Redes de Computadores
Prof. Nelson Fonseca
[email protected]
www.ic.unicamp.br/~nfonseca/redes
1: Introdução
1
Chapter 1
Introduction
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Computer Networking:
A Top Down Approach ,
5th edition.
Jim Kurose, Keith Ross
Addison-Wesley, April
2009.
Thanks and enjoy! JFK/KWR
All material copyright 1996-2009
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved
1:Introduction
Introdução
21-2
Parte I: Introdução
Objetivos:
 Introduzir conceitos
básicos em redes
 dar uma visão geral
da matéria, maiores
detalhes ao longo do
curso
 Abordagem:
 descritiva
 Internet como
exemplo
Ler capítulo 1 do
livro texto
Conteúdo do capítulo:
 O que é a Internet
 O que é um protocolo?
 periferia da rede
 núcleo da rede
 rede de acesso, meios físicos
 backbones, NAPs, ISPs
 noções de desempenho
 hierarquia de protocolos,
modelos de serviços
 história
1: Introdução
3
Aparelhos Internet
interessantes
Porta retratos IP
http://www.ceiva.com/
O menor servidor Web do mundo
http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Tostadeira habilitada para a Web +
Previsão do tempo
http://dancing-man.com/robin/toasty/
1: Introdução
4
O que é a Internet?
 Milhões de dispositivos
interconectados: hosts,
sistemas finais


Estações de trabalho,
servidores
PDA’s, fones, torradeiras
roteador
servidor

ISP regional
Enlaces de comunicação

móvel
ISP local
executando aplicativos

estação
fíbras óticas, cobre, rádio,
satélite
roteadores: encaminham
pacotes (blocos) de dados
ao longo da rede
rede
coorporativa
1: Introdução
5
O que é a Internet

protocolos: controla o envio
e recebimento de msgs


e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
Internet: “rede de redes”


roteador estação
servidor
móvel
ISP local
Fracamente hierarquizada
Internet pública versus
intranet privativas
ISP regional
 Padrões Internet
 RFC: Request for comments
 IETF: Internet Engineering
Task Force
rede
coorporativa
1: Introdução
6
Serviços da Internet
 Infraestrutura de
comunicação permite
aplicações distribuídas:

WWW, e-mail, jogos,
comércio eletrônico, banco
de dados.,
compartilhamento de
arquivos (MP3)
 Serviços de comunicação:
 sem conexão
 orientado à conexão
 cyberspace [Gibson]:
“a consensual hallucination experienced daily by
billions of operators, in every nation, ...."
1: Introdução
7
O que é um protocolo?
Protocolos humanos:
 “Que horas são?”
 “Eu tenho uma
pergunta”
… Msgs específicas
enviadas
… Ações específicas
tomadas frente ao
recebimento das
msgs
Protocolos de Redes:
 Máquinas ao invés de
humanos
 Toda comunicação em
redes é regida por
protocolos
Protocolos definem o
formato, a ordem de envio
e recebimento de msgs
entre entidades e ações
realizadas
1: Introdução
8
Protocolos
Exemplos de protocolos humanos e de computadores
Oi
Solicitação de
conexão TCP
Oi
Resposta de
conexão TCP
Que horas
são?
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
2:00
<arquivo>
tempo
1: Introdução
9
Estrutura da Rede
 Periferia da rede:
aplicações e hosts
 Núcleo da rede:


roteadores
redes de redes
 redes de acesso, meio
físico: enlaces de
comunicação
1: Introdução
10
Periferia da Rede:
 Sistemas finais (hosts):



executam aplicativos
WWW, email
“na periferia da rede”
 modelo cliente/servidor


host cliente envia requisição,
servidor executa serviço
e.g., cliente WWW(browser)/
servidor; email cliente/servidor
 modelo ponto-a-ponto :


Interação simétrica entre hosts;
Mínimo (ou nenhum) uso de
servidores dedicados;
1: Introdução
11
Periferia da Rede: serviços orientados à conexão
Objetivo: transferência Serviços TCP [RFC 793]
de dados entre
sistemas finais


handshaking:
estabelecimento de
conexão - preparação
para transferência de
dados


TCP - Transmission
Control Protocol
Serviço orientado à
conexão da Internet
Confiável, em seqüência,
(byte-stream)


Controle de fluxo:


Perdas: confirmações e
retransmissões
transmissor não
sobrecarrega o receptor;
Controle de
congestionamento:

transmissor dimui taxa de
transmissão quando a rede
está congestionada
1: Introdução
12
Controle de Fluxo
1: Introdução
13
Controle de Congestionamento
1: Introdução
14
Serviços não orientados a conexão
Objetivo: transferência
de dados entre sistemas
finais
 UDP - User Datagram
Protocol [RFC 768]:
serviços sem conexão da
Internet
 transferência nãoconfiável
 sem controle de fluxo
 sem controle de
congestionamento
Aplicações típicas que
usam TCP:
 HTTP (WWW), FTP,
Telnet, SMTP (e-mail)
Aplicações típicas que
usam UDP
 áudio sob medida,
teleconferência,
Telefonia Internet
1: Introdução
15
O Núcleo da Rede
 Malha de roteadores
interconectados
 Questão fundamental:
Como os dados são
transferidos na rede?
 comutação de
circuitos: circuitos
dedicados - rede
telefônica
 comutação de pacotes:
dados enviados pela
rede em “blocos”
1: Introdução
16
Comutação de Circuitos
Recursos reservados
fim-a-fim para uma
chamada ( “call”)
 banda passante do enlace,
capacidade do comutador
 recursos dedicados: não
há compartilhamento
 desempenho garantido
 Estabelecimento de
circuito obrigatório
1: Introdução
17
Comutação por Circuito
 Comutação por circuito:
overhead estabelecimento de circuito - ordem
de 10 segundos.
 Após estabelecimento, retardo de propagação 5
ms por 1000 Km.
 Reserva estática de banda passante.

18
Comutação de Circuitos
Banda passante
dividida em “fatias”
 “fatias” de recursos
alocados às chamadas
 desperdício: caso
recurso não esteja
sendo utilizado
 Divisão da banda
passante
 Divisão por
freqüência
 Divisão por tempo
 Divisão da banda
passante
 Atribui diferentes
freqüências
 Atribui banda em
diferentes intervalos
de tempo
1: Introdução
19
Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA
Exemplo:
FDMA
4 usuários
Freqüência
tempo
TDMA
Freqüência
tempo
1: Introdução
20
FDM
 Multiplexação por Divisão da Freqüência
21
TDM
 Multiplexação por Divisão de Tempo

Modulação delta - assume que amostragem
difere da anterior +1 ou –1:
22
TDM
 Multiplexação por Divisão de Tempo
 Sistemas digitais.
 Codec - digitalização de sinais analógicos.
 8000 amostras por segundo - 125ms/amostra.
 Pulse Code Modulation (PCM).
 T1 - 24 canais multiplexados, amostragem
alternada, fluxo resultante enviado para Codec.
23
TDM
 Multiplexação por Divisão de Tempo
Cada um dos 24 canais insere 7 bits + 1 bit
controle -- 24 x 8 = 192 bits + 1 bit
sincronização = 193 bits a cada 125 ms = 1,544
Mbps
 E1 - 2048 Mbps - 30 canais dados + 2
sinalização
 Modulação de Código de Pulso Diferencial (PEM
Diferencial) - diferença entre valor atual e
anterior 5 bits ao invés de 7 bits

24
TDM
25
TDM
 SONET
Synchronous Optical network (Bellcore).
 Unificação sistemas TDM.
 SDH (CCITT) baseado em SONET,
padronização sistemas PDH (USA, Japão e
Europa).
 Dar continuidade a hierarquia - Giga bps.
 Operação, administração e manutenção.

26
TDM
 SONET
Quadros 810 bytes, transmitido a cada 125 ms
(8000 quadros por segundo).
 STS-1 - 9 linhas e 3 colunas informação
overhead seção, linha e caminho.
 Multiplexação de tributária, byte a byte
 STS-3 - três quadros STS-1 = 155,52 Mbps.

27
TDM
.
28
TDM
29
Custos de telefonia
1: Introdução
30
Wavelength Division
Multiplexing
31
WDM
32
Comutação de Pacotes
Fluxo de dados fim-a-fim
dividido em pacotes
 pacotes compartilham
recursos da rede
 cada pacote usa
totalmente a banda
passante do enlace
 recursos usados qdo
necessário
Divisão da banda em fatias
Alocação
Reserva de recursos
Contenção de recursos:
 a demanda por
recursos pode
ultrapassar o disponível
 congestionamento:
enfileiramento para uso
do enlace
 Armazena-eretransmite: pacotes
trafegam um
comutador de cada vez
 trasmitem e
esperam a vez
1: Introdução
33
Comutação de Pacotes: multiplexação estatística
10 Mbs
Ethernet
A
B
Multiplexação estatística
C
1.5 Mbs
Fila de pacotes
esperando no enlace
de saída
D
45 Mbs
E
Comutação de pacotes versus comutação de
circuitos: analogia com restaurantes
 existem outras analogias humanas?
1: Introdução
34
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
Comutação de pacotes permite um maior número de usuários na
rede!
 Enlace de 1 Mbit
 cada usuário:
 100Kbps quando ativo
 ativo 10% do tempo
N usuários
 Comutação de circuito:

10 usuários
Enlace de 1 Mbps
 Comutação de Pacotes:
 com 35 usuários,
probabilidade > 10
ativos < .0004
1: Introdução
35
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
A comutação de pacotes ganha de lavagem?
 Ideal para tráfego em rajada
compartilhamento de recursos
 não há o estabelecimento da chamada (call setup)
 Congestionamento excessivo: perda e retardo
 protocolos necessário para transmissão confiável
e controle de congestionamento
 Como prover serviços tipo circuito??
 Garantia de banda passante para aplicações de
vídeo e áudio
 Ainda é um problema em aberto (cap 6)

1: Introdução
36
Comutação de Pacotes: armazena-e-reenvia
L
R
R
 Leva L/R segundos para
transmitir o pacote
com L bits em um
enlace de R bps;
 O pacote inteiro deve
chegar ao comutador
antes de ser
transmitido no próximo
enlace: armazena-e-
R
Exemplo:
 L = 7.5 Mbits
 R = 1.5 Mbps
 atraso = 15 sec
reenvia
 Atraso = 3L/R
1: Introdução
37
Comutação de Pacotes: segmentação de mensagens
Agora a mensagem é
segmentada em 5000 pacotes
 Cada pacote com 1,500
bits
 1 msec para transmitir o
pacote em um enlace;
 pipelining: cada enlace
trabalha em paralelo
 Atraso reduzido de 15
segundos para 5.002
segundos
1: Introdução
38
Redes de Acesso e Meios Físicos
P: Como conectar os sistemas
finais aos roteadores de
borda?
 Redes de acesso residencial
 redes de acesso institucional
(escolas, empresa)
 redes de acesso móvel
Considere:
 largura de banda (bits por
segundo) da rede de acesso?
 compartilhada ou dedicada?
1: Introdução
39
Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto
(tecnologias passadas)
 Discado (Dialup) via modem


acesso direto ao roteador de até
56Kbps (teoricamente);
Não pode falar ao telefone e “surfar na
Internet ao mesmo tempo”; não pode
estar sempre conectado
 RDSI/ISDN:

rede digital de serviços integrados:
conexão digital de 128Kbps ao
roteador.
1: Introdução
40
Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto
 ADSL: asymmetric digital subscriber
line



até 1 Mbps na direção da rede
(upstream) (tipicamente < 256 kbps)
até 8 Mbps na direção do usuário
(downstream) (tipicamente < 1 Mbps)
FDM:
• 50 kHz – 1MHz na direção do usuário
• 4kHz – 50 kHz na direção da rede
1: Introdução
41
Acesso residencial: cable modems
 HFC: hybrid fiber coax
 assimétrico:
até 10Mbps na direção da rede ,
1 Mbps na direção do usuário;
 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.: VIRTUA (Net)
1: Introdução
42
Acesso residencial: cable modems
Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html
1: Introdução
43
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
Tipicamente 500 a 5,000 casas
Central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
casa
1: Introdução
44
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
casa
1: Introdução
45
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
servidores(s)
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
casa
1: Introdução
46
Arquitetura de Redes com 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
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
casa
1: Introdução
47
Fiber to the Home
ONT
optical
fibers
Internet
OLT
central office
ONT
optical
fiber
optical
splitter
ONT
 Optical links from central office to the home
 Two competing optical technologies:
 Passive Optical network (PON)
 Active Optical Network (PAN)
 Much higher Internet rates; fiber also carries
television and phone services
Acesso Institucional: Redes Locais
 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
 instalação: instituições,
brevemente nas residências
 LANs: serão vistas depois.
1: Introdução
49
Redes de Acesso sem Fio (wireless)
 rede de acesso
compartilhado sem fio
conecta o sistema final ao
roteador

via estação base (ponto de
acesso)
 LANs sem fio:


ondas de rádio substituem
os fios
802.11b,g,n (Wifi): 11, 50,
150 Mbps
roteador
estação
base
 acesso sem fio com maior
cobertura




Provido pela operadora de
telecomunicações;
WAP/GRPS na Europa
3G ~384 Kbps
4G ate 10 Mbs
usuário
móvel
1: Introdução
50
Home networks
Componentes típicos de home networks:
 ADSL ou cable modem
 roteador/firewall
 Ethernet
 ponto de acesso wireless
De/para
cable
headend
cable roteador/
modem firewall
Ethernet
(switched)
wireless
laptops
wireless
ponto de
acesso
1: Introdução
51
Meio Físico
 enlace físico: bit de
dados transmitido se
propaga através do
enlace
 meios guiados:

os sinais se propagam
em meios sólidos: cobre,
fibra
Par Trançado
 dois fios


Categoria 3: telefonia
tradicional, 10 Mbps
Ethernet
Categoria 5 TP:
100Mbps Ethernet
 meios não guiados:
 os sinais se propagam
livremente, ex. rádio
1: Introdução
52
Cabo Coaxial e Fibra Ótica
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, cada pul’so é
um bit
 opera em alta velocidade:


Ethernet 100Mbps
transmissão ponto a ponto
de alta velocidade (ex., 5
Gps)
 baixa taxa de erros: imune a
ruídos eletromagnéticos
10Mbs
1: Introdução
53
Meios físicos: rádio
 Sinal transportado em
meio eletromagnético
 não existe “cabo”
 bidirecional
 efeitos de propagação:



reflexão
obstrução de objetos
interferência
Tipos de enlaces de rádio:
 microondas
ex.: canais de até 45 Mbps
 LAN (ex., waveLAN)
 2Mbps, 11Mbps, 150 Mbs
 satélite
 canal de até 50Mbps (ou
múltiplos canais menores)
 atraso fim a fim de 270
mseg
 geoestacionário versus
LEOS

1: Introdução
54
Estrutura Internet: redes de redes
 Ligeiramente hierarquizado
 No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity,
Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional
 Tratamento igualitário entre os ISPs
Provedores
nível-1 se
interconectam
privativamente
ISP-nível-1
ISP-nível-1
NAP
ISP-nível-1
provedores nível-1
também se
interconectam em
pontos públicos de
acesso (NAP network access
points)
1: Introdução
55
ISP-nível-1: ex: Sprint
Backbone Sprint US
1: Introdução
56
Tier-1 ISP: e.g., Sprint
POP: point-of-presence
to/from backbone
peering
…
…
.
…
…
…
to/from customers
1:Introduction
Introdução
57
1-57
Estrutura Internet: redes de redes
 ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais)
 Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários
ISPs-nível-2
ISPs nível2
pagam para ISPs
nível1 para se
conectarem a
Internet
 ISP nível2 é
um consumidor
de ISPs nível 1
ISP-nível-2
ISP-nível-2
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-2
NAP
ISP-nível-1
provedores
nível-2
também se
interconectam
nos NAPs
ISP-nível-2
ISP-nível-2
1: Introdução
58
Estrutura Internet: redes de redes
 ISPs-nível-3 e ISPs locais
 última rede de acesso (próximo aos sistemas finais)
ISP
local
ISPs nível 3 e
locais são
consumidores
de ISPs de
mais alto nível
que os conecta
a Internet
ISP
nível3
ISP nível2
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP nível2
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP nível2
ISP
ISP
local
local
NAP
ISP-nível-1
ISP nível2
ISP
local
ISP nível2
ISP
local
1: Introdução
59
Estrutura Internet: redes de redes
 Um pacote passa por várias redes;
ISP
local
ISP
nível3
ISP nível2
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP nível2
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP nível2
ISP
ISP
local
local
NAP
ISP-nível-1
ISP nível2
ISP
local
ISP nível2
ISP
local
1: Introdução
60
Provedor de Backbone Nacional
ex. Embratel
http://www.embratel.net.br/internet/backbone/informacoes-backbone.html
1: Introdução
61
Provedor de Backbone Nacional
ex. RNP
http://www.rnp.br/backbone/bkb-mapa.html
1: Introdução
62
1: Introdução
63
1: Introdução
64
Topologias típicas
1: Introdução
65
Topologia da Internet
1: Introdução
66
Como ocorre perda e atraso?
Filas de pacotes nos buffers dos roteadores: a
taxa de chegada de pacotes excede a capacidade de
saída do enlace
 Pacotes enfileirados, esperam sua vez de serem
encaminhados
Pacote sendo transmitido (atraso)
A
B
Enfileiramento de pacotes (atraso)
Buffers disponíveis: pacotes que chegam são descartados
(perda) se não têm buffers disponíveis
1: Introdução
67
Quatro fontes de atraso de pacotes
 1. Processamento no nó:
 verificação de erros
 determina o enlace de
saída
transmissão
A
 2. Enfileiramento
 tempo de espera no
enlace de saída para
transmissão
 depende do nível de
congestionamento do
roteador
propagação
B
processamento
enfileiramento
no nó
1: Introdução
68
Atraso em redes comutadas por pacotes
3. Atraso de transmissão:
 R=capacidade do enlace
(bps)
 L=tamanho do pacote
(bits)
 tempo para enviar bits
no enlace = L/R
transmissão
A
4. Atraso de propagação:
 d = comprimento do enlace
físico
 s = velocidade de propagação
no meio (~2x108 m/sec)
 atraso de propagação = d/s
Nota: s e R são quantidades
bastante diferentes!
propagação
B
processamento
enfileiramento
no nó
1: Introdução
69
Analogia de uma caravana
100 km
Caravana com cabine
10 carros de pedágio
 Carros viajam (propagam) a
100 km
cabine de
pedágio
 Tempo para atender a
caravana inteira na
100 km/h
rodovia: 12*10 = 120 seg
 Cabine de pedágio leva 12
seg. para atender um carro  Tempo que leva para o
último carro da caravana
(tempo de transmissão)
o para o 2o
“propagar”
do
1
 carro~bit; caravana ~
ponto de pedágio:
pacote
100km/(100km/h)= 1 hr
 Q: Quanto tempo leva até
 A: 62 minutos
que a caranava atinja o 2o
ponto de pedágio?
1: Introdução
70
Analogia de uma caravana
100 km
caravana com cabine de
10 carros
pedágio
 Carros agora propagam a
1000 km/h
 A cabine agora leva 1 min
para atender um carro
 Q: Algum carro irá chegar
ao 2o ponto de pedágio
antes que todos os carros
tenham sido atendidos no
1o ponto de pedágio?
100 km
cabine de
pedágio
 Sim! Depois de 7 min, o 1o
carro atinge o 2o ponto de
pedágio, enquanto ainda
existem 3 carros no 1o ponto
de pedágio
 Os primeiros pacotes de um
pacote podem chegar no 2o
roteador antes que o pacote
seja completamente
transmitido no 1o roteador!
1: Introdução
71
Atraso nodal
dnodal  dproc  dqueue  dtrans  dprop
 dproc = tempo de processamento
 Tipicamente alguns mircrosegundos ou menos
 dqueue = atraso de enfileiramento
 Depende do congestionamento
 dtrans = atraso de transmissão
 = L/R, significante para enlaces de baixa-velocidade
 dprop = atraso de propagação
 Algumas centenas de milisegundos
1: Introdução
72
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!
1: Introdução
73
Atraso “real” da Internet e dos roteadores
 Como deve ser o atraso e perda real da Internet?
 Programa Traceroute: provê medidas de atraso
fim-a-fim do caminho entre o nó de origem e o nó
de destino. Para cada i:



envia três pacotes para o roteador i no caminho da origem
até o destino;
roteador i retorna pacotes para o emissor;
o emissor calcula o intervalo de tempo entre o envio do
pacote e o recebimento da sua resposta.
3 sondagens
3 sondagens
3 sondagens
1: Introdução
74
Atraso “real” da Internet e dos roteadores
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr
Três medidas de atraso de
gaia.cs.umass.edu to 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 Enlace
8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms
trans-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 que nenhuma resposta foi recebida )
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
1: Introdução
75
Perda de pacotes
 A fila dos roteadores tem uma capacidade
limitada;
 quando a fila está cheia, os pacotes que
chegam são descartados;
 Pacotes perdidos são retransmitidos pelo
nó de origem ou não são retransmitidos;
1: Introdução
76
Throughput
 throughput: rate (bits/time unit) at which
bits transferred between sender/receiver
instantaneous: rate at given point in time
 average: rate over longer period of time

link
capacity
that
can carry
server,
with
server
sends
bits pipe
Rs bits/sec
fluid
at rate
file of
F bits
(fluid)
into
pipe
Rs bits/sec)
to send to client
link that
capacity
pipe
can carry
Rfluid
c bits/sec
at rate
Rc bits/sec)
1:Introduction
Introdução
77
1-77
Throughput (more)
 Rs
< Rc What is average end-end throughput?
Rs bits/sec
 Rs
Rc bits/sec
> Rc What is average end-end throughput?
Rs bits/sec
Rc bits/sec
bottleneck link
link on end-end path that constrains end-end throughput
1:Introduction
Introdução
78
1-78
Throughput: Internet scenario
 per-connection
end-end
throughput:
min(Rc,Rs,R/10)
 in practice: Rc or
Rs is often
bottleneck
Rs
Rs
Rs
R
Rc
Rc
Rc
10 connections (fairly) share
backbone bottleneck link R bits/sec
1:Introduction
Introdução
79
1-79
“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
80
Organização de uma viagem aérea:
bilhete (compra)
bilhete (reclamação)
bagagem (check in)
bagagem (recup.)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
rota do vôo
rota do vôo
Roteamento do avião
 uma série de etapas
1: Introdução
81
Viagem Aérea: uma visão diferente
bilhete (compra)
bilhete (reclamação)
bagagem (verificação)
bagagem (recup.)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrisagem
rota do vôo
rota do vôo
roteamento do avião
Camadas: cada camada implementa um serviço
 através de elementos da própria camada
 depende dos serviços providos pela camada inferior
1: Introdução
82
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
83
bilhete (compra)
bilhete (reclamação)
bagagem (check in)
bagagem (recup.)
portão (embarque)
portão (desembarque)
decolagem
aterrissagem
rota de vôo
rota de vôo
aeroporto de chegada
aeroporto de saída
Implementação distribuída da funcionalidade das
camadas
Aeroportos intermediários
rota de vôo
rota de vôo
rota de vôo
1: Introdução
84
Por que 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
85
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
86
Hierarquia em Camadas
1: Introdução
87
1: Introdução
88
1: Introdução
89
1: Introdução
90
1: Introdução
91
Camadas: comunicação lógica
Cada camada:
 distribuída
 “entidades”
implementam
as funções em
cada nó
 entidades
executam
ações, trocam
mensagens com
os pares
aplicação
transporte
redes
enlace
física
aplicação
transporte
redes
enlace
física
rede
enlace
física
aplicação
transporte
redes
enlace
física
aplicação
transporte
redes
enlace
física
1: Introdução
92
Camadas: comunicação lógica
Ex.: camada de
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
redes
enlace
física
aplicação
transporte
redes
enlace
física
ack
dados
redes
enlace
física
aplicação
transporte
redes
enlace
física
dados
aplicação
transporte
transporte
redes
enlace
física
1: Introdução
93
Camadas: Comunicação Física
dados
aplicação
transporte
redes
enlace
física
aplicação
transporte
redes
redes
física
redes
enlace
físicol
aplicação
transporte
redes
enlace
física
dados
aplicação
transporte
redes
enlace
físicaa
1: Introdução
94
Camadas de protocolos e dados
Cada camada recebe dados da camada superior
 adiciona informação no cabeçalho para criar uma
nova unidade de dados
 passa a nova unidade de dados para a camada
inferior
origem
destino
M
Ht M
Hn Ht M
Hl Hn Ht M
aplicação
transporte
redes
enlace
física
aplicação
Ht
transporte
Hn Ht
redes
Hl Hn Ht
enlace
física
M
mensagem
M
segmento
M
M
datagrama
quadro
1: Introdução
95
Modelo OSI-ISO
 ISO - International Organization for Standards
 OSI - Open Systems Interconnection
 Modelo em 7 camadas:
OSI
TCP/IP
Aplicação
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
X
Transporte
Rede
Internet
Enlace
Host-tonetwork
Física
1: Introdução
96
Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO
 Uma camada deve ser criada se houver
necessidade de abstração
 Camadas devem executar funções bem
definidas
 A definição da camada deve levar em conta
protocolos padronizados internacionalmente
1: Introdução
97
Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO
 Os limites de cada camada devem ser escolhidos a
fim de reduzir o fluxo de informação transportada
entre as interfaces;
 O número de camadas deve ser suficientemente
grande para que funções distintas não precisem
ser desnecessariamente colocadas na mesma
camada e suficientemente pequeno para que o
projeto não se torne difícil de controlar;
1: Introdução
98
A Camada Física
 Especificação das interfaces mecânicas,
elétricas e procedurais
1: Introdução
99
A Camada de Enlace de Dados
 Transformar um canal de transmissão bruta de
dados em uma linha que pareça livre de erros controle de erro
 Enquadramento de dados;
 Delimitação de quadros;
 Controle de fluxo - acoplamento de velocidade de
transmissão - transmisor / receptor
1: Introdução
100
A Camada de Rede
 Controla a operação da sub-rede
 Roteamento
 Controle de congestionamento
 Contabilidade
 Interconexão de redes
1: Introdução
101
A Camada de Transporte
 Aceitar dados da camada de sessão e
dividi-los em unidades menores (pacotes);
 Gerenciamento de conexões:
 estabelecimento, encerramento e multiplexação;
 Primeira camada fim-a-fim;
 Controle de fluxo;
1: Introdução
102
A Camada de Sessão
 Gerenciamento de sessões;
 Gerenciamento de tokens;
 Sincronização;
1: Introdução
103
A Camada de Apresentação
 Sintaxe e semântica da informação a ser
transferida
 Codificação dos dados
 Conversão de estruturas de dados
1: Introdução
104
A Camada de Aplicação
 Contém uma série de protocolos comumente
necessários;
 Protocolo de terminal virtual;
 Protocolo de transferência de arquivos;
1: Introdução
105
Network Security
 The field of network security is about:
 how bad guys can attack computer networks
 how we can defend networks against attacks
 how to design architectures that are immune to
attacks
 Internet not originally designed with
(much) security in mind

original vision: “a group of mutually trusting
users attached to a transparent network” 
 Internet protocol designers playing “catch-up”
 Security considerations in all layers!
1:Introduction
Introdução
106
1-106
Bad guys can put malware into
hosts via Internet
 Malware can get in host from a virus, worm, or
trojan horse.
 Spyware malware can record keystrokes, web
sites visited, upload info to collection site.
 Infected host can be enrolled in a botnet, used
for spam and DDoS attacks.
 Malware is often self-replicating: from an
infected host, seeks entry into other hosts
1:Introduction
Introdução
107
1-107
Bad guys can put malware into
hosts via Internet
 Trojan horse
 Hidden part of some
otherwise useful
software
 Today often on a Web
page (Active-X, plugin)
 Virus
 infection by receiving
object (e.g., e-mail
attachment), actively
executing
 self-replicating:
propagate itself to
other hosts, users
 Worm:
 infection by passively
receiving object that gets
itself executed
 self- replicating: propagates
to other hosts, users
Sapphire Worm: aggregate scans/sec
in first 5 minutes of outbreak (CAIDA, UWisc data)
1:Introduction
Introdução
108
1-108
Bad guys can attack servers and
network infrastructure
 Denial of service (DoS): attackers make resources
(server, bandwidth) unavailable to legitimate traffic
by overwhelming resource with bogus traffic
1.
select target
2. break into hosts
around the network
(see botnet)
3. send packets toward
target from
compromised hosts
target
1:Introduction
Introdução
109
1-109
The bad guys can sniff packets
Packet sniffing:
broadcast media (shared Ethernet, wireless)
 promiscuous network interface reads/records all
packets (e.g., including passwords!) passing by

C
A
src:B dest:A

payload
B
Wireshark software used for end-of-chapter
labs is a (free) packet-sniffer
1:Introduction
Introdução
110
1-110
The bad guys can use false source
addresses
 IP
spoofing: send packet with false source address
C
A
src:B dest:A
payload
B
1:Introduction
Introdução
111
1-111
The bad guys can record and
playback
 record-and-playback: sniff sensitive info (e.g.,
password), and use later
 password holder is that user from system point of
view
A
C
src:B dest:A
user: B; password: foo
B
1:Introduction
Introdução
112
1-112
Network Security
 more throughout this course
 chapter 8: focus on security
 crypographic techniques: obvious uses and
not so obvious uses
1:Introduction
Introdução
113
1-113
História da Internet
1961-1972: Primórdios dos Princípios de redes:
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:




Demosntração pública
da ARPAnet
NCP (Network Control
Protocol) - primeiro
protocolo host-host
primeiro programa de email
ARPAnet com 15 nós
1: Introdução
114
História da Internet
1972-1980: Interconexão, novas redes privativas
 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 tem 200 nós
Cerf and Kahn’s princípios de
interconexão:
 minimalismo, autonomia,
não há necessidade de
mudança interna para
interconexão
 modelo de serviço
melhor esforço (best
effort)
 roteadores sem estado
 controle
descentralizado
define a arquitetura da
Internet de hoje
1: Introdução
115
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
 Novos backbones
nacionais: Csnet,
BITnet, NSFnet,
Minitel
 100,000 hosts
conectados numa
conferederação de
redes
1: Introdução
116
História da Internet
1990’s, 2000’s: comércio, WWW, novas aplicações
 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
Final dos anos 90:
 est. 50 milhões de





computadores na
Internet
est. mais de 100 milhões
de usuários
enlaces de backbone a
Gbps
1996: criação do
projeto INTERNET2
Segurança: uma
necessidade
Novas aplicações (killer
applications): napster
1: Introdução
117
Internet/BR
 RNP teve início em 1989.
 Aberta para uso comercial em 1994
 Posição absoluta (Network Wizards, 1/00):
 Número de hosts: 446.444
 13o do Mundo
 3o das Américas
 1o da América do Sul
 4.500.000 Internautas (2/00)
1: Introdução
118
Resumo da Introdução
Material coberto
 Visão geral da Internet
 O que é um protocolo
 Periferia da rede, núcleo da
rede, redes de acesso
 Comutação de pacotes versus
comutação de circuitos
 backbones, NAPs, ISPs
 Desempenho: perda e atraso
 Modelo de serviços em camada
 História
Conhecimento adquirido:
 contexto, visão geral,
sentimento da rede
 mais detalhes ao longo
do curso
1: Introdução
119