Copyright 2001 Serviços de Acesso à Internet vs. Serviços de Telecomunicações 1° Seminário Internacional Telecom Internet: determinação dos preços e universalização de acesso São Paulo, 9 de abril de 2001 O QUE É A INTERNET? www e-mail e-commerce ISP www.varig.com.br amazon.com B2B Speedy dial-up rede corporativa B2C Ajato iG flores C2C Terra anatel.gov C2B (?) M2M Velox AOL transferência de arquivos ADSL 1 AGORA E ANTIGAMENTE Agora... Antigamente... Aplicação na Internet Eqüivalente aproximado em outra mídia • Corréio eletrônico (e-mail) • Transferência de arquivos • Comércio eletrônico • Serviço de mensagens X.400, fax • Teletex • Transferência eletrônica de fundos no ponto de venda (EFTPOS)* • • • • • • • Comércio eletrônico B2B World Wide Web Jornais on-line Universidades virtuais (on-line) Cu-see-me Streaming audio Streaming video * Electronic funds transfer at point of sale Fonte: UIT • • • • • • • Electronic data interchange (EDI) Videotex Jornais impressos, revistas, etc. Educação a distância Video-telefonia / Video-conferência Rádio TV 2 PERSPECTIVA DA ARQUITECTURA DA REDE TELEFÔNICA e-mail APLICAÇÕES Servidor de vídeo Serviços financeiros Voz Navegação •Analógica •Não usa pacotes •Não é broadband •Pouca competição POTS: Plain Old Telephone Service REDE Sem fio LANs DBS* ATM STFC SMDS* Frame Relay * SMDS: Switched Multimegabit Data Service; DBS: Direct Broadcast Satellite 3 PERSPECTIVA DA ARQUITECTURA DA REDE ISDN e-mail Servidor de APLICAÇÕES vídeo Serviços financeiros Voz Navegação •Digital •Indícios de pacotes •Não é considerado broadband •Pouca competição ISDN REDE Sem fio LANs DBS ATM Frame Relay ISDN SMDS 4 PERSPECTIVA DA ARQUITECTURA DA INTERNET e-mail APLICAÇÕES Servidor de vídeo Serviços financeiros Voz Navegação •Digital •Utiliza pacotes •Broadband •Alta competição IP REDE LANs ATM Linhas dedicadas Dial-up Frame Relay DWDM Sem fio SONET SMDS ADSL Satelite Cable modem 5 O QUE É A INTERNET? Network of networks A Internet é um conjunto de redes independentes baseadas em comutação de pacotes, que estão interconectadas para funcionar como uma unidade coordenada. A Internet tem 4 grandes propósitos: • Fornecer correio eletrônico para os usuários • Permitir transferência de arquivos entre hospedes (hosts) • Permitir que usuários possam acessar computadores remotos • Prover usuários acesso a bases de dados 6 O QUE É A INTERNET? A Internet é um sistema de informação global que: (1) Está ligado logicamente por um espaço único e global de endereços baseado no protocolo IP (Internet protocol) ou as suas extensões futuras (2) Suporta comunicações usando TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) ou as suas extensões futuras, ou outros protocolos compatíveis com IP (3) Fornece, usa, ou permite acessar níveis superiores de serviços suportados na infraestrutura (layers, camadas ou níveis) Fonte: Federal Networking Council (FNC) 7 A REDE TELEFÔNICA vs. A INTERNET A rede telefônica pública A Internet • Tem mais de 100 anos • Tecnologias híbridas – analógica e • Tem mais de 25 anos • Tecnologia digital, de computador para digital • Otimizada para comunicação de voz (comutada) • Utiliza pricing baseado em distância e tempo • Utiliza accounting e settlement rates para pagamento no nível internacional Fonte: UIT computador • Otimizada para comunicação de dados (roteada) • Utiliza tarifas flat baseadas na capacidade do circuito solicitado • Não tem mecanismos formais de pagamento no nível internacional 8 REDES COMUTADAS POR PACOTES E POR CIRCUITOS Redes com Networks with circuitos virtual circuits virtuais Exemplos Comentários X.25 • Orientado a suportar conexões Comutação por pacotes Redes datagram TCP/IP conexões (p.ex., TCP) e serviços não orientados a conexões (p.ex., UDP*) para o nível de aplicações • Entrega sob "melhores esforços" (best-efforts delivery) por IP Redes de comunicação Comutação por circuitos • Orientado a suportar Redes telefônicas (STFC) • Baseado em conexões • Os recursos para uma sessão dada são alocados durante a duração completa da sessão * UDP = User Datagram Protocol 9 A COMUTAÇÃO POR PACOTES É ANÁLOGA A UM SISTEMA DE RUAS A "comutação por pacotes" é parecida a um sistema de ruas e estradas: • Diferentes veículos (pacotes) podem circular simultaneamente pelo sistema • Diferentes veículos (pacotes) podem entrar e sair do sistema em qualquer momento • Tem bastante liberdade de movimento • É possível chegar ao mesmo destino por várias rotas diferentes • O motorista sabe qual o destino final, mas vai tomando direções da sinalização no sistema (roteadores) Fonte: T.M. Denton Consultants, The Internet, www.tmdenton.com/internet.htm 10 REDES TELEFÔNICAS VS. REDES IP (DATAGRAM) Rede telefônica • Circuito de A para B é reservado no estabelecimento da ligação para a duração completa da chamada/sessão • Capacidade fica não utilizada se A B A não necessita enviar dados durante a sessão/chamada • Características de atraso e perda são bem conhecidas durante o estabelecimento da sessão • Tráfego síncrono 11 REDES TELEFÔNICAS VS. REDES IP (DATAGRAM) Rede IP (datagram) • Pacotes são roteados Aonde envio pacotes ende-reçados a B? R2 A R1 Endereço B Dados Aonde envio pacotes ende-reçados a B? A tabela de roteamento diz "envia a R3" A tabela de roteamento diz "envia a R3" R5 R3 R4 B R6 baseando-se em tabelas de roteamento • Tabela de roteamento muda se os links falham ou estão congestionados – os pacotes podem tomar diferentes rotas • Não tem garantia de qualidade de serviço (QoS) (p.ex., atraso máximo, entrega e perda de pacotes, etc.) • Tentativas baseadas no "melhor esforço"; não existe garantia de entrega de pacotes por IP 12 A DIFERENCIAÇÃO DE PERFORMANCE DA REDE É MUITO DIFÍCIL Public Internet ATM T1 X.25 56 kbs DS 3 28.8 kbs Roteador Roteador Frame relay • A Internet é uma coleção de diferentes redes com diferente(s): – Tecnologias e especificações de engenharia – Largura de banda/velocidades – Redundância/ características de backup • A tecnologia IP provê um ambiente não baseado em conexões: – Independente das rotas – Roteamento dinâmico Pouco controle na performance associada a qualquer transmissão dada • A características dos roteadores variam: – Algoritmos de eliminação de pacotes – Velocidades de conexão • Tecnologias de acesso variam: – Várias velocidades, etc. 13 ARQUITETURA DE REDE ABERTA: FUNDAMENTOS DA INTERNET • Cada rede deve ser independente e não deve precisar de mudanças internas para se conectar à Internet • As comunicações devem ser baseadas no "melhor esforço"; se um pacote não chega no destino, então deverá ser retransmitido pela fonte de origem • "Caixas pretas" são usadas para conectar as redes (gateways e roteadores). Nenhuma informação sobre os pacotes individuais será retida pelos gateways por onde passam, para maximizar simplicidade • A meta final é a conectividade total das redes • Todas as plataformas são tratadas da mesma maneira • Todos os sistemas operativos são tratados da mesma maneira • O sistema é robusto e simples • Não existe control global no nível de operações 14 TELEFONIA – SACRIFÍCIO NA EFICIÊNCIA DE USO DE LARGURA DE BANDA PARA GARANTIR QoS Tempo 125 microsegundos A1 A2 B1 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 A3 A4 B2 B3 B4 8 bits Célula 4 reservada para chamada entre A1 e B3 Síncrono 1 ligação de voz = 64 kbps 24 ligações de voz (+ overhead) = 1,544 kbps = T1 30 T1s = 45 Mbps = T3 1 T3 + overhead = SONET STS - 1 3 STS - 1 = STS -3 (155 Mbps) • • • • A1 transmite 8 bits para B3 a cada 125 microsegundos 8 = -6 = 64 kbps 125x10 • Célula 4 não é usada quando se tem "silêncio" na chamada entre A1 e B3 • Sempre se tem uma seqüência de slots de tempo com slots diferentes alocados entre as chamadas • Os slots ficam vazios se não existe tráfego na chamada correspondente • Boa QoS, pouca eficiência na utilização de banda 15 O QUE ACONTECE QUANDO ENVIAMOS UM E-MAIL? SIMPLIFICADO João Pedro Internet LAN corporativo Dial-up para ISP 1. Pedro escreve o destinatário, assunto e mensagem nos campos apresentados na aplicação de e-mail 2. Os caracteres são apresentados em código binário, encriptados, e as vezes comprimidos 3. O computador do Pedro estabelece uma "conexão lógica" com o host do email do João 4. “Pacotes” que contem o endereço da rede de Pedro, o endereço da rede de João, e pedaços da mensagem são criados e enviados 5. Uma série de bits contendo bits para checar erros (error checking) é criada 12. A mensagem aparece com o destinatário, assunto e conteúdo nos campos da aplicação de e-mail do João 11. Os caracteres são descomprimidos, desencriptados e decodificados 8. A série de bits é recebida e checada (error check) 6. Sinais elétricos são transmitidos 7. Sinais elétricos são recebidos 10. O servidor de correio eletrônico ratifica o recebimento da mensagem e fecha a conexão 9. O cabeçário com o endereço da rede é eliminado 16 ALGUMAS PERGUNTAS TÍPICAS • O software/arquitetura/ protocolos 1. O autor da aplicação de software deve se preocupar com a caracterização elétrica do meio de transmissão? 2. O software estabelecendo a conexão lógica entre quem envia e quem recebe precisa mudar dependendo do método utilizado para checar erros para transmitir os bits? 3. As especificações do meio físico/elétrico devem mudar dependendo da aplicação? da rede estão divididos em níveis (camadas ou layers) • Os níveis são independentes: – Níveis inferiores provêem serviços e funcionalidade aos níveis superiores – Níveis inferiores são transparentes para os níveis superiores • As interações ocorrem entre níveis similares dos diferentes hosts • Permite desenvolvimento independente das diferentes peças do "quebra-cabeças" • Permite que a implementação de qualquer nível seja mudada sem ter que mudar as outras 17 O QUE ACONTECE QUANDO ENVIAMOS UM E-MAIL? SIMPLIFICADO João Pedro Internet Dial-up para ISP LAN corporativo 1. Pedro escreve o destinatário, assunto e mensagem nos campos apresentados na aplicação de e-mail 2. Os caracteres são apresentados em código binário, encriptados, e as vezes comprimidos 3. O computador do Pedro estabelece uma "conexão lógica" com o host do email do João 4. “Pacotes” que contem o endereço da rede de Pedro, o endereço da rede de João, e pedaços da mensagem são criados e enviados 5. Uma série de bits contendo bits para checar erros (error checking) é criada 12. A mensagem aparece com o destinatário, assunto e conteúdo nos cam- Aplicação pos da aplicação de e-mail do João 11. Os caracteres são descomprimidos, desencriptados e decodificados 8. A série de bits é recebida e checada Link de dados (error check) 6. Sinais elétricos são transmitidos 7. Sinais elétricos são recebidos 10. O servidor de correio eletrônico ratifica o recebimento da mensagem Transporte e fecha a conexão 9. O cabeçário com o endereço da rede Rede é eliminado Física 18 NÍVEIS DE PROTOCOLO • Provê funções genéricas aos usuários baseadas na rede • Aplicação: e-mail, tansferência de arquivos, solicitação de Aplicação Transporte Rede arquivos, etc. • Presentação: permite a transferência de arquivos entre diferentes formatos • Sessão: estabelece e coordena a conexão entre computadores • Entrega/ conexão end-to-end • Isola níveis superiores da complexidade dos níveis inferiores • Garante que os pacotes chegam ao destino, não têm erros, e estão na ordem correta • Envia os pacotes ao endereço especificado • Transmite pacotes de host a host através de uma rede de comunicações Link de dados Físico • Quebra os dados em pacotes • Permite ter transmissão sem erros através de um link • Meio físico (hardware) para transportar os sinais: cabo, espectro, satélite, etc. • Transmite uma série de bits "crus" através de um link 19 NÍVEIS DE PROTOCOLO E SEU OBJETIVO • Provê funções genéricas aos usuários baseadas na rede • Entrega/ conexão endTransporte to-end • Isola níveis superiores da complexidade das níveis inferiores • Transmite pacotes de Rede host a host através de uma rede de comunicações Link de dados • Permite ter transmissão sem erros através de um link • Transmite uma série de Físico FTP, SMTP, DNS, SMNP, HTTP, SAP bits "crus" através de um link – Estabelecer e terminar TCP, UDP, SPX conexões – Controle de fluxos – Detectar e corrigir erros – QoS – Endereçamento – Roteamento – Control de congestionamento – QoS IP, protocols de roteamento (BGP), IPX, X-25 – Encadramento (framing) PPP, SLIP, SONET, – Detectar e corrigir erros Frame relay, FDDI, – Controle de fluxos token ring – Estabelecer e terminar conexões – Codificar – Repetir/amplificar – Trasmissão RS 232, WDM, X.21, V.54 Ethernet Aplicação Exemplos DOCSIS* Objetivo Funções principais * Data over Cable Service Interface Specifications 20 O NÍVEL DE REDE • Os pacotes são transportados ao seu destino com a ajuda dos roteadores • É o nível de rede quem leva os pacotes ao endereço correto (não é o nível de transporte) • Os pacotes geralmente não chegam em ordem, ou podem chegar corrompidos; o nível de transporte resolve este problema Fonte: T.M. Denton Consultants, The Internet, www.tmdenton.com/internet.htm 21 O NÍVEL DE TRANSPORTE • Conforme os pacotes chegam ao seu destino, TCP calcula a checksum para cada pacote • Posteriormente compara essa soma com a que foi enviada no pacote • Se as somas não coincidem, TCP elimina o pacote e pede que o pacote original seja retransmitido • Quando todos os pacotes são recebidos corretamente pelo computador de destino, TCP os ordena na forma original Fonte: T.M. Denton Consultants, The Internet, www.tmdenton.com/internet.htm 22 PROTOCOLOS – VÁRIOS PROGRAMAS INTERCONECTANDO COMPUTADORES STICKER Exemplos • • • • • • SNA System Network Architecture (IBM) DNA Digital Network Architecture (DEC) Appletalk SPX/IP Sequenced Packet Exchange/ Internet Packet Exchange (Novell) XNS Xerox Network Services) TCP/IP Ping, telnet, FTP, SMTP, SNMP, rlogin DNS, TFTP, RIP, OSPF TCP UDP ICMP IP, algoritmos de roteamento Aplicação (host-to-host) Transporte Rede Link de dados Físico 23 O QUE FAZEM TCP E IP PARA ENVIAR UMA MENSAGEM DO HOST C1 PARA O HOST C2? SIMPLIFICADO Tempo Aplicação Cria mensagem de C1 para C2 Transporte (TCP) Rede (IP) Link de dados Físico C1 estabelece uma "sessão" com C2 C1 quebra a mensagem em peças ordenadas endereçadas para C2 Verifica que todas Termina a as peças chegaram "sessão" corretamente (pede retransmissão se necessário) Quebra as peças em pacotes e os envia para o endereço de rede de C2 Rotea pacotes de C1 para C2 baseado no best-effort Transmite os frames de dados • TCP é um protocolo orientado a conexões • IP é um protocolo não orientado a conexões (connectionless, best-effort protocol) 24 PORQUE OS NÍVEIS (LAYERS) SÃO IMPORTANTES? • Todos os níveis acima do nível físico estão formados por protocolos, que são por natureza software • Não são objetos físicos; são instruções e informação nos cabeçários dos sinais e nas máquinas que lêem os cabeçários e fazem o roteamento para chegar no destino • Os níveis são desenvolvidos em um processo aberto e colaborativo por expertos técnicos; a sua aceitação os torna em estándares da indústria • Mudanças em algum nível não necessariamente afetam outros níveis (exceto quando esteja desenhado assim no software) • Os economics de mudar protocolos são como os economics do software: entre mais sejam usados, mais se tornam em estándares. Quando viram estándar, outros softwares podem ser desenhados para funcionar nesse protocolo 25 TCP/IP: PORQUE É TÃO SENSACIONAL (E NEM TANTO)? Porque TCP/IP (e a Internet) conseguiram decolar? Algumas questões sobre o TCP/IP • Independente da • Desenhado para sobreviver e ser flexível tecnologia das redes • Independente do hardware dos computadores host • Independente dos sistemas operativos "Rede de redes" (“Network-ofnetworks”) • Habilidade de rotear dados • Atualmente, ainda não é adequado para • Tolerância de rotas erradas • Recuperação robusta de • Os "melhores esforços" por IP não podem garantir QoS (p.ex., espera máxima) entre subredes nas subredes (aplicações múltiplas, sistemas operativos, níveis físicos, e níveis de link de dados), fazendo com que seja o protocolo de comunicações usado ao longo de várias redes Operação robusta falhas aplicações sensíveis a atrasos – Voz (telefonia) – Video-conferência • Migração da base instalada – Infra-estrutura de telefonia/TDM* para IP – IPv4 para IPv6 • Estándares abertos permitem o desenvolvimento de novas aplicações (p.ex., http) Estándares abertos * Time division multiplexing 26 SISTEMA GLOBAL ÚNICO DE ENDEREÇAMENTO Número IP Domain Name • Cada computador (host) na Internet está Nomes internacionais (International top level domains) identificado por um número IP • Todo número IP é diferente (não é possível ter dois computadores com o mesmo número...) • Um número IP é um número binário de 32 bits (32 zeros e uns) • Os números IP incluem quatro blocos de números entre 0 e 256, separados por pontos (p.ex., 256.54.106.453) • Existem 2564 endereços (~4,3 bilhões), o que é percebido como insuficiente • A seguinte versão (IPv6) terá um espaço de endereçamento muito maior baseado num número binário de 128 bits • • • • • • .com .net .org .mil .gov .edu Nomes nacionais: • • • • .br (Brasil) .ar (Argentina) .au (Australia) ... 192.18.13.1 flowers.com 1-800-356-9377 1-800-flowers 27 A REDE INTELIGENTE vs. A REDE LERDA* A rede inteligente • Bens escasos e caros • Voz • Comutação por circuitos • Controle • Baseada em supostos de engenharia (p.ex., duração média das chamadas) A rede lerda • Rede só com transporte no meio • Pontas inteligentes controladas pelos usuários • Abundância – transporte e computação são bens baratos e não escasos • O transporte é guiado pelas necessidades dos dados e não pelo desenho da rede * The stupid network 28 WWW – WORLD WIDE WEB • A www consiste de uma série de documentos e links • É o universo de informação acessível em muitos computadores no mundo inteiro e conectados à Internet The killer application ! • Os documentos estão em vários formatos • Os documentos que são hipertexto contêm links para outros documentos • A navegação é muito simples • A www faz a publicação de informação relativamente fácil • O modelo da www evita as incompatibilidades dos formatos de dados entre fornecedores e leitor, pois permite a negociação de formato entre um browser inteligente e um server inteligente 29 CONVERGÊNCIA E DIVERGÊNCIA • Vários serviços (potencialmente sob Convergência regimes regulatórios diferentes) poderão ser oferecidos por um mesmo provedor • O mesmo serviço poderá ser oferecido por vários provedores (potencialmente sob regimes regulatórios diferentes) • Muitas arquiteturas diferentes com Divergência muitos pontos de interconexão e acesso 30 A REGULAÇÃO CIRCA 1995 TV Telefonia Empresas elétricas •Regras para utilização do espectro •Regras de conteúdo •Etc. •Rate of return •Tarifas •Etc. •Rate of return •Tarifas •Etc. Cabo ? Consumidores Consumidores Consumidores Consumidores Computadores – O mundo dos bits – pouca regulamentação 31 O DILEMA DO REGULADOR: O MUNDO CIRCA 2001 Mundo do conteúdo digital TV e Radiodifusão Empresa de TV a cabo Empresas telefônicas Empresas elétricas ISP Consumidores 32 O QUE É ESPECIAL DA INTERNET? Tecnologia Serviço telefônico Internet • O serviço telefônico e a Internet utilizam • O serviço telefônico e a Internet utilizam essencialmente os mesmos cabos • O equipamento ligado nesses cabos é diferente: comutação por circuitos Tarifação/ precificação • A precificação do serviço telefônico está baseada em uso • O provedor que termina a chamada recebe um pagamento • Países em desenvolvimento geralmente são recebedores de fluxos financeiros • Na maioria dos casos, o fluxo de tráfego é Fluxo de tráfego e fluxo simétrico entre quem origina a chamada e quem recebe a chamada de valor Fonte: UIT essencialmente os mesmos cabos • O equipamento ligado nesse cabos é diferente: comutação por pacotes • A precificação dominante tem sido flat (flatrate pricing) • Quase não existem pagamentos numa base de ponta a ponta • Países em desenvolvimento são pagadores pelo transporte de seu tráfego • O tráfego gerado pela www é altamente asimétrico, com o fluxo principal indo na direção de quem originou a ligação (e é também ele quem mais valor ganha pela ligação) 33 O QUE É ESPECIAL DA INTERNET? (Cont.) Centro principal de uso Serviço telefônico Internet • Não está centrado nos Estados Unidos • Seja pelo número de usuários, websites, ou a direção do tráfego, os Estados Unidos são o principal usuário da Internet • Isto tem se refletido nos processos de formação de políticas; as principais decisões tem sido, efetivamente, tomadas nos Estados Unidos Velocidade de adoção • Levou 75 anos para chegar a 50 milhões de usuários • Em 1999, existiam ao redor de 1500 • Levou 4 anos para chegar a 50 milhões de usuários • Em 1999, existiam mais de 17.000 ISPs carriers internacionais Fonte: UIT 34 MUDANÇA DE PARADIGMA • Passar de transmitir voz através de comutação de circuitos para redes baseadas em comutação de pacotes • Separar as aplicações da infra-estrutura – Os usuários se beneficiam imediatamente das inovações (muito freqüentes) em software, em vez de aguardar upgrades na comutação – Habilidade de se beneficiar de economias de escala na periferia da rede • Voz será uma forma de dados, em vez de continuar lutando para transmitir dados através de redes otimizadas para transmitir voz • Os modelos tradicionais de negócios, regulamentação e política pública começam a ficar ultrapassados • Para redes baseadas em IP, implementar novas tecnologias e serviços é mais fácil e o custo é menor • A abordagem através da Internet terá maior alcance que qualquer outra rede • A abordagem através da Internet atrairá mais entrepreneurship, trazendo uma evolução de serviços mais rápida • Voz e vídeo na Internet – a convergência – estão chegando... 35 36