REDES DE COMPUTADORES Prof Evandro Cant Dr Eng

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REDES DE COMPUTADORES Prof. Evandro Cantú, Dr. Eng.

REDES DE COMPUTADORES Prof. Evandro Cantú, Dr. Eng.

Prof. Evandro Cantú, Dr. Eng. cantu@sj. cefetsc. edu. br www. sj. cefetsc. edu. br/wiki

Prof. Evandro Cantú, Dr. Eng. cantu@sj. cefetsc. edu. br www. sj. cefetsc. edu. br/wiki Slides adaptados de J. Kurose & K. Ross (http: //www. aw-bc. com/kurose-ross/), e J. A. Suruagy (http: //www. nuperc. unifacs. br/suruagy/redes/index. html) 2 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Referência básica: REDES DE COMPUTADORES E A INTERNET UMA NOVA ABORDAGEM (www. aw. com/kurose_br)

Referência básica: REDES DE COMPUTADORES E A INTERNET UMA NOVA ABORDAGEM (www. aw. com/kurose_br) James F. Kurose e Keith W. Ross Copyright: 2003 572 páginas - ISBN: 8588639106 3 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Conteúdo Programático 1. 2. 3. 4. 5. Redes de Computadores e a Internet Camada

Conteúdo Programático 1. 2. 3. 4. 5. Redes de Computadores e a Internet Camada de Aplicação Camada de Transporte Camada de Rede Camada de Enlace e Redes Locais 4 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Parte I: Introdução Objetivo do capítulo: • entender o contexto, visão geral das redes

Parte I: Introdução Objetivo do capítulo: • entender o contexto, visão geral das redes e da Internet • abordagem: – Descritiva – uso da Internet como exemplo Resumo: • o que é a Internet • o que é um protocolo? • a borda da rede • o núcleo da rede • rede de acesso e meio físico • estrutura da Internet/ISPs • desempenho: perda, atraso • camadas de protocolos, modelos de serviço • história 5 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

O que é a Internet: visão dos componentes • milhões de dispositivos de computação

O que é a Internet: visão dos componentes • milhões de dispositivos de computação conectados: hosts = sistemas finais • rodando aplicações de rede • enlaces (canais) de comunicação – fibra, cobre, rádio, satélite – Taxa de transmissão = largura de banda (bandwidth) • roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede Curso de Capacitação Intelbras roteador workstation servidor ISP local móvel ISP regional Rede da empresa Redes Computadores 6 Maio 2007

Aparelhos internet interessantes Porta retratos IP http: //www. ceiva. com/ O menor servidor Web

Aparelhos internet interessantes Porta retratos IP http: //www. ceiva. com/ O menor servidor Web do mundo http: //www-ccs. umass. edu/~shri/i. Pic. html Curso de Capacitação Intelbras Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo http: //dancing-man. com/robin/toasty/ Redes Computadores 7 Maio 2007

O que é a Internet: visão dos componentes • protocolos: controla o envio e

O que é a Internet: visão dos componentes • protocolos: controla o envio e recepção de mensagens – ex. , TCP, IP, HTTP, FTP, PPP • Internet: “rede de redes” – Livremente hierárquica – Internet pública versus intranet privada • Padrões Internet – RFC: Request for comments – IETF: Internet Engineering Task Force Curso de Capacitação Intelbras roteador workstation servidor móvel ISP local ISP regional Rede da empresa Redes Computadores 8 Maio 2007

 • a infra-estrutura de comunicação permite o uso de aplicações distribuídas: O que

• a infra-estrutura de comunicação permite o uso de aplicações distribuídas: O que é a Internet: visão dos serviços – WWW, email, jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos (MP 3) • serviços de comunicação disponibilizados: – sem conexões não confiável – orientado a conexões e confiável Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores 9 Maio 2007

O que é um protocolo? um protocolo humano e um protocolo de rede: Oi

O que é um protocolo? um protocolo humano e um protocolo de rede: Oi TCP connection req. Oi TCP connection reply. Que horas são? Get http: //gaia. cs. umass. edu/index. htm 2: 00 <arquivo> tempo 10 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

O que é um protocolo? … msgs específicas são enviadas … ações específicas são

O que é um protocolo? … msgs específicas são enviadas … ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos Curso de Capacitação Intelbras Protocolos de rede: • todas as atividades de comunicação na Internet são governadas por protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou recepção de msgs Redes Computadores Maio 2007 11

Uma olhada mais de perto na estrutura da rede: • Borda da rede: aplicações

Uma olhada mais de perto na estrutura da rede: • Borda da rede: aplicações e hosts • Núcleo da rede: – roteadores – rede de redes • Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 12 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

 • Sistemas finais (hosts): – rodam programs de aplicação – ex. , WWW,

• Sistemas finais (hosts): – rodam programs de aplicação – ex. , WWW, email – na “borda da rede” • Modelo cliente/servidor – o host cliente faz os pedidos, são atendidos pelos servidores – ex. , cliente WWW (browser)/ servidor; cliente/servidor de email • Modelo peer-peer: – uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados – ex. : Gnutella, Ka. Za. A Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores A borda da rede: 13 Maio 2007

Borda da rede: serviço orientado a conexões Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais.

Borda da rede: serviço orientado a conexões Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais. • handshaking: prepara a transferência de dados – Alô, alô protocolo humano – inicializa o “estado” em dois hosts que desejam se comunicar • TCP - Transmission Control Protocol – serviço orientado a conexão da Internet Curso de Capacitação Intelbras serviço TCP [RFC 793] • transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável – perda: reconhecimentos e retransmissões • controle de fluxo : – transmissor não inundará o receptor • controle de congestionamento : – transmissor “diminui a taxa de transmissão” quando a rede 14 está congestionada. Redes Computadores Maio 2007

Borda da rede: serviço sem conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais –

Borda da rede: serviço sem conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais – mesmo que antes! • UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: – serviço sem conexão – transferência de dados não confiável – não controla o fluxo – nem congestionamento Curso de Capacitação Intelbras Aplicações que usam TCP: • HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP (email) Aplicações que usam UDP: • teleconferência, telefonia Internet Redes Computadores 15 Maio 2007

O Núcleo da Rede • Malha de roteadores interconectados • a pergunta fundamental: como

O Núcleo da Rede • Malha de roteadores interconectados • a pergunta fundamental: como os dados são transferidos através da rede? – comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica – comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos. 16 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Recursos fim a fim são reservados para a chamada. • Banda do enlace, capacidade

Recursos fim a fim são reservados para a chamada. • Banda do enlace, capacidade dos comutadores • recursos dedicados: sem compartilhamento • desempenho tipo circuito (garantido) • necessita estabelecimento de conexão Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos 17 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos • recursos da rede (ex. , banda) são

Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos • recursos da rede (ex. , banda) são divididos em “canais dedicados” • canais alocados às chamadas • o canal fica ocioso se não for usado pelo seu dono (não há compartilhamento) Curso de Capacitação Intelbras • como é feita a divisão da banda de um canal em “pedaços” (multiplexação) – divisão de freqüência – divisão de tempo Redes Computadores 18 Maio 2007

Comutação de Circuitos: Exemplo: FDM e TDM FDM 4 usuários freqüência tempo TDM freqüência

Comutação de Circuitos: Exemplo: FDM e TDM FDM 4 usuários freqüência tempo TDM freqüência Curso de Capacitação Intelbras tempo Redes Computadores Maio 2007

Exemplo numérico • Quanto tempo leva para enviar um arquivo de 640. 000 bits

Exemplo numérico • Quanto tempo leva para enviar um arquivo de 640. 000 bits de um host A para um host B através de uma rede de comutação de circuitos? – Todos os enlaces são de 2, 048 Mbps – Cada enlace usa TDM com 32 slots (fatias) – 500 mseg para estabelecer um circuito fim-afim Calcule! 20 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes • pacotes dos

Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes • pacotes dos usuários A, B compartilham os recursos da rede • cada pacote usa toda a banda do canal • recursos são usados quando necessário, Divisão da banda em “canais” Alocação dedicada Reserva de recursos Curso de Capacitação Intelbras Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Disputa por recursos: a demanda total pelos recursos pode superar a quantidade disponível congestionamento: pacotes são enfileirados, esperam para usar o enlace armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa por vez transmite num enlace espera a vez no próximo Redes Computadores Maio 2007 21

Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística Ethernet 10 Mbps A B multiplexação estatística C 2

Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística Ethernet 10 Mbps A B multiplexação estatística C 2 Mbps fila de pacotes esperando pelo enlace de saída 34 Mbps D E A seqüência de pacotes A & B não possuem um padrão constante multiplexação estatística Em TDM cada host utiliza o mesmo slot em cada um dos quadros TDM. 22 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes permite que mais

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede! • Enlace de 1 Mbit • cada usuário: – 100 Kbps quando “ativo” – ativo 10% do tempo N usuários • comutação por circuitos: – 10 usuários • comutação por pacotes: – com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0, 004 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Enlace de 1 Mbps 23 Maio 2007

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes ganha de lavagem?

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes ganha de lavagem? • Ótima para dados em surtos – compartilhamento dos recursos – não necessita estabelecimento de conexão • Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes – necessita de protocolos para transferência confiável de dados, controle de congestionamento • P: Como fornecer um comportamento do tipo circuito? – São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo – ainda é um problema não resolvido 24 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Comutação de Pacotes: armazene-e-retransmita L R R • Leva L/R segundos para transmitir um

Comutação de Pacotes: armazene-e-retransmita L R R • Leva L/R segundos para transmitir um pacote de L bits em um canal de R bps • Todo o pacote deve chegar ao roteador antes que possa ser transmitido no próximo canal: armazene e retransmita • atraso = 3 L/R Curso de Capacitação Intelbras R Exemplo: • L = 7, 5 Mbits • R = 1, 5 Mbps • atraso = 15 seg Redes Computadores 25 Maio 2007

Comutação de pacotes: Segmentação de mensagens Quebre agora a mensagem em 5000 pacotes Cada

Comutação de pacotes: Segmentação de mensagens Quebre agora a mensagem em 5000 pacotes Cada pacote de 1. 500 bits 1 mseg para transmitir um pacote em um canal pipelining: cada canal funciona em paralelo Atraso reduzido de 15 seg para 5, 002 seg Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 26

Redes comutadas por pacotes: encaminhamento (forwarding) • Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem

Redes comutadas por pacotes: encaminhamento (forwarding) • Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem até o destino – serão estudados diversos algoritmos de escolha de caminhos • redes datagrama: – o endereço do destino determina próxima etapa – rotas podem mudar durante a sessão – analogia: dirigir, pedindo informações • redes de circuitos virtuais: – cada pacote contém uma marca (id. do circuito virtual), marca determina próxima etapa – caminho fixo determinado no estabelecimento da chamada, permanece fixo durante a chamada 27 – os roteadores mantêm estados para cada chamada Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Circuitos Virtuais 28 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Circuitos Virtuais 28 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Comutação de Circuitos Curso de Capacitação Intelbras Comutação de Mensagens Redes Computadores Comutação de

Comutação de Circuitos Curso de Capacitação Intelbras Comutação de Mensagens Redes Computadores Comutação de Pacotes 29 Maio 2007

Taxonomia de Redes de Telecomunicações Redes comutadas por circuitos FDM TDM Redes comutadas por

Taxonomia de Redes de Telecomunicações Redes comutadas por circuitos FDM TDM Redes comutadas por pacotes Redes com CVs Redes datagrama • Uma rede Datagrama não é orientada a conexão ou sem conexão. • A Internet provê tanto serviços orientados a conexão (TCP) quanto não-orientados a conexão (UDP) para as aplicações. Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 30

Redes de acesso e meios físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores

Redes de acesso e meios físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda? • redes de acesso residencial • redes de acesso institucional (escola, empresa) • redes de acesso móvel Considere: • largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? • compartilhada ou dedicada? Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores 31 Maio 2007

Acesso residencial: acesso ponto a ponto • Discado (Dialup) via modem – acesso direto

Acesso residencial: acesso ponto a ponto • Discado (Dialup) via modem – acesso direto ao roteador de até 56 Kbps (teoricamente) – Não dá para surfar e telefonar ao mesmo tempo! • RDSI/ISDN: – rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128 Kbps ao roteador. • ADSL: asymmetric digital subscriber line – até 1 Mbps casa-aoroteador – até 8 Mbps roteador-paracasa 32 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

ADSL: Espectro de freqüências 33 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

ADSL: Espectro de freqüências 33 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Acesso residencial: cable modems • HFC: hybrid fiber coax – assimétrico: até 30 Mbps

Acesso residencial: cable modems • HFC: hybrid fiber coax – assimétrico: até 30 Mbps descida (downstream), 2 Mbps subida (upstream). • 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 34 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral Tipicamente entre 500 a 5. 000 casas

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral Tipicamente entre 500 a 5. 000 casas cable headend Rede de distribuição (simplificada) Curso de Capacitação Intelbras casa Redes Computadores 35 Maio 2007

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral cable headend Rede de distribuição (simplificada) Curso

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral cable headend Rede de distribuição (simplificada) Curso de Capacitação Intelbras casa Redes Computadores 36 Maio 2007

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral servidore(s) cable headend Rede de distribuição (simplificada)

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral servidore(s) cable headend Rede de distribuição (simplificada) Curso de Capacitação Intelbras casa Redes Computadores 37 Maio 2007

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral FDM: V I D E O V

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral FDM: V I D E O V I D E O D A T A C O N T R O L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Canais cable headend Rede de distribuição (simplificada) Curso de Capacitação Intelbras casa Redes Computadores 38 Maio 2007

Acesso institucional: rede local • rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ.

Acesso institucional: rede local • 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, 100 Mbps, Gigabit Ethernet 39 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Redes de acesso sem fio (wireless) • rede de acesso compartilhado sem fio conecta

Redes de acesso sem fio (wireless) • rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador – Via estação base = “ponto de acesso” estação • LANs sem fio: base – ondas de rádio substituem os fios – 802. 11 b (Wi. Fi): 11 Mbps • acesso sem fio com maior cobertura – Provido por uma operadora – 3 G ~ 384 kbps Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores hosts móveis 40 Maio 2007

Redes domésticas Componentes típicos da rede doméstica: • ADSL ou cable modem • roteador/firewall/NAT

Redes domésticas Componentes típicos da rede doméstica: • ADSL ou cable modem • roteador/firewall/NAT • Ethernet • Ponto de acesso wireless do/para cable headend cable roteador/ modem firewall Ethernet (comutado) Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Laptops wireless Ponto de acesso wireless 41 Maio 2007

Meios Físicos • Bit: Propaga-se entre o Par Trançado (TP - Twisted Pair) transmissor

Meios Físicos • Bit: Propaga-se entre o Par Trançado (TP - Twisted Pair) transmissor e o receptor • dois fios de cobre isolados • enlace físico: o que está – Categoria 3: fios entre o transmissor e o tradicionais de telefonia, 10 receptor Mbps Ethernet • meios guiados: – Categoria 5: 100 Mbps – os sinais se Ethernet propagam em meios sólidos: cobre, fibra • meios não guiados: – os sinais se propagam livremente, ex. rádio 42 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Meios físicos: cabo coaxial, fibra Cabo coaxial: • fio (transporta o sinal) dentro de

Meios físicos: cabo coaxial, fibra 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 • Era utilizada na Ethernet 10 Mbps Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta pulsos de luz opera em alta velocidade: transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex. , 10 Gbps) baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético 43 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Meios físicos: rádio • sinal transportado em ondas eletromagnéticas • não há “fio” físico

Meios físicos: rádio • sinal transportado em ondas eletromagnéticas • não há “fio” físico • bidirecional • efeitos do ambiente de propagação: Tipos de enlaces de rádio: – reflexão – obstrução por objetos – interferência satélite canal de até 50 Mbps (ou múltiplos canais menores) atraso fim a fim de 270 mseg microondas ex. : canais de até 45 Mbps LAN (ex. , Wifi) 2 Mbps, 11 Mbps longa distância (ex. , celular) ex. 3 G, 100’s kbps 44 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Estrutura da Internet: rede de redes • quase hierárquica • No centro: ISPs “tier-1”

Estrutura da Internet: rede de redes • quase hierárquica • No centro: ISPs “tier-1” (ex. , UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional – trata os demais como iguais Provedores Tier-1 se interligam (peer) de forma privada Tier 1 ISP NAP Tier 1 ISP Provedores Tier-1 também se interligam em pontos de acesso de rede (NAPs) públicos 45 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel http: //www. embratel. net. br Curso de Capacitação

Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel http: //www. embratel. net. br Curso de Capacitação Intelbras 46 Redes Computadores Maio 2007

Conexões Internacionais 47 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Conexões Internacionais 47 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Estrutura da Internet: rede de redes • “Tier-2” ISPs: ISPs menores (freqüentemente regionais) –

Estrutura da Internet: rede de redes • “Tier-2” ISPs: ISPs menores (freqüentemente regionais) – Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2 Tier-2 ISP paga Tier-2 ISP ao tier-1 ISP pela Tier 1 conectividade ao ISP NAP resto da Internet tier-2 ISP é Tier 1 cliente do ISP provedor tier-1 Tier-2 ISPs também se interligam privadamente e também ao NAP Tier-2 ISP 48 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Estrutura da Internet: rede de redes • “Tier-3” ISPs e ISPs locais – rede

Estrutura da Internet: rede de redes • “Tier-3” ISPs e ISPs locais – rede de última milha (“acesso”) (próximo aos sistemas finais) local ISPs locais e tier- 3 são clientes de ISPs superiores conectando-os ao resto da Internet Tier 3 ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Curso de Capacitação Intelbras Tier 1 ISP local ISP Tier-2 ISP NAP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Redes Computadores Tier-2 ISP local ISP 49 Maio 2007

Estrutura da Internet: rede de redes • um pacote passa através de diversas redes!

Estrutura da Internet: rede de redes • um pacote passa através de diversas redes! local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Curso de Capacitação Intelbras local ISP Tier 1 ISP local ISP Tier-2 ISP NAP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Redes Computadores Tier-2 ISP local ISP 50 Maio 2007

Como ocorrem as perdas e atrasos? pacotes enfileiram nos buffers do roteador • taxa

Como ocorrem as perdas e atrasos? pacotes enfileiram nos buffers do roteador • taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a capacidade do link de saída. • pacotes enfileram, esperam pela vez pacote em transmissão (atraso) A B enfileiramento de pacotes (atraso) buffers livres (disponíveis): pacotes que chegam são descartados (perda) se não houver buffers livres Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 51

Quatro fontes de atraso dos pacotes 1. processamento no nó: 2. enfileiramento – verificação

Quatro fontes de atraso dos pacotes 1. processamento no nó: 2. enfileiramento – verificação de bits – tempo de espera no enlace errados de saída até a transmissão – identificação do enlace – depende do nível de de saída congestionamento do roteador transmissão A propagação B processamento enfileiramento no nó Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores 52 Maio 2007

Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: • R=largura de banda

Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: • R=largura de banda do enlace (bps) • L=compr. do pacote (bits) • tempo para enviar os bits no enlace = L/R transmissão A 4. Atraso de propagação: • d = compr. do enlace • s = velocidade de propagação no meio (~2 x 108 m/seg) • atraso de propagação = d/s Nota: s e R são valores muito diferentes! propagação B processamento enfileiramento no nó Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores 53 Maio 2007

Analogia com uma Caravana 100 km Caravana de dez carros pedágio 100 km pedágio

Analogia com uma Caravana 100 km Caravana de dez carros pedágio 100 km pedágio • Os carros se “propagam” a 100 km/h • O pedágio leva 12 seg para atender um carro (tempo de transmissão) • carro~bit; caravana ~ pacote • P: Quanto tempo leva até que a caravana esteja enfileirada antes do segundo pedágio? • Tempo para “atravessar” toda a caravana através do pedágio para a estrada = 12*10 = 120 sec • Tempo para que o último carro se propaga do primeiro para o segundo pedágio: 100 km/(100 km/h)= 1 h • R: 62 minutos 54 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Analogia com uma caravana (mais) 100 km Caravana pedágio de dez carros pedágio •

Analogia com uma caravana (mais) 100 km Caravana pedágio de dez carros pedágio • Os carros agora se “propagam” a 1000 km/h • Os pedágios agora levam em torno de 1 min para atender um carro • P: Os carros chegarão ao segundo pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no primeiro pedágio? Curso de Capacitação Intelbras 100 km • Sim! Após 7 min, o 1 o. Carro chega ao 2 o. Pedágio e ainda há 3 carros no 1 o. pedágio. • O 1 o. bit do pacote pode chegar ao 2 o. Roteador antes que o pacote tenha sido totalmente transmitido no 1 o. roteador! Redes Computadores 55 Maio 2007

Atraso no nó • dproc = atraso de processamento – tipicamente de poucos microsegs

Atraso no nó • dproc = atraso de processamento – tipicamente de poucos microsegs ou menos • dqueue = atraso de enfileiramento – depende do congestionamento • dtrans = atraso de transmissão – = L/R, significativo para canais de baixa velocidade • dprop = atraso de propagação – poucos microsegs a centenas de msegs Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores 56 Maio 2007

Atraso de enfileiramento • R=largura de banda do enlace (bps) • L=compr. do pacote

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 ~ 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! 57 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Atrasos e rotas “reais” da Internet • Como são os atrasos e as perdas

Atrasos e rotas “reais” da Internet • Como são os atrasos e as perdas reais da Internet? • Programa Traceroute : fornece medições de atraso da fonte até os diversos roteadores ao longo do caminho fim-a-fim até o destino. Para cada i: – Envia n pacotes, com ttl i=1. . . n, que alcançarão o roteador i no caminho até o destino. – O roteador i devolverá um pacote a origem dizendo que o ttl expirou (mensagem ICMP). – O transmissor calcula o intervalo de tempo decorrido entre a transmissão e a chegada da resposta. Ttl 3 Ttl 1 Ttl 2 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Atrasos e rotas “reais” traceroute: roteadores, atrasos de ida e volta no caminho da

Atrasos e rotas “reais” traceroute: roteadores, atrasos de ida e volta no caminho da origem até o destino (source-dest path) 1 cs-gw (128. 119. 240. 254) 1 ms 2 border 1 -rt-fa 5 -1 -0. gw. umass. edu (128. 119. 3. 145) 1 ms 2 ms 3 cht-vbns. gw. umass. edu (128. 119. 3. 130) 6 ms 5 ms 4 jn 1 -at 1 -0 -0 -19. wor. vbns. net (204. 147. 132. 129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn 1 -so 7 -0 -0 -0. wae. vbns. net (204. 147. 136) 21 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 8 62. 40. 103. 253 (62. 40. 103. 253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de 2 -1. de. geant. net (62. 40. 96. 129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 96. 50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw. fr 1. fr. geant. net (62. 40. 103. 54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n 2. 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 r 3 t 2 -nice. cssi. renater. fr (195. 220. 98. 110) 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne. r 3 t 2. ft. net (193. 48. 50. 54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194. 211. 25 (194. 211. 25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia. eurecom. fr (193. 55. 113. 142) 132 ms 128 ms 136 ms Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores 59 Maio 2007

Perda de pacotes • fila (buffer) anterior a um canal possui capacidade finita •

Perda de pacotes • fila (buffer) anterior a um canal possui capacidade finita • quando um pacote chega numa fila cheia, o pacote é descartado (perdido) • o pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pelo sistema origem, ou não ser retransmitido 60 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

“Camadas” de Protocolos As redes são complexas! • muitos “pedaços”: – hosts – roteadores

“Camadas” de Protocolos As redes são complexas! • muitos “pedaços”: – hosts – roteadores – enlaces de diversos meios – aplicações – protocolos – hardware, software Pergunta: Como organizar a estrutura da rede? 61 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Organização de uma viagem aérea bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (check in) bagagem (recup.

Organização de uma viagem aérea bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (check in) bagagem (recup. ) portão (embarque) portão (desembarque) subida aterrissagem roteamento do avião • uma série de etapas 62 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Funcionalidade de uma empresa aérea em camadas bilhete (compra) bilhete (reclam. ) bilhete bagagem

Funcionalidade de uma empresa aérea em camadas bilhete (compra) bilhete (reclam. ) bilhete bagagem (desp. ) bagagem (recup. ) bagagem portão (embarque) portão (desembq) portão pista (subida) pista (aterriss. ) Subida/aterris. roteamento avião Roteam. avião roteamento avião Aeroporto de partida roteam. avião centros de controle de tráfego aéreo intermediários Aeroporto de chegada Camadas: cada camada implementa um serviço – através de ações internas à camada – depende dos serviços providos pela camada inferior 63 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Por que dividir em camadas? Lidar com sistemas complexos: • estrutura explícita permite a

Por que dividir em 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 64 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Pilha de protocolos Internet • aplicação: dá suporte a aplicações de rede – FTP,

Pilha de protocolos Internet • aplicação: dá suporte a aplicações de rede – FTP, SMTP, HTTP • transporte: transferência de dados host-ahost – TCP, UDP • rede: roteamento de datagramas da origem até o destino – IP, protocolos de roteamento • enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos – PPP, Ethernet • física: bits “no fio” Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores aplicação transporte rede enlace física 65 Maio 2007

Camadas: comunicação lógica Cada camada: • distribuída • as “entidades” implementam as funções das

Camadas: comunicação lógica Cada camada: • distribuída • as “entidades” implementam as funções das camadas em cada nó • as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras Curso de Capacitação Intelbras aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 66 Redes Computadores Maio 2007

Camadas: comunicação lógica Ex. : transporte • recebe dados da aplicação • adiciona endereço

Camadas: comunicação lógica Ex. : 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 Curso de Capacitação Intelbras dados aplicação transporte rede enlace física ack dados rede enlace física aplicação transporte rede enlace física dados aplicação transporte rede enlace física 67 Redes Computadores Maio 2007

dados aplicação transporte rede enlace física Camadas: comunicação física rede enlace física aplicação transporte

dados aplicação transporte rede enlace física Camadas: comunicação física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física dados aplicação transporte rede enlace física 68 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Encapsulamento origem mensagem segmento H datagrama H quadro H l t H n H

Encapsulamento origem mensagem segmento H datagrama H quadro H l t H n H t H n t M M aplicação transporte rede enlace física H H H l n enlace física M t H H H l n M t switch destino H H t H H n H t H l n t M M aplicação transporte rede enlace física Curso de Capacitação Intelbras H H H n H t H l n t M M rede enlace física H H H n H t H l n t M M roteador 69 Redes Computadores Maio 2007

História da Internet 1961 -1972: Estréia da comutação de pacotes • 1961: Kleinrock -

História da Internet 1961 -1972: Estréia da 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 Research Projects Agency) • 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet • 1972: – demonstração pública da ARPAnet – NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo host-host – primeiro programa de e-mail – ARPAnet com 15 nós 70 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

História da Internet 1972 -1980: Interconexão de redes novas e proprietárias 1970: rede de

História da Internet 1972 -1980: Interconexão de redes novas e proprietárias 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 com 200 nós Curso de Capacitação Intelbras Princípios de interconexão de Cerf e Kahn: – minimalismo, autonomia não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes – modelo de serviço best effort – roteadores sem estados – controle descentralizado definem a arquitetura atual da Internet Redes Computadores 71 Maio 2007

História da Internet 1980 -1990: novos protocolos, proliferação de redes • 1983: implantação do

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 • novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel • 100. 000 hosts conectados numa confederação de redes 72 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

História da Internet Anos 90: comercialização, a WWW • início dos anos 90: ARPAnet

História da Internet Anos 90: comercialização, a WWW • início dos anos 90: ARPAnet desativada • 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995) • início dos anos 90 : Web – hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s] – HTML, HTTP: Berners-Lee – 1994: Mosaic, posteriormente Netscape – fim dos anos 90: comercialização da Web Curso de Capacitação Intelbras Final dos anos 90: • est. 50 milhões de computadores na Internet • est. mais de 100 milhões de usuários • enlaces de backbone a 1 Gbps • 1996: criação do projeto INTERNET 2 • novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P 2 P Redes Computadores Maio 2007 73

Evolução do Número de Hosts 74 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Evolução do Número de Hosts 74 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007

Internet/BR • A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989. • Aberta

Internet/BR • A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989. • Aberta para uso comercial em 1994 • Posição absoluta (Network Wizards, 01/04): – Número de hosts: 3. 163. 349 – 8 o do Mundo – 3 o das Américas (México em 15 o lugar com 1. 333. 406) – 1 o da América do Sul (Argentina em 22 o lugar com 742. 358) • 12, 48 Milhões de Internautas domésticos ativos (2/04) 75 Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007