Parte I: Introdução
Meta do Capítulo:
 dar o contexto, visão
geral e intuitiva de
redes
 profundidade e
detalhes vêm mais
adiante
 abordagem:
 descritiva
 uso da Internet
como exemplo
Visão geral:
 o que que é a Internet
 o que que é um protocolo
 a borda da rede
 o núcleo da rede
 rede de acesso, meio físico
 camadas de protocolo, modelos
de serviço
 backbones, PTTs, provedores
1: Introdução
1
O que que é a Internet: os componentes
 milhões de computadores
interligados: hospedeiros,
sistemas terminais


PCs, estações, servidores
PDAs, telefones,
torradeiras
roteador
servidor
Provedor
local
estação
móvel
Provedor
regional
executando aplicações
de rede
 enlaces de comunicação


fibra, cobre, rádio, satélite
roteadores: encaminham
pacotes (blocos) de dados
pela rede
Rede
corporativa
1: Introdução
2
O que que é a Internet: os componentes

protocolos: controlam
envio, recepção de
mensagens


p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP,
PPP
roteador
servidor
Provedor
local
estação
móvel
Provedor
regional
Internet: “rede de redes”


aproximadamente hierárquica
Internet pública contra
intranet privada
 Padrões Internet
 RFC: Request for comments
 IETF: Internet Engineering
Task Force
Rede
corporativa
1: Introdução
3
O que que é a Internet: os serviços
 Infra-estrutura de
comunicação: possibilita
aplicações distribuídas:


WWW, correio, jogos,
comércio eletrônico, bases
de dados, eleições,
outras?
 serviços de comunicação
oferecidos:


sem conexão
orientado a conexão
 ciberespaço [Gibson]:
“uma alucinação consensual sofrida
diariamente por bilhões de
operadores, em todos os países, ..”
1: Introdução
4
O que que é um protocolo?
protocolos humanos:
 “que horas são?”
 “queria perguntar”
 apresentações
… mensagens
específicas enviadas
… ações específicas
tomadas ao receber
mensagens, ou em
outros eventos
protocolos de rede:
 máquinas em vez de
gente
 toda comunicação na
Internet governada
por protocolos
protocolos definem formato,
ordem de mensagens
enviadas e recebidas
entre entidades de rede,
e ações tomadas ao enviar
ou receber uma mensagem
1: Introdução
5
O que que é um protocolo?
Um protocolo humano e um protocolo de rede :
Oi!
TCP pedido
de conexão.
Oi!
TCP resposta.
Que horas
são?
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
2:00
<arquivo>
Tempo
P: Outro protocolo humano?
1: Introdução
6
Detalhes sobre a estrutura da rede
 Borda da rede:
aplicações e
hospedeiros
 núcleo da rede:
 roteadores

rede de redes
 redes de acesso,
meios físicos:
enlaces de
comunicação
1: Introdução
7
A borda da rede:
 sistemas terminais:



executam aplicações
p.ex. WWW, correio
na “borda da rede”
 modelo cliente/servidor


cliente solicita, recebe serviço
do servidor
p.ex., cliente WWW (browser)/
servidor; cliente/servidor de
correio
 modelo entre pares (p2p):


interação simétrica
p.ex.: teleconferências
1: Introdução
8
Borda da rede: serviço orientado a conexão
Meta: transferência de
dados entre sistemas

“handshaking”:
serviço TCP [RFC 793]

preparação para iniciar
transferência


protocolo humano: “Oi!”,

“Oi!”
criar “estado” em 2
sistemas em comunicação

 TCP - Transmission
Control Protocol

serviço orientado a
conexão da Internet
transf. dados: fluxo de
bytes ordenado, confiável

perdas: reconhecimentos e
retransmissões
controle de fluxo:

remetente não vai “afogar”
o receptor
controle de
congestionamento:

remetentes “reduzem a
taxa de envio” quando rede
congestionada
1: Introdução
9
Borda da rede: serviço sem conexão
Meta: transferência de
dados entre sistemas

mesma que antes!
 UDP - User Datagram
Protocol [RFC 768]:
serviço sem conexão da
Internet
 transf. de dados não
confiável
 sem controle de fluxo
 sem controle de
congestionamento
Aplics. usando TCP:
 HTTP (WWW), FTP
(transf. de arquivo),
Telnet (acesso remoto),
SMTP (correio)
Aplics. usando UDP:
 mídia com “streaming”,
teleconferências,
telefonia pela Internet
1: Introdução
10
Núcleo da Rede
 malha conexa de
roteadores
 a questão fundamental:
como se transfere dados
através da rede?
 comutação de circuitos:
circuito dedicado por
chamada: rede de
telefonia
 comutação de pacotes:
dados enviados pela
rede em quantias
discretas
1: Introdução
11
Núcleo da Rede: comutação de circuitos
Recursos fim a fim
reservados para a
“chamada”
 banda de enlace,
capacidade de comutação
 recursos dedicados: não
há compartilhamento
 desempenho como
circuitos (garantido)
 requer fase inicial
(“setup”)
1: Introdução
12
Núcleo da Rede: comutação de circuitos
Recursos de rede (p.ex.,
banda) retalhado em
“pedaços”
 pedaços alocados a
chamadas
 recurso ocioso se não
usado pela chamada (não
há compartilhamento)
 divisão de banda em
“pedaços”
 divisão por frequência
 divisão por tempo
1: Introdução
13
Núcleo da Rede: comutação de pacotes
Cada fluxo de dados fim a
fim dividido em pacotes
 pacotes de usuários A, B
compartilham recursos
 cada pacote usa banda
inteira do enlace
 recursos usados a demanda
Retalhamento de banda
Alocação dedicada
Reserva de recursos
Contenção por recursos:
 demanda agregada pode
exceder os recursos
disponíveis
 congestionamento: fila
de pacotes, espera para
uso do enlace
 armazena, reencaminha:
pacotes movem um
enlace a cada vez
 transmite pelo enlace
 aguarda vez p/ o próx.
1: Introdução
14
Núcleo da rede: comutação de pacotes
Ethernet
10 Mbps
A
B
multiplexação estatística
C
2 Mbps
fila de pacotes
aguardando enlace
de saída
D
34 Mbps
E
Comutação de pacotes X comutação de circuitos:
analogia humana de restaurante
 outras analogias humanas?
1: Introdução
15
Núcleo da rede: comutação de pacotes
Comutação de pacotes:
comportamento armazena e
re-encaminha
1: Introdução
16
Comutação de pacotes X comutação de circuitos
Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários!
 enlace de 1 Mbit
 cada usuário:
 100Kbps quando “ativo”
 ativo 10% do tempo
N usuários
 comutação de circuitos:

10 users
 comutação de pacotes:
 com 35 usuários,
probabilidade > 10 ativos
menor que 0,004
enlace de
1 Mbps
1: Introdução
17
Comutação de pacotes X comutação de circuitos
Comutação de pacotes será sempre o melhor?
 Fantástico para dados em rajadas
compartilha recursos
 não requer inicialização (setup)
 Congestionamento excessivo: retardo e perdas
 protocolos necessários para transferência
confiável de dados, controle de congestionamento
 P: Como prover comportamento de circuitos?
 Garantias de banda necessárias para aplicações
de áudio/vídeo
é um problema ainda sem solução (capítulo 6)

1: Introdução
18
Redes de pacotes: roteamento

Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao
destino

estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4)
 rede de datagramas:
 endereço de destino determina próximo passo
 rotas podem mudar durante uma sessão
 analogia: dirigindo, perguntando o caminho
 rede de circuitos virtuais:
 cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo
determina próximo passo
 rota fixa determinada em tempo de estabelecimento da
chamada, permanece fixa durante a chamada
 roteadores mantêm estado por chamada
1: Introdução
19
Redes de acesso e meios físicos
P: Como ligar sistemas
terminais ao 1o roteador?
 redes de accesso
residencial
 redes de accesso
institucional (escola,
empresa)
 redes de accesso móvel
Características principais:
 banda (bits per second) da
rede de acesso?
 compartilhada ou dedicada?
1: Introdução
20
Acesso residencial: acesso ponto a ponto
 Discado via modem
 até
56Kbps, acesso direto ao
roteador (conceitualmente)
 RDSI: rede digital de serviços
integrados (DVI - Telemar):
128Kbps, conexão digital ao
roteador
 ADSL: asymmetric digital
subscriber line
 até 1 Mbps casa ao roteador
 até 8 Mbps roteador a casa
 disponibilidade de ADSL :
Telefônica, Telemar (MG, BA)
1: Introdução
21
Acesso residencial: cable modems
 HFC: hybrid fiber coax
 assimétrico: até 10Mbps p/ a
casa, 1 Mbps para a rede
 rede de cabo e fibra liga a
casa ao roteador do
provedor



acesso compartilhado ao
roteador pelas casas
problemas: dimensionamento,
congestionamento
disponibilidade: via cias. de
TV a cabo, p.ex., NET, TVA
1: Introdução
22
Acesso institucional: redes locais
 rede local (LAN) da
empresa/univ. liga sistema
terminal ao 1o roteador
 Ethernet:
 cabo compartilhado ou
dedicado usado para
acesso ao roteador
 10 Mbps, 100Mbps,
Gigabit Ethernet
 disponibilidade:
instituições, redes locais
domésticas em breve
 redes locais: cap. 5
1: Introdução
23
Redes de acesso sem fio
 rede de acesso
sem fio
liga ao roteador
 redes locais sem fio:



espectro de rádio
substitui cabo
p.ex., Wavelan 2 e 11
Mbps da Lucent
Wavelan tb usada para
ligações ponto a ponto
 acesso sem fio não local
 CDPD: acesso sem fio ao
roteador do provedor via
rede de telefonia celular
roteador
estação
base
sistemas
móveis
1: Introdução
24
Meios físicos
 enlace físico:
bit de dados
transmitido propaga
através do enlace
 meio guiado:

sinais propagam em
meios sólidos: cobre,
fibra
Par trançado (TP)
 dois fios isolados de
cobre


Categoria 3: fio
telefônico tradicional,
ethernet de 10 Mbps
Categoria 5: ethernet
de 100Mbps
 meios não guiados:
 sinais propagam
livremente, p.ex., rádio
1: Introdução
25
Meios físicos: cabo coaxial, fibra
Cabo coaxial:
 fio (portador do sinal)
dentro de um fio
(blindagem)


banda básica: canal único
no cabo
banda larga: múltiplos
canais no cabo
 bidirecional
 uso era comum em
Ethernet de 10Mbps
Cabo de fibra ótica:
 fibra de vidro iluminada
por pulsos de luz
 operação de alta
velocidade:


Ethernet de 100Mbps
transmissão de alta
velocidade ponto a ponto
(p.ex., 10 Gbps)
 baixa taxa de erros
 2 tipos de fibra:
monomodo, multimodo
1: Introdução
26
Meios físicos: rádio
 sinal enviado pelo
espectro
eletromagnético
 sem “fio” físico
 bidirecional
 efeitos sobre
propagação do
ambiente:



Tipos de enlace de rádio:
 microondas
 p.ex. canais até 155 Mbps
 rede local (p.ex., waveLAN)
 2Mbps, 11Mbps
 longa distância (p.ex., celular)
 p.ex. CDPD, 10’s Kbps
 satélite
reflexão
 canais de até 50Mbps (ou
múltiplos canais menores)
obstrução por objetos
 retardo ponto a ponto de 270 ms
interferência
 geosíncrono X LEOS (Low Earth
Orbit Satellite)
1: Introdução
27
“Camadas” de Protocolos
Redes são complexas!
 Muitos componentes:
 hospedeiros
 roteadores
 enlaces de
diversos meios
 aplicações
 protocolos
 hardware,
software
Pergunta:
Existe alguma esperança
de organizar a
estrutura da rede?
Ou, pelo menos, organizar
nossa discussão de
redes?
1: Introdução
28
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
29
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
 através das ações internas da própria camada
 uso dos serviços providos pela camada inferior
1: Introdução
30
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
31
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
Distributed implementation of layer functionality
locais intermediários de tráfego aéreo
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
1: Introdução
32
Por quê usar camadas?
Ao lidar com sistemas complexos:
 estrutura explícita permite identificação, relações
entre componentes de sistema complexo
 modelo de referência para discussão
 modularização facilita manutenção, atualização do
sistema
 mudanças de implementação do serviço da
camada é transparente ao resto do sistema
 p.ex., mudança no procedimento do portão não
afeta o resto do sistema
 o uso de camadas podem causar danos?
1: Introdução
33
Pilha de protocolos da Internet
 aplicação: suporta aplicações de
rede

ftp, smtp, http
 transporte: transferência de dados
entre sistemas terminais

tcp, udp
 rede: roteamento de datagramas da
origem ao destino

ip, protocolos de roteamento
 enlace: transferência de dados
aplicação
transporte
rede
enlace
física
entre elementos de rede vizinhos

ppp, ethernet
 física: bits “nos fios”
1: Introdução
34
Camadas: comunicação lógica
Cada camada:
 distribuída
 “entidades”
implementam
funções da
camada em
cada nó
 entidades
realizam ações,
trocam
mensagens com
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
35
Camadas: comunicação lógica
P.ex.: transporte
 obtém dados da apl.
 inclui endereços,
info para
confiabilidade para
formar “datagrama”
 envia datagrama ao
par
 espera receber ack
(reconhecimento)
do par
 analogia: correios
dados
aplicação
transporte
transport
rede
enlace
física
aplicação
transporte
rede
enlace
física
ack
dados
rede
enlace
física
application
transport
network
link
physical
dados
aplicação
transporte
transport
rede
enlace
física
1: Introdução
36
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
37
Camadas de protocolos e dados
Cada camada recebe dados da camada superior
 acrescenta cabeçalho com informação para criar
nova unidade de dados
 passa nova unidade de dados para camada inferior
origem
M
Ht M
Hn Ht M
Hl Hn Ht M
aplicação
transporte
rede
enlace
física
destino
aplicação
Ht
transporte
Hn Ht
rede
Hl Hn Ht
enlace
física
M
M
M
M
mensagem
segmento
datagrama
quadro
1: Introdução
38
Estructura da Internet: rede de redes
 aprox. hierárquica
 provedores
Prov.
local
nacionais/internacionais de
backbone (PNBs)


p.ex.. Embratel, RNP, IBM
interconexão (peering)
privada bilateral, or em
Pontos de Troca de Tráfego
(PTTs)
 provedores regionais
 clientes dos PNBs
 provedores locais, empresa
 clientes dos provedores
regionais
Prov. regional
PNB B
PTT
PTT
PNB A
Prov. regional
Prov.
local
1: Introdução
39
Capítulo 1: Sumário
Cobrimos muita
matéria!
 visão geral da Internet
 o que que é um protocolo?
 Borda e núcleo de rede,
rede de acesso
 modelos de camadas e
serviços
 backbones, PTTs,
provedores
Com sorte, você já
adquiriu:
 contexto, visão geral,
intuição de redes
 profundidade e
detalhes maiores mais
tarde no curso
1: Introdução
40