Redes de Computadores 1
Prof. Marcelo Diniz
Fonte: http://wps.aw.com/br_kurose_rede_1/
1: Introdução
1
Parte I: Introdução
Objetivo do capítulo:
r entender o contexto,
visão geral, “sacar” o
que são redes
r maior profundidade,
detalhes
posteriormente no
curso
r abordagem:
m descritiva
m uso da Internet
como exemplo
Resumo:
r o que é a Internet
r o que é um protocolo?
r a borda (periferia) da rede
r o núcleo da rede
r desempenho: atraso, perda e
vazão
r camadas de protocolos,
modelos de serviço
r segurança: redes sob ataque
r história
1: Introdução
2
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1: Introdução
3
O que é a Internet: visão dos componentes
r
milhões de dispositivos de
computação conectados:
hospedeiros (hosts) = sistemas
finais
r
r
rodando aplicações de rede
enlaces (links) de comunicação
m
m
r
estação de
trabalho
roteador
servidor
móvel
ISP local
fibra, cobre, rádio, satélite
Taxa de transmissão = largura de
banda (bandwidth)
ISP regional
Roteadores (comutadores de
pacotes): encaminham pacotes
(pedaços) de dados através da
rede
r
Provedores de serviço Internet ISP (Internet Service Providers)
Rede da
empresa
1: Introdução
4
O que é a Internet: visão dos componentes
r
milhões de dispositivos de
computação conectados:
hospedeiros (hosts) = sistemas
finais
m
r
enlaces (links) de comunicação
m
m
r
rodando aplicações de rede
fibra, cobre, rádio, satélite
Taxa de transmissão = largura de
banda (bandwidth)
Roteadores (comutadores de
pacotes): encaminham pacotes
(pedaços de dados) através da
rede
r
Provedores de serviço Internet ISP (Internet Service Providers)
1: Introdução
5
Aparelhos internet
interessantes
Porta retratos IP
http://www.ceiva.com/
Tostadeira habilitada para a Web +
Previsão do tempo
http://news.bbc.co.uk/1/low/sci/tech/1264205.stm
O menor servidor Web
do mundo
Telefones Internet
Kindle DX
1: Introdução
6
Aplicações Populares
r
Navegação
r
Correio
r
Mensagens Instantâneas
r
Compartilhamento de Arquivos
r
Jogos em rede
r
Voz e Vídeo
r
Blogs
r
Trabalho Cooperativo
1: Introdução
1-7
Embedded Networked Sensing
Ecosystems, Biocomplexity
Marine Microorganisms
•
Micro-sensors, onboard processing,
wireless interfaces
feasible at very small
scale--can monitor
phenomena “up close”
•
Enables spatially and
temporally dense
environmental
monitoring
Contaminant Transport
Seismic Structure Response
Embedded
Networked Sensing
will reveal previously
unobservable
phenomena
1: Introdução
8
O que é a Internet: visão dos componentes
r
protocolos: controlam o
envio e o recebimento de
mensagens
m
r
Internet: “rede de redes”
m
m
r
ex., TCP, IP, HTTP, Skype,
Ethernet
livremente hierárquica
Internet pública versus
intranet privada
Padrões Internet
m
RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering
m
www.ietf.org
m
Task Force
1: Introdução
9
O que é a Internet: visão dos serviços
r
a infra-estrutura de
comunicação permite o uso
de aplicações distribuídas:
m
r
Web, e-mail, jogos, mensagens
instantâneas, voz sobre IP
(VoIP), compartilhamento de
arquivos (MP3) , ...
serviços de comunicação
disponibilizados:
m
m
Transferência confiável de
dados da origem até o destino
Transferência de dados
“melhor esforço” (não
confiável)
1: Introdução
10
O que é um protocolo?
protocolos humanos:
r “que horas são?”
r “tenho uma dúvida”
r apresentações
… msgs específicas são
enviadas
… ações específicas são
realizadas quando as
msgs são recebidas,
ou acontecem outros
eventos
Protocolos de rede:
r máquinas ao invés de
pessoas
r todas as atividades de
comunicação na Internet
são governadas por
protocolos
protocolos definem o formato,
ordem das msgs enviadas e
recebidas pelas entidades da
rede, e ações tomadas quando
da transmissão ou recepção de
msgs
1: Introdução
11
O que é um protocolo?
um protocolo humano e um protocolo de rede:
Oi
sol. conexão
TCP
Oi
resposta de
conexão TCP
Que horas
são, por favor?
Get http://www.awl.com/kurose-ross
2:00
<arquivo>
tempo
P: Apresente outro protocolo humano!
1: Introdução
12
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1: Introdução
13
Uma olhada mais de perto na
estrutura da rede:
r Borda da rede:
aplicações e
hospedeiros
(hosts)/sistemas
finais
r núcleo da rede:
m
m
roteadores
rede de redes
r redes de acesso,
meio físico: enlaces
de comunicação
1: Introdução
14
A borda da rede:
r Sistemas finais (hosts):
m
m
m
rodam programas de aplicação
ex., WWW, email
na “borda da rede”
r modelo cliente/servidor
m
m
o host cliente faz os pedidos,
são atendidos pelos servidores
ex., cliente Web (browser)/
servidor; cliente/servidor de email
r modelo peer-peer (p2p):
m
m
uso mínimo (ou nenhum) de
servidores dedicados
ex.: Skype, BitTorrent
1: Introdução
15
Roteiro do Capítulo 1
1.1 O Que é a Internet?
1.2 A Borda (Periferia) da Internet
1.4 Redes de acesso e meios físicos
1.3 O Núcleo da Rede
1.5 ISPs e backbones da Internet
1.6 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de
pacotes
1.7 Camadas de protocolos e seus modelos de
serviços
(1.6 Redes sob ataque)
1.8 História das redes de computadores e da
Internet
1: Introdução
16
Redes de acesso
P: Como conectar os sistemas
finais aos roteadores de
borda?
redes de acesso residencial
r redes de acesso corporativo
(escola, empresa)
r redes de acesso sem fio
r
Questões a serem consideradas:
largura de banda (bits por
segundo) da rede de acesso.
r compartilhada ou dedicada?
r
1b Introdução
17
O quão rápido é rápido?
FONTE: http://www.psc.edu/~mathis/
1: Introdução
18
Acesso residencial: acesso
ponto a ponto
r
Discado (Dialup) via modem
m
m
r
acesso direto ao roteador
de até 56kbps
(teoricamente)
Não dá para navegar pela
Web e telefonar ao mesmo
tempo!
RDSI/ISDN:
m
m
rede digital de serviços
integrados: conexão digital
de 128kbps ao roteador.
Serviço DVi (Digital Voice
Image) da Telemar.
r
ADSL: asymmetric digital
subscriber line
m
m
m
m
até 1 Mbps casa-aoroteador
até 8 Mbps roteador-paracasa
Serviço Velox da Telemar
ADSL2+: 24/1 Mbps
1: Introdução
19
Acesso discado
central
telefônica
PC
doméstico
r
Modem
discado
rede
telefônica
Internet
modem
do ISP
(ex., Terra)
Usa a infraestrutura existente de telefonia
m
Residência está conectada à central telefônica
Até 56kbps de acesso direto ao roteador
(frequentemente menos)
r Não dá para navegar e usar o telefone ao mesmo
tempo: não está “sempre conectado”
r
1: Introdução
20
Modems
1: Introdução
21
Modulação
1b: Introdução
22
DSL (Digital Subscriber Line)
Linha existente de telefone:
0-4kHz voz; 4-50kHz dados
de subida; 50kHz-1MHz
dados de descida
telefone
Internet
DSLAM
rede
telefônica
splitter
Modem
DSL
PC
central
telefônica
Também usa a infraestrutura telefônica
r até 1 Mbps de subida (tipicamente < 256 kbps)
r até 8 Mbps de descida (tipicamente < 1 Mbps)
r linha física dedicada até a central telefônica
r
1: Introdução
23
ADSL
(Asymmetric Digital Subscriber Line)
Linha existente de telefone:
0-4kHz voz; 4-50kHz dados
de subida; 50kHz-1MHz
dados de descida
telefone
Internet
DSLAM
rede
telefônica
splitter
Modem
DSL
PC
central
telefônica
Também usa a infraestrutura telefônica
r até 1 Mbps de subida (tipicamente < 256 kbps)
r até 8 Mbps de descida (tipicamente < 1 Mbps)
r linha física compartilhada até a central telefônica
r
1: Introdução
24
Acesso residencial: modens a cabo
r Não utiliza a infraestrutura da rede
telefônica
m
Usa a infraestrutura da TV a cabo
r HFC: cabo híbrido coaxial/fibra
m
assimétrico: até 30Mbps descida (downstream),
2 Mbps subida (upstream).
r rede de cabos e fibra conectam as
residências ao roteador do ISP
m
m
acesso compartilhado das residências ao
roteador
ao contrário do DSL, que tem acesso dedicado
1: Introdução
25
Acesso residencial: modens a cabo
Diagrama: http://www.lightreading.com/document.asp?doc_id=109449&site=cdn
1: Introdução
26
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral
Tipicamente entre 500 a 5.000 residências
terminal
Rede de distribuição
(simplificada)
casa
1: Introdução
27
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral
terminal
Rede de distribuição
(simplificada)
casa
1: Introdução
28
Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral
servidore(s)
terminal
Rede de distribuição
(simplificada)
casa
1: Introdução
29
FTTH (Fiber to the Home)
ONT
fibras
ópticas
Internet
OLT
ONT
fibra
óptica
central telefônica
Splitter
óptico
ONT
Links ópticos da central telefônica até as residências
r Duas tecnologias ópticas competidoras:
r
m
m
r
Rede óptica passiva (PON)
Rede óptica ativa (PAN)
Taxas Internet muito mais altas; fibra transporta
televisão e serviços telefônicos
1: Introdução
30
Acesso Ethernet
100 Mbps
Roteador
Institucional
switch
Ethernet
Para o ISP da
instituição
100 Mbps
1 Gbps
100 Mbps
servidor
Usado tipicamente em empresas, universidades, etc.
r Ethernet de 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps e 10Gbps
r Hoje tipicamente os sistemas terminais se conectam
a switches Ethernet
r
1: Introdução
31
Redes de acesso sem fio (wireless)
r
rede de acesso compartilhado sem
fio conecta o sistema final ao
roteador
m
r
LANs sem fio:
m
m
r
Via estação base = “ponto de acesso”
sem fio
ondas de rádio substituem os fios
802.11 (Wi-Fi):
• 802.11b <= 11 Mbps
• 802.11g <= 54 Mbps
• 802.11n <= 12x 802.11g
roteador
estação
base
acesso sem fio com maior cobertura
m
m
m
Provido por uma operadora
3G > 1 Mbps
• EVDO (EVolution-Data Optimized)
• HSDPA (High-Speed Downlink Packet
Access)
Próximo (?): WiMAX (dezenas Mbps)
em grandes distâncias
hospedeiros
móveis
1: Introdução
32
Redes domésticas
Componentes típicos da rede doméstica:
r ADSL ou modem a cabo
r roteador/firewall/NAT
r Ethernet
r Ponto de acesso sem fio
do/para
terminal
modem roteador/
a cabo
firewall
Ethernet
(comutado)
Laptops
wireless
Ponto de
acesso
wireless
1: Introdução
33
Wi-Fi (Wireless Fidelity)
www.wi-fi.org
1: Introdução
34
http://www.wirelessphiladelphia.net/
Wi-Max
Wired
Internet
Backhaul
Condo/Apt
Mesh Cell
Gateways
Mesh Cell
Nodes
Indoor or
Outdoor
Antenna
Row/Town Homes
Park
Single Family/Stand Alone
Fixed Clients
Nomadic
Clients
Portable
Clients
1b: Introdução
35
WiMAX
r
Worldwide Interoperability for Microwave
Access
r Padrão IEEE 802.16d-2004
m Distâncias de 16 km
m Taxas de até 75 Mbps
r Padrão IEEE 802.16e-2005 (WiMax Móvel)
r www.wimaxforum.org
1: Introdução
36
Tipos de conexão usadas no país – em %
Julho 2008
As velocidades mais usadas no Brasil – em %
1: Introdução
37
Meios Físicos
Bit: Propaga-se entre o
transmissor e o
receptor
r enlace físico: o que
está entre o
transmissor e o
receptor
r meios guiados:
r
m
r
os sinais se propagam
em meios sólidos: cobre,
fibra
Par Trançado (TP - Twisted
Pair)
r dois fios de cobre
isolados
m
m
Categoria 3: fios
tradicionais de telefonia,
10 Mbps Ethernet
Categoria 5: 100Mbps
Ethernet
meios não guiados:
m
os sinais se propagam
livremente, ex. rádio
1: Introdução
38
Meios físicos: cabo coaxial, fibra
Cabo coaxial:
fio (transporta o sinal)
dentro de outro fio
(blindagem)
r bidirecional
r banda base (baseband):
r
m
m
r
canal único no cabo
Ethernet legada
banda larga (broadband):
m
m
múltiplos canais num cabo
HFC
Cabo de fibra óptica:
fibra de vidro transporta
pulsos de luz
r opera em alta velocidade:
r
m
r
transmissão ponto a ponto
de alta velocidade (ex.,
10´s a 100´s Gbps)
baixa taxa de erros:
repetidores mais
afastados; imune a ruído
eletromagnético
1b: Introdução
39
1b: Introdução
40
Meios físicos: rádio
sinal transportado em
ondas eletromagnéticas
r não há “fio” físico
r bidirecional
r efeitos do ambiente de
propagação:
r
m
m
m
reflexão
obstrução por objetos
interferência
Tipos de enlaces de rádio:
r
microondas
m
r
LAN (ex., Wifi)
m
r
2Mbps, 11Mbps, 54 Mbps
longa distância (ex., celular)
m
r
ex.: canais de até 45 Mbps
ex. 3G, ~ 1 Mbps
satélite
m
m
m
canal de até 50Mbps (ou múltiplos
canais menores)
atraso de propagação de 280
mseg (fim-a-fim)
geoestacionários versus de baixa
altitude (LEOS)
1: Introdução
41
1: Introdução
42
Meios Físicos: Satélites de Baixa
Órbita - Iridium
r
Projeto
original:
m
m
r
77 satélites
No. atômico
do Irídio
Projeto
implementado:
m
m
66 satélites
No. atômico
do Disprósio!!!
1: Introdução
43
Meios físicos: Fios elétricos
1: Introdução
44