Redes de Computadores e Internet
transparências baseadas no livro
“Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet”
James Kurose e Keith Ross
http://occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbooks/kurose-ross1/
1: Introdução
1
Serviços Necessários à Comunicação
computador
central
terminal
•
CASO 1: Como enviar informações entre um terminal e um
computador ?
•
Enviar unidades binárias (BInary uniT = BIT) em série ou paralelo
•
Codificação dos BITs (representação para 0 e 1 e duração de cada
bit)
•
Codificação dos caracteres (ex.: ASCII, EBCDIC)
•
Sincronização entre emissor e receptor
•
Tratamento de erros de transmissão
•
Controle de fluxo
•
Estabelecer regras de troca de dados (protocolo)
1: Introdução
2
Serviços Necessários à Comunicação
computador
central
terminais
• Múltiplos terminais
• Surge necessidade de endereçamento
1: Introdução
3
Parte I: Introdução
Visão geral:
• o que é Internet
• o que é um protocolo?
• borda da rede
• núcleo da rede
• rede de acesso, meio físico
• desempenho: perdas, atrasos
• camadas de protocolo, modelos
de serviço
• backbones, NAPs, ISPs
• histórico
1: Introdução
4
O que é Internet: visão “componentes”
•
milhões de dispositivos
computacionais conectados:
hosts, sistemas finais
o
o
workstations, servidores
telefones PDAs, torradeiras
roteador
servidor
estação trabalho
móvel
ISP local
executando aplicações de
rede
• links de comunicação
o
•
ISP regional
fibra, cobre, rádio, satélite
roteadores: passam adiante
(forward) pacotes de dados
através da rede
rede
corporativa
1: Introdução
5
O que é Internet: visão “componentes”
•
protocolos: envio e
recepção de msgs
o
•
e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
Internet: “rede de redes”
o
router
server
workstation
mobile
local ISP
aproximadamente hierárquica
regional ISP
• Padrões Internet
o RFC: Request for comments
o IETF: Internet Engineering
Task Force
company
network
1: Introdução
6
O que é Internet: visão “de serviços”
• infraestrutura de
comunicação possibilita
aplicações distribuídas:
o
WWW, email, jogos, ecommerce, database,
votações, compartilhamento
de arquivos (MP3)
• serviços de comunicação
fornecidos:
o
o
sem conexão
orientada a conexão
1: Introdução
7
O que é protocolo?
protocolos humanos:
• “que horas são?”
• “Eu tenho uma
questão”
… msgs específicas
enviadas
… ações específicas
tomadas quando msgs
recebidas, ou outros
eventos
protocolos de rede:
• máquinas em vez de
humanos
• toda atividade de
comunicação na
Internet governada
por protocolos
protocolos definem
formatos, ordens de
mensagens enviadas e
recebidas entre entidades
de rede, e ações tomadas
1: Introdução
8
O que é protocolo?
um protocolo humano e um protocolo computacional de rede:
requisição
conexão TCP
Oi
Oi
conexão TCP
resposta.
Tem horas?
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
2:00
<arq>
tempo
Q: Outro protocolo humano?
1: Introdução
9
Estrutura de rede:
• borda da rede: aplicações
e hosts
• núcleo da rede:
o
o
roteadores
rede de redes
• redes de acesso, meios
físicos: links de
comunicação
1: Introdução
10
A borda da rede:
• sistemas finais (hosts):
o
o
o
executam programas de
aplicação
e.g., WWW, e-mail
situam-se na “borda da rede”
• modelo cliente/servidor
o
o
cliente host faz requisições,
recebem serviços do servidor
e.g., WWW cliente (navegador)/
servidor; e-mail cliente/servidor
• modelo par-a-par:
o
o
interação simétrica entre hosts
e.g.: Gnutella, KaZaA
1: Introdução
11
Borda da rede: serviço orientado a conexão
Objetivo: transferência de
•
dados entre sistemas.
handshaking: setup
(prepara para)
transferência de dados
o
o
•
Alô, alô protocolo humano
de telefone
setup “estado” em dois
hosts se comunicando
TCP - Transmission Control
Protocol
o
Serviço orientado a
conexões da Internet
serviço TCP [RFC 793]
•
confiável, transferência de
dados ordenada byte-stream
o
•
controle de fluxo:
o
•
perdas: acknowledgements
(reconhecimentos) e
retransmissões
emissor não pode “oprimir”o
receptor
controle de congestão
o
emissores “reduzem a taxa de
envio” qdo a rede está
congestionada
1: Introdução
12
Borda da rede: serviço sem conexão
Objetivo: transferência de
dados entre sistemas finais
o
•
mesmo que o anterior!
UDP - User Datagram
Protocol [RFC 768]: serviço
sem conexão da Internet
o transferência de dados
não-confiável
o sem controle de fluxo
o sem controle de
congestão
Aplics usando TCP:
•
HTTP (WWW), FTP (transf.
arq.), Telnet (login remoto),
SMTP (email)
Aplics usando UDP:
•
streaming media,
teleconferencing, Internet
telephony
1: Introdução
13
O núcleo da rede
•
•
malha de roteadores
interconectados
questão fundamental: como os
dados são transferidos através
da rede?
o comutação (chaveamento)
de circuitos: circuito
dedicado por chamada: rede
telefônica
o comutação de pacotes:
dados enviados através da
rede em “pedaços”
1: Introdução
14
Núcleo da rede: comutação de circuitos
Recursos fim a fim
reservados por
chamada
• largura de banda no
enlace (link),
capacidade no switch
• recursos dedicados:
sem compartilhamento
• desempenho garantido
• requer setup na
chamada
1: Introdução
15
Redes de pacotes: roteamento
•
Objetivo: mover pacotes entre roteadores da
origem para destino
o
iremos estudar algoritmos de roteamento
• rede datagrama:
o
o
o
endereço de destino determina próximo hop
rota pode mudar durante sessão
analogia: dirigir perguntando direção
• rede de circuito virtual:
o cada pacote carrega um tag (virtual circuit ID), que
determina o próximo hop
o caminho fixo determinado em tempo de setup de chamada,
permanece fixo durante chamada
o roteadores mantêm estado por chamada
1: Introdução
16
Redes de acesso e meios físicos
Q: Como conectar sistemas finais
aos roteadores de borda?
•
•
•
redes de acesso residencial
redes de acesso institucional
(escola, companhia)
redes de acesso móveis
Tenha em mente:
•
•
bandwidth (bits por segundo)
da rede de acesso?
compartilhados ou dedicados?
1: Introdução
17
Acesso residencial: acesso ponto a ponto
• Discagem via modem
até 56Kbps acesso direto ao
roteador (conceitualmente)
• ISDN: integrated services
digital network: 128Kbps
conectados ao roteador
• ADSL: asymmetric digital
subscriber line
o até 1 Mbps casa-roteador
o até 8 Mbps roteador-casa
o ADSL ainda em
desenvolvimento
o
1: Introdução
18
Acesso residencial: modens a cabo
• HFC: hybrid fiber coax
assimétrico: até 10Mbps downstream, 1 Mbps
upstream
• rede de cabo e fibra interliga casas ao
roteador ISP
o acesso compartilhado ao roteador
o questões: congestionamento,
dimensionamento
• disponíveis através de companhias de cabo
o
1: Introdução
19
Acesso institucional: redes locais
• local area network (LAN)
conectam sistemas finais a
roteador de borda
• Ethernet:
o cabo compartilhado ou
dedicado conecta
sistema final e roteador
o 10 Mbs, 100Mbps,
Gigabit Ethernet
1: Introdução
20
Redes de acesso sem fio
• rede de acesso
sem fio
e compartilhada
conecta sistema final ao
roteador
• wireless LANs:
o
o
espectro de rádio
substitui fio
e.g., Lucent Wavelan 11
Mbps
roteador
estação
base
• wider-area wireless
access
o
CDPD: acesso sem fio ao
roteador ISP via rede
celular
hosts
móveis
1: Introdução
21
“Camadas” de protocolos
Redes são complexas!
• muitas “peças”:
o hosts
o roteadores
o vários tipos de links
o aplicações
o protocolos
o hardware, software
Questão:
Existe alguma esperança em
organizar a estrutura de
rede?
Ou pelo menos a discussão
sobre redes?
1: Introdução
22
Por que usar camadas?
Para lidar com sistemas complexos:
• estrutura explícita permite identificar o
relacionamento entre peças do sistema complexo
o
modelo de referência em camadas facilita discussão
• modularização facilita manutenção e atualização do
sistema
o
mudança na implementação de serviços de camadas
transparentes para o resto do sistema
• uso de camadas pode ser prejudicial?
1: Introdução
23
Organização de viagens aéreas
passagem (compra)
passagem (reclama)
bagagem (entrega)
bagagem (recupera)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
• uma série de passos
1: Introdução
24
Organização de viagens aéreas: outra visão
passagem (compra)
passagem (reclama)
bagagem (entrega)
bagagem (recupera)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
Camadas: cada camada implementa um serviço
o através das ações internas da própria camada
o uso dos serviços providos pela camada inferior
1: Introdução
25
Viagens aéreas em camadas: serviços
entrega balcão a balcão de passageiros/bagagem
entrega de bagagem do check-in à esteira
entrega pessoas: p. embarque ao p. desembarque
entrega de avião: aeroporto a aeroporto
roteamento do avião da origem ao destino
1: Introdução
26
passagem (compra)
passagem (reclama)
bagagem (entrega)
bagagem (recupera)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
Aeroporto de
desembarque
Aeroporto de
embarque
Implementação distribuída da funcionalidade da
camada
locais intermediários de tráfego aéreo
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
1: Introdução
27
Pilha de protocolos da Internet
•
aplicação: suporta aplicações de rede
o
•
transporte: transferência de dados entre
hosts
o
•
ip, protocolos de roteamento
enlace: transferência de dados entre
elementos de rede “vizinhos”
o
•
tcp, udp
rede: roteamento de datagramas da origem
para destino
o
•
ftp, smtp, http
ppp, ethernet
física: bits “no fio”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução
28
Camadas: comunicação lógica
Cada camada:
• distribuída
• “entidades”
implementam
funções de
camadas em
cada nó
• entidades
executam
ações, trocam
mensagens com
seus pares
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
29
Camadas: comunicação logica
E.g.: transporte
•
•
•
•
•
pega dados da
aplic.
adiciona endereço,
informação de
confiabilidade p/
formar
“datagrama”
envia datagrama
para seu par
espera
confirmação de
recepção de seu
par
analogia: correio
dados
aplicação
transport
transporte
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
ack
dados
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
dados
aplicação
transport
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução
30
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
31
Protocolo em camadas e dados
Cada camada recebe dados da camada acima
• adiciona cabeçalho de informação para criar nova
unidade de dados
• passa nova unidade de dados para camada abaixo
origem
destino
M
Ht M
Hn Ht M
Hl Hn Ht M
aplicação
transporte
rede
enlace
física
aplicação
Ht
transporte
Hn Ht
rede
Hl Hn Ht
enlace
física
M
mensagem
M
segmento
M
M
datagrama
frame
1: Introdução
32
Estrutura da Internet: rede de redes
•
•
mais ou menos hierárquica
national/international backbone
providers (NBPs)
o
o
•
regional ISP
NBP B
NAP
NAP
ISPs regionais
o
•
e.g. Embratel, BBN/GTE,
Sprint, AT&T, IBM, UUNet
interconecta cada par com
outro privativamente, ou em um
Network Access Point (NAP)
público
local
ISP
conecta em NBPs (ex. Telesc)
ISP local, companhia
o
conecta em ISP regional (ex.
UOL, UFSC)
NBP A
regional ISP
local
ISP
1: Introdução
33
Exemplo: Backbone da Rede Nacional
de Pesquisa - RNP
1: Introdução
34
História da Internet
1972-1980: Inter-redes, redes novas e proprietárias
•
•
•
•
•
•
1970: ALOHAnet rede via
satélite em Havaí
1973: tese de doutorado de
Metcalfe propõe Ethernet
1974: Cerf and Kahn arquitetura para interligar
redes
fim dos 70: arquiteturas
proprietárias: DECnet, SNA,
XNA
fim dos 70: comutação de
pacotes de tamanho fixo
(precursor do ATM)
1979: ARPAnet tem 200 nós
Cerf and Kahn: princípios de
inter-redes:
o minimalismo, autonomia
- nenhuma mudança
interna necessária para
interligar redes
o modelo de serviço de
melhor esforço
o roteadores sem estado
o controle
descentralizado
definem a arquitectura da
Internet de hoje
1: Introdução
35
História da Internet
1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
• 1983: implantação de
•
•
•
•
TCP/IP
1982: definição do
protocolo smtp
(correio)
1983: definição do
DNS para tradução de
nome para endereço IP
1985: definição do
protocolo ftp
1988: TCP: controle de
congestionamento
• novas redes nacionais:
Csnet, BITnet,
NSFnet, Minitel
• 100,000 hospedeiros
ligados à confederação
de redes
• Brasil - início da
BITnet em 1988
(LNCC e FAPESP)
• Brasil - início da UUCP
em 1989 (Alternex)
1: Introdução
36
História da Internet
1990’s: commercialização, WWW
•
•
•
Início dos 1990: fim da
ARPAnet
1991: NSF remove restrições
em uso comercial da NSFnet
(aposentada, 1994)
início dos 1990: WWW
o hypertexto [Bush 1945,
Nelson 1960’s]
o HTML, http: Berners-Lee
o 1994: Mosaic, depois
Netscape
o fim dos 1990:
comercialização da WWW
Fim dos 1990:
•
•
•
est. 50 milhões de
computadores na
Internet
est. 100 milhões+ de
usuários
enlaces backbone
funcionando em 1 Gbps
1: Introdução
37
A Internet no Brasil
Pequena cronologia
• 1991 - rede TCP/IP
experimental (SP, RJ,
RS) até 9.600 bps
• 1992 - Rede-Rio,
ANSP, RNP até 64
kbps
• 1994/5 - RNPv2, com
enlaces de 2 Mbps
• 1994/5 - abertura
comercial, Embratel,
Comitê Gestor
• 1999 - criação das
ReMAVs, Rede-Rio 2,
enlaces de 155 Mbps
• 1999 - novo backbone
da Rede-UFF 622
Mbps
• 2000 - backbone ATM
da RNP2
• 2001 - conexão
internacional em 155
Mbps
1: Introdução
38
Capítulo 1: Sumário
Cobrimos muita
matéria!
•
•
•
•
•
•
•
•
visão geral da Internet
o que que é um protocolo?
Borda e núcleo de rede,
rede de acesso
desempenho: perdas,
retardo
modelos de camadas e
serviços
backbones, PTTs,
provedores
história
redes ATM
Com sorte, você já
adquiriu:
• contexto, visão geral,
intuição de redes
• profundidade e
detalhes maiores mais
tarde no curso
1: Introdução
39