perda de pacotes aumenta à
medida que a intensidade do tráfego (La/R)
aumenta

pacotes perdidos devem ser retransmitidos
 Medida de desempenho da rede
(juntamente com o atraso)
1: Introdução
67
Atrasos e Rotas na Internet
 Como se mostram os atrasos e perdas na Internet?
 Programa Traceroute : realiza medidas de
atraso da origem para cada roteador ao longo do
caminho até o destino na Internet. Para todo i:



envia três pacotes que chegarão ao roteador j no caminho
em direção ao destino (i.e., três experimentos distintos)
roteador j retornará pacotes de resposta à origem
origem mede o intervalo de tempo entre a transmissão
dos pacotes e a recepção das respostas
3 probes
3 probes
3 probes
Introduction
1-68
Atrasos e Rotas na Internet
 Experimentar com o programa traceroute
 N-1 roteadores intermediários
 origem envia N pacotes especiais de “sondagem”
 ao receber o n-ésimo pacote, o n-ésimo
roteador suprime o pacote e envia uma
mensagem de volta para a origem
 ao receber tal mensagem, a origem registra:
• o tempo gasto entre o envio do n-ésimo pacote a
recepção da respectiva resposta – atraso de ida-evolta para o n-ésimo roteador
• nome e endereço do n-ésimo roteador

origem reconstrói a rota até o destino
 http://www.traceroute.org
1: Introdução
69
traceroute: exemplo
traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr
Três medidas distintas
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
enlace 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 * * *
* significa sem resp. (pcte. perdido, roteador não responde)
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
1: Introdução
70
Capítulo 1: Roteiro
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é a Internet?
A borda da rede
O núcleo da rede
Acesso à rede e meios físicos
Estrutura da Internet e ISPs
Atraso e perda em redes de comutação de
pacotes
Camadas de protocolos, modelos de
serviço
Histórico
1: Introdução
71
“Camadas” de Protocolos
As redes são complexas!
 muitos “pedaços”:
 hosts
 roteadores
 enlaces de diversos
meios
 aplicações
 protocolos
 hardware, software
Pergunta:
Há alguma esperança em
organizar a estrutura
da rede?
Ou pelo menos a nossa
discussão sobre redes?
1: Introdução
72
Organização de uma viagem aérea
bilhete (compra)
bilhete (reclamação)
bagagem (check in)
bagagem (recup.)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
 uma série de etapas
1: Introdução
73
Organização de uma viagem aérea: uma visão
diferente
bilhete (compra)
bilhete (reclamação)
bagagem (check in)
bagagem (recup.)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
Camadas: cada camada implementa um serviço
 através de ações internas à camada
 depende dos serviços providos pela camada
inferior
1: Introdução
74
Viagem aérea em camadas: serviços
Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens
transporte de bagagens
transferência de pessoas: entre portões
transporte do avião de pista a pista
roteamento do avião da origem ao destino
1: Introdução
75
bilhete (compra)
bilhete (reclamação)
bagagem (check in)
bagagem (recup.)
portão (embarque)
portão (desembarque)
subida
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
aeroporto de chegada
aeroporto de saída
Implementação distribuída da funcionalidade das
camadas
localidades intermediárias de tráfego aéreo
roteam. aviões
roteam. aviões
roteam. aviões
1: Introdução
76
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 no procedimento no portão não afeta
o resto do sistema
 divisão em camadas é considerada prejudicial?
1: Introdução
77
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
aplicação
transporte
rede
enlace
física
entre elementos de rede vizinhos

ppp, ethernet
 física: bits “no fio”
1: Introdução
78
Camadas: comunicação lógica
Cada camada:
 distribuída
 as “entidades”
implementam
as funções das
camadas em
cada nó
 as entidades
executam
ações, trocam
mensagens
entre parceiras
aplicação
transporte
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução
79
Camadas: comunicação lógica
Ex.: transporte
 recebe dados da




aplicação
adiciona endereço
e verificação de
erro para formar o
“datagrama”
envia o datagrama
para a parceira
espera que a
parceira acuse o
recebimento (ack)
analogia: correio
dados
aplicação
transporte
transporte
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
ack
dados
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
dados
aplicação
transporte
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução
80
Camadas: comunicação física
dados
aplicação
transporte
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
dados
aplicação
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução
81
Camadas de protocolos e dados
Cada camada recebe dados da camada superior
 adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova
unidade de dados (encapsulamento)
 passa a nova unidade de dados para a camada inferior
 no destino: operação inversa: desencapsula a unidade
de dados e a repassa para a camada acima
fonte
destino
M
Ht M
Hr Ht M
He Hr Ht M
aplicação
transporte
rede
enlace
física
aplicação
Ht
transporte
Hr Ht
rede
He Hr Ht
enlace
física
M
mensagem
M
segmento
M
M
datagrama
quadro
1: Introdução
82
Capítulo 1: Roteiro
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
O que é a Internet?
A borda da rede
O núcleo da rede
Acesso à rede e meios físicos
Estrutura da Internet e ISPs
Atraso e perda em redes de comutação de
pacotes
Camadas de protocolos, modelos de
serviço
Histórico
1: Introdução
83
História da Internet
1961-1972: Princípios iniciais de comutação de
pacotes
 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 Reearch
Projects Agency)
 1969: entra em operação o
primeiro nó da ARPAnet
 1972:




demonstração pública
da ARPAnet
NCP (Network Control
Protocol) primeiro
protocolo host-host
primeiro programa de
e-mail
ARPAnet com 15 nós
1: Introdução
84
História da Internet
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: arquiteturas
proprietárias: DECnet, SNA,
XNA
fim dos anos 70: comutação de
pacotes de comprimento fixo
(precursor das redes ATM)
1979: ARPAnet tem 200 nós
Princípios de interconexão de
Cerf e Kahn:
 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
85
História da Internet
1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
 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
 novas redes nacionais:
Csnet, BITnet, NSFnet,
Minitel
 100.000 hosts conectados
numa conferederação de
redes
1: Introdução
86
História da Internet
Anos 90: comercialização, a WWW
 início dos anos 90: ARPAnet
desativada
 1991: NSF remove restrições ao
uso comercial da NSFnet
(desativada em 1995)
 início dos anos 90 : WWW
 hypertexto [Bush 1945,
Nelson 1960’s]
 HTML, http: Berners-Lee
 1994: Mosaic, posteriormente
Netscape
 fim dos anos 90:
comercialização da Web
 1996: criação do projeto
INTERNET2
Final dos anos 90:
 mais “killer
applications”: instant
messaging, peer2peer
(ex.: Napster)
 importância de
segurança na rede
 est. mais de 50 milhões
de computadores na
Internet; mais de 100
milhões de usuários
 enlaces de backbone
operando a Gbps
1: Introdução
87
Internet/BR
 RNP teve início em 1989.
 Aberta para uso comercial em 1994
 Posição absoluta, janeiro/03:
 Número de hosts: 2.237.527
 9o do Mundo
 3o das Américas
 1o da América do Sul
 fonte: Network Wizards, 2003
 19.700.000 de Internautas em Dez/2002 (fonte:
Nielsen-NetRatings)
 Mais informações:

Comitê Gestor da Internet/BR http://www.cg.org.br
1: Introdução
88
Número de Internautas
VEJA, 5/4/2000
1: Introdução
89
Capítulo 1: Resumo
Foi coberta uma
tonelada de material!
 visão geral da Internet
 o que é um protocolo?
 borda da rede, núcleo,




rede de acesso
desempenho: perda,
atraso
camadas e modelos de
serviço
backbones, PTTs, ISPs
história
Esperamos que agora
você possua:
 contexto, visão geral,
“sentimento” do que
sejam redes
 maior profundidade,
detalhes
posteriormente no
curso
1: Introdução
90
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Parte I: Introdução