Redes de Computadores Prof Nelson Fonseca nfonsecaic unicamp

Redes de Computadores Prof. Nelson Fonseca nfonseca@ic. unicamp. br www. ic. unicamp. br/~nfonseca/redes 1: Introdução 1

Chapter 1 Introduction A note on the use of these ppt slides: We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers). They’re in Power. Point form so you can add, modify, and delete slides (including this one) and slide content to suit your needs. They obviously represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the following: q If you use these slides (e. g. , in a class) in substantially unaltered form, that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!) q If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and note our copyright of this material. Computer Networking: A Top Down Approach , 5 th 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: r Introduzir conceitos básicos em redes r dar uma visão geral da matéria, maiores detalhes ao longo do curso r Abordagem: m descritiva m Internet como exemplo Ler capítulo 1 do livro texto Conteúdo do capítulo: r O que é a Internet r O que é um protocolo? r periferia da rede r núcleo da rede r rede de acesso, meios físicos r backbones, NAPs, ISPs r noções de desempenho r hierarquia de protocolos, modelos de serviços r história 1: Introdução 3

“Fun” internet appliances Web-enabled toaster + weather forecaster IP picture frame http: //www. ceiva. com/ Tweet-a-watt: monitor energy use Slingbox: watch, control cable TV remotely Internet refrigerator Internet phones Introduction 1 -4

O que é a Internet? r Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas finais m m Estações de trabalho, servidores PDA’s, fones, torradeiras roteador servidor móvel ISP local executando aplicativos ISP regional r Enlaces de comunicação m fíbras óticas, cobre, rádio, satélite r roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede estação rede coorporativa 1: Introdução 5

O que é a Internet r protocolos: controla o envio e recebimento de msgs m e. g. , TCP, IP, HTTP, FTP, PPP r Internet: “rede de redes” m Fracamente hierarquizada m Internet pública versus intranet privativas roteador estação servidor móvel ISP local ISP regional r Padrões Internet m RFC: Request for comments m IETF: Internet Engineering Task Force rede coorporativa 1: Introdução 6

Serviços da Internet r Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: m WWW, e-mail, jogos, comércio eletrônico, banco de dados. , compartilhamento de arquivos (MP 3) r Serviços de comunicação: m sem conexão m orientado à conexão r cyberspace [Gibson]: “a consensual hallucination experienced daily by billions of operators, in every nation, . . " 1: Introdução 7

O que é um protocolo? Protocolos humanos: r “Que horas são? ” r “Eu tenho uma pergunta” … Msgs específicas enviadas … Ações específicas tomadas frente ao recebimento das msgs Protocolos de Redes: r Máquinas ao invés de humanos r 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 r Periferia da rede: aplicações e hosts r Núcleo da rede: m m roteadores redes de redes r redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 1: Introdução 10

Periferia da Rede: r Sistemas finais (hosts): m m m executam aplicativos WWW, email “na periferia da rede” r modelo cliente/servidor m m host cliente envia requisição, servidor executa serviço e. g. , cliente WWW(browser)/ servidor; email cliente/servidor r modelo ponto-a-ponto : m m Interação simétrica entre hosts; Mínimo (ou nenhum) uso de servidores dedicados; 1: Introdução 11

Periferia da Rede: serviços orientados à conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais r handshaking: estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados m m TCP - Transmission Control Protocol Serviço orientado à conexão da Internet Serviços TCP [RFC 793] r Confiável, em seqüência, (byte-stream) m Perdas: confirmações e retransmissões r Controle de fluxo: m transmissor não sobrecarrega o receptor; r Controle de congestionamento: m 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 r UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet m transferência nãoconfiável m sem controle de fluxo m sem controle de congestionamento Aplicações típicas que usam TCP: r HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP (e-mail) Aplicações típicas que usam UDP r áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet 1: Introdução 15

O Núcleo da Rede r Malha de roteadores interconectados r Questão fundamental: Como os dados são transferidos na rede? m comutação de circuitos: circuitos dedicados - rede telefônica m comutação de pacotes: dados enviados pela rede em “blocos” 1: Introdução 16

Comutação de Circuitos Recursos reservados fim -a-fim para uma chamada ( “call”) r banda passante do enlace, capacidade do comutador r recursos dedicados: não há compartilhamento r desempenho garantido r Estabelecimento de circuito obrigatório 1: Introdução 17

Comutação por Circuito r Comutação por circuito: m overhead estabelecimento de circuito - ordem de 10 segundos. m Após estabelecimento, retardo de propagação 5 ms por 1000 Km. m Reserva estática de banda passante. 18

Comutação de Circuitos Banda passante dividida em “fatias” r “fatias” de recursos alocados às chamadas r desperdício: caso recurso não esteja sendo utilizado r Divisão da banda passante m Divisão por freqüência m Divisão por tempo r Divisão da banda passante m Atribui diferentes freqüências m Atribui banda em diferentes intervalos de tempo 1: Introdução 19

Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA FDMA Exemplo: 4 usuários Freqüência tempo TDMA Freqüência tempo 1: Introdução 20

1: Introdução 21

FDM r Multiplexação por Divisão da Freqüência 22

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Modulação delta - assume que amostragem difere da anterior +1 ou – 1: 23

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Sistemas digitais. m Codec - digitalização de sinais analógicos. m 8000 amostras por segundo - 125 ms/amostra. m Pulse Code Modulation (PCM). m T 1 - 24 canais multiplexados, amostragem alternada, fluxo resultante enviado para Codec. 24

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m 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 m E 1 - 2048 Mbps - 30 canais dados + 2 sinalização m Modulação de Código de Pulso Diferencial (PEM Diferencial) - diferença entre valor atual e anterior 5 bits ao invés de 7 bits 25

TDM 26

TDM r SONET m Synchronous Optical network (Bellcore). m Unificação sistemas TDM. m SDH (CCITT) baseado em SONET, padronização sistemas PDH (USA, Japão e Europa). m Dar continuidade a hierarquia - Giga bps. m Operação, administração e manutenção. 27

TDM r SONET m Quadros 810 bytes, transmitido a cada 125 ms (8000 quadros por segundo). m STS-1 - 9 linhas e 3 colunas informação overhead seção, linha e caminho. m Multiplexação de tributária, byte a byte m STS-3 - três quadros STS-1 = 155, 52 Mbps. 28

TDM. 29

TDM 30

Custos de telefonia 1: Introdução 31

Wavelength Division Multiplexing 32

WDM 33

Comutação de Pacotes Fluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes r pacotes compartilham recursos da rede r cada pacote usa totalmente a banda passante do enlace r recursos usados qdo necessário Divisão da banda em fatias Alocação Reserva de recursos Contenção de recursos: r a demanda por recursos pode ultrapassar o disponível r congestionamento: enfileiramento para uso do enlace r Armazena-eretransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vez m trasmitem e esperam a vez 1: Introdução 34

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 r existem outras analogias humanas? 1: Introdução 35

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos Comutação de pacotes permite um maior número de usuários na rede! r Enlace de 1 Mbit r cada usuário: m 100 Kbps quando ativo m ativo 10% do tempo N usuários r Comutação de circuito: m 10 usuários Enlace de 1 Mbps r Comutação de Pacotes: m com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos <. 0004 1: Introdução 36

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos A comutação de pacotes ganha de lavagem? r Ideal para tráfego em rajada m compartilhamento de recursos m não há o estabelecimento da chamada (call setup) r Congestionamento excessivo: perda e retardo m protocolos necessário para transmissão confiável e controle de congestionamento r Como prover serviços tipo circuito? ? m Garantia de banda passante para aplicações de vídeo e áudio m Ainda é um problema em aberto (cap 6) 1: Introdução 37

A comparison of circuit switched and packet-switched networks.

Comutação de Pacotes: armazena-e-reenvia L R R r Leva L/R segundos para transmitir o pacote com L bits em um enlace de R bps; r O pacote inteiro deve chegar ao comutador antes de ser transmitido no próximo enlace: armazena-ereenvia r Atraso = 3 L/R R Exemplo: r L = 7. 5 Mbits r R = 1. 5 Mbps r atraso = 15 sec 1: Introdução 39

Comutação de Pacotes: segmentação de mensagens Agora a mensagem é segmentada em 5000 pacotes r Cada pacote com 1, 500 bits r 1 msec para transmitir o pacote em um enlace; r pipelining: cada enlace trabalha em paralelo r Atraso reduzido de 15 segundos para 5. 002 segundos 1: Introdução 40

Redes de Acesso e Meios Físicos P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda? r Redes de acesso residencial r redes de acesso institucional (escolas, empresa) r redes de acesso móvel Considere: r largura de banda (bits por segundo) da rede de acesso? r compartilhada ou dedicada? 1: Introdução 41

Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto (tecnologias passadas) r Discado (Dialup) via modem m acesso direto ao roteador de até 56 Kbps (teoricamente); m Não pode falar ao telefone e “surfar na Internet ao mesmo tempo”; não pode estar sempre conectado 1: Introdução 42

Digital subscriber line (DSL) central office DSL splitter modem voz, dados transmitidosem frequências diferentes em linhas dedicadas até a estação central v telephone network DSLAM ISP DSL access multiplexer usa linha telefônica existente para o DSLAM na estação central § Dados enviados para Internet § Voz enviado para rede telefônica § < 2. 5 Mbps taxa transmissão upstream (typically < 1 Mbps) § < 24 Mbps taxa transmissão downstream (typically < 10 Mbps) Introduction 143

DSL - Atenuação 1: Introdução 44

Rede a Cabo - HFC cable headend … cable splitter modem 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 Channels frequency division multiplexing: diferentes canais de TV e dados transmitidos em diferentes frequências Introduction 145

HFC cable headend … cable splitter modem Dados e TV transmistidos em diferentesfrequências em cabo compartilhado, v v CMTS cable modem termination system ISP HFC: hybrid fiber coax § assimétrico: até taxa de transmissão de 30 Mbps downstream e até 2 Mbps upstream Rede de cabo e fibra ligam residências ao roteador dos ISPs § Residências compartilham acesso até o headend Introduction § Diferente de DSL, que possui acesso dedicado 146

DOCSIS r Data over cable interface specification( DOCIS) r Cable modens verificam a distância até head-end através de pacote de ranging, r cada modem requer o número de mini-slots necessários para transmissão do pacote 1: Introdução 47

Rede a cabo - histórico 1: Introdução 48

Fiber to the Home ONT optical fibers Internet OLT central office ONT optical fiber optical splitter ONT r Enlaces ópticos da estação central até a casa do usuário r Dua stecnologias: m m m Passive Optical network (PON) - Gigabit PON (GPON), Ethernet PON (EPON) Active Optical Network (PAN) Taxas muito mais elevadas, também transmitem TV e voz

Acesso Institucional (Ethernet) institutional link to ISP (Internet) institutional router Ethernet switch institutional mail, web servers Empresas, universidades v 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps transmission rates r Tipicamente conectado a switch ethernet v

Redes de Acesso sem Fio (wireless) r rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador m via estação base (ponto de acesso) r LANs sem fio: m ondas de rádio substituem os fios m 802. 11 b, g, n (Wifi): 11, 50, 300 Mbps r acesso sem fio com maior roteador estação base cobertura m m Provido pela operadora de telecomunicações; WAP/GRPS na Europa 3 G ~384 Kbps 4 G ate 10 Mbs usuário móvel 1: Introdução 51

Redes Residencias Dispositivos sem fio Para/de headend ou estação central Normalmente acondicionados em um única caixa cable or DSL modem Ponto ao sem fio (54 Mbps) rteador, firewall, NAT cabeado Ethernet (100 Mbps) Introduction 152

Acesso Residencial - Brasil Velocidade de usuários ativos Jun/12 até 128 kbps 3, 2% 128 a 512 kbps 11, 5% 512 kbps a 2 Mbps 43, 9% 2 Mbps a 8 Mbps 27, 9% acima de 8 Mbps 12, 6% Não identificado 0, 9% Total 41. 483

Meio Físico r enlace físico: bit de dados transmitido se propaga através do enlace r meios guiados: m os sinais se propagam em meios sólidos: cobre, fibra Par Trançado r dois fios m m Categoria 3: telefonia tradicional, 10 Mbps Ethernet Categoria 5 TP: 100 Mbps Ethernet r meios não guiados: m os sinais se propagam livremente, ex. rádio 1: Introdução 54

Cabo Coaxial e Fibra Ótica Cabo coaxial: r fio (transporta o sinal) dentro de outro fio (blindagem) m m banda básica (baseband): canal único no cabo banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo r bidirecional r uso comum em Ethernet Cabo de fibra óptica: r fibra de vidro transporta pulsos de luz, cada pul’so é um bit r opera em alta velocidade: m m Ethernet 100 Mbps transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex. , 5 Gps) r baixa taxa de erros: imune a ruídos eletromagnéticos 10 Mbs 1: Introdução 55

Meios físicos: rádio r Sinal transportado em meio eletromagnético r não existe “cabo” r bidirecional r efeitos de propagação: m m m reflexão obstrução de objetos interferência Tipos de enlaces de rádio: r microondas ex. : canais de até 45 Mbps r LAN (ex. , wave. LAN) m 2 Mbps, 11 Mbps, 150 Mbs r satélite m canal de até 50 Mbps (ou múltiplos canais menores) m atraso fim a fim de 270 mseg m geoestacionário versus LEOS m 1: Introdução 56

Estrutura Internet: redes de redes r Ligeiramente hierarquizado r No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional m Tratamento igualitário entre os ISPs Provedores nível-1 se interconectam privativamente ISP-nível-1 NAP ISP-nível-1 provedores nível-1 também se interconectam em pontos públicos de acesso (NAP network access points) 1: Introdução 57

Internet structure: network of networks v Usuários conectados a Provedores de acesso, (Internet Service Providers) ISP v Residenciais, empresas e universidades v Provedores de acesso devem estar conectados de forma que dosi hosts possam trocar pacotes v Estrutura da Internet § § Topologia hierarquizadas Evolução ditada por razões econômicas e políticas

Estrutura da Internet Como conectar milhares de ISPs? access net … access net … … access net access net … access net …

Estrutura da Internet Conectar ISPs diretamente não é viável access net … access net … … Não é escalável: O(N 2) … … access net access net … … access net …

Estrutura da Internet Opção: conectar a um ISP global. access net … access net … … access net global ISP access net access net … access net …

Estrutura da Internet Na realidade, vários provedores de infraestrutura access net … access net access net … … ISP A access net ISP B ISP C access net access net … … access net

ISP-nível-1: ex: Sprint Backbone Sprint US 1: Introdução 63

Etrutura da Internet ISP globais tem que ser conectados entre si access net … access net Internet exchange point … access net IXP access net … … ISP A IXP access net ISP B ISP C access net peering link access net … … access net

Estrutura da Internet Redes regionais conectando ISP de acesso a ISPs de núcleo access net … … access net IXP access net … … ISP A IXP access net ISP B ISP C access net regional net access net … … access net

Tier-1 ISP: e. g. , Sprint POP: point-of-presence to/from backbone peering … … … to/from customers 1: Introdução 66

Mapa IXP 1: Introdução 67

IXP Size 1: Introdução 68

Internet structure: network of networks … provedores de conteúdo possuem sua própria rede (Google, Microsoft, Akamai )para trazer serviço perto do usuário access net … … access net IXP access net Content provider network IXP access net ISP B access net regional net access net … … access net … … ISP A access net

Redes de distribuição de conteúdo – Exemplo: Google • WANs privadas para evitar tráfego pelo núcleo da Internet. Figura retirada de: http: //www 1. cse. wustl. edu/~jain/talks/ftp/sdn_sbr. pdf

Google Network 1: Introdução 71

Internet structure: network of networks Tier 1 ISP IX P Regional ISP access ISP m m access ISP Google access ISP IX P Regional ISP access ISP Núcleo: pequeno número de ISPs nacionais e intercontinentais “tier-1” commercial ISPs (Level 3, Sprint, AT&T, NTT), Proveores de redes de conteúdo (e. g, Google): redes privadas para conectar aos seus próprios data center bypassando Introduction provedores de núcleo tier-1 e regioans

Estrutura Internet: redes de redes r Um pacote passa por várias redes; ISP local ISP nível 3 ISP nível 2 ISP local ISP nível 2 ISP-nível-1 ISP nível 2 ISP local NAP ISP-nível-1 ISP nível 2 ISP local 1: Introdução 73

Interligação Redes Continentais

Provedor de Backbone Nacional http: //www. rnp. br/backbone/bkb-mapa. html 1: Introdução 75

Topologias típicas 1: Introdução 76

Topologia da Internet 1: Introdução 77

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 r 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 78

Quatro fontes de atraso de pacotes r 1. Processamento no nó: m verificação de erros m determina o enlace de saída transmissão A r 2. Enfileiramento m tempo de espera no enlace de saída para transmissão m depende do nível de congestionamento do roteador propagação B processamento enfileiramento no nó 1: Introdução 79

Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: r R=capacidade do enlace (bps) r L=tamanho do pacote (bits) r tempo para enviar bits no enlace = L/R transmissão A 4. Atraso de propagação: r d = comprimento do enlace físico r s = velocidade de propagação no meio (~2 x 108 m/sec) r atraso de propagação = d/s Nota: s e R são quantidades bastante diferentes! propagação B processamento enfileiramento no nó 1: Introdução 80

Analogia de uma caravana 100 km Caravana com cabine 10 carros de pedágio r Carros viajam (propagam) a 100 km cabine de pedágio r Tempo para atender a caravana inteira na 100 km/h rodovia: 12*10 = 120 seg r Cabine de pedágio leva 12 seg. para atender um carro r Tempo que leva para o último carro da caravana (tempo de transmissão) o para o 2 o “propagar” do 1 r carro~bit; caravana ~ ponto de pedágio: pacote 100 km/(100 km/h)= 1 hr r Q: Quanto tempo leva até r A: 62 minutos que a caranava atinja o 2 o ponto de pedágio? 1: Introdução 81

Analogia de uma caravana 100 km caravana com cabine de 10 carros pedágio r Carros agora propagam a 100 km cabine de pedágio r Sim! Depois de 7 min, o 1 o carro atinge o 2 o ponto de 1000 km/h pedágio, enquanto ainda r A cabine agora leva 1 min existem 3 carros no 1 o ponto para atender um carro de pedágio r Q: Algum carro irá chegar r Os primeiros pacotes de um ao 2 o ponto de pedágio o pacote podem chegar no 2 antes que todos os carros roteador antes que o pacote tenham sido atendidos no 1 o seja completamente ponto de pedágio? transmitido no 1 o roteador! 1: Introdução 82

Atraso nodal r dproc = tempo de processamento m Tipicamente alguns mircrosegundos ou menos r dqueue = atraso de enfileiramento m Depende do congestionamento r dtrans = atraso de transmissão m = L/R, significante para enlaces de baixa-velocidade r dprop = atraso de propagação m Algumas centenas de milisegundos 1: Introdução 83

Atraso de enfileiramento r R=largura de banda do enlace (bps) r L=compr. do pacote (bits) r a=taxa média de chegada de pacotes intensidade de tráfego = La/R r La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento r La/R -> 1: grande atraso r La/R > 1: chega mais “trabalho” do que a capacidade de atendimento, atraso médio infinito! 1: Introdução 84

Atraso “real” da Internet e dos roteadores r Como deve ser o atraso e perda real da Internet? r Programa Traceroute: provê medidas de atraso fim-a-fim do caminho entre o nó de origem e o nó de destino. Para cada i: m m m 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 1: Introdução 85

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 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 Enlace 8 62. 40. 103. 253 (62. 40. 103. 253) 104 ms 109 ms 106 ms trans-oceânico 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 * * Significa que nenhuma resposta foi recebida ) 18 * * * 19 fantasia. eurecom. fr (193. 55. 113. 142) 132 ms 128 ms 136 ms 1: Introdução 86

Perda de pacotes r A fila dos roteadores tem uma capacidade limitada; r quando a fila está cheia, os pacotes que chegam são descartados; r Pacotes perdidos são retransmitidos pelo nó de origem ou não são retransmitidos; 1: Introdução 87

Throughput r throughput: rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiver m instantaneous: rate at given point in time m 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 88 1 -88

Throughput (more) r Rs < Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec Rc bits/sec q Rs > Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec Rc bits/sec bottleneck link on end-end path that constrains end-end throughput 1: Introduction Introdução 89 1 -89

Throughput: Internet scenario r per-connection end -end throughput: min(Rc, Rs, R/10) r 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 90 1 -90

“Camadas” de Protocolos As redes são complexas! r muitos “pedaços”: m hosts m roteadores m enlaces de diversos meios m aplicações m protocolos m hardware, software Pergunta: Há alguma esperança em organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes? 1: Introdução 91

Organização de uma viagem aérea: bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (check in) bagagem (recup. ) portão (embarque) portão (desembarque) decolagem aterrissagem rota do vôo Roteamento do avião r uma série de etapas 1: Introdução 92

Viagem Aérea: uma visão diferente bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (verificação) bagagem (recup. ) portão (embarque) portão (desembarque) decolagem aterrisagem rota do vôo roteamento do avião Camadas: cada camada implementa um serviço m através de elementos da própria camada m depende dos serviços providos pela camada inferior 1: Introdução 93

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 94

bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (check in) bagagem (recup. ) portão (embarque) portão (desembarque) decolagem aterrissagem rota de vôo aeroporto de chegada aeroporto de saída Implementação distribuída da funcionalidade das camadas Aeroportos intermediários rota de vôo 1: Introdução 95

Por que camadas? Lidar com sistemas complexos: r estrutura explícita permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema complexo m modelo de referência em camadas para discussão r modularização facilita a manutenção e atualização do sistema m mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema m ex. , mudança no procedimento no portão não afeta o resto do sistema r divisão em camadas é considerada prejudicial? 1: Introdução 96

Hierarquia em Camadas 1: Introdução 97

1: Introdução 98

1: Introdução 99

1: Introdução 100

1: Introdução 101

Camadas: comunicação lógica Cada camada: r distribuída r “entidades” implementam as funções em cada nó r entidades executam ações, trocam mensagens com os pares aplicação transporte redes enlace física rede enlace física aplicação transporte redes enlace física 1: Introdução 102

Camadas: comunicação lógica Ex. : camada de transporte r recebe dados da r r 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 redes enlace física ack dados redes enlace física aplicação transporte redes enlace física dados aplicação transporte redes enlace física 1: Introdução 103

Camadas: Comunicação Física dados aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes física redes enlace físicol aplicação transporte redes enlace física dados aplicação transporte redes enlace físicaa 1: Introdução 104

Pilha de protocolos Internet r aplicação: dá suporte a aplicações de rede m ftp, smtp, http r transporte: transferência de dados host-a-host m tcp, udp r rede: roteamento de datagramas da origem até o destino m ip, protocolos de roteamento r enlace: transferência de dados aplicação transporte rede enlace física entre elementos de rede vizinhos m ppp, ethernet r física: bits “no fio” 1: Introdução 105

Protocolos – Pilha TCP/IP 1: Introdução 106

Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior r adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados r 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 datagrama M quadro 1: Introdução 107

Encapsulamento 1: Introdução 108

End-to-End Argument 1: Introdução 109

Modelo OSI-ISO r ISO - International Organization for Standards r OSI - Open Systems Interconnection r Modelo em 7 camadas: OSI TCP/IP Aplicação Apresentação Sessão Transporte X Transporte Rede Internet Enlace Host-tonetwork Física 1: Introdução 110

Tecnologias utilizadas na Internet no passado 1: Introdução 111

Request for Comments (RFC) 1: Introdução 112

Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO r Uma camada deve ser criada se houver necessidade de abstração r Camadas devem executar funções bem definidas r A definição da camada deve levar em conta protocolos padronizados internacionalmente 1: Introdução 113

Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO r Os limites de cada camada devem ser escolhidos a fim de reduzir o fluxo de informação transportada entre as interfaces; r 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 114

A Camada Física r Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais 1: Introdução 115

A Camada de Enlace de Dados r Transformar um canal de transmissão bruta de dados em uma linha que pareça livre de erros controle de erro r Enquadramento de dados; r Delimitação de quadros; r Controle de fluxo - acoplamento de velocidade de transmissão - transmisor / receptor 1: Introdução 116

A Camada de Rede r Controla a operação da sub-rede r Roteamento r Controle de congestionamento r Contabilidade r Interconexão de redes 1: Introdução 117

A Camada de Transporte r Aceitar dados da camada de sessão e dividi- los em unidades menores (pacotes); r Gerenciamento de conexões: m estabelecimento, encerramento e multiplexação ; r Primeira camada fim-a-fim; r Controle de fluxo; 1: Introdução 118

A Camada de Sessão r Gerenciamento de sessões; r Gerenciamento de tokens; r Sincronização; 1: Introdução 119

A Camada de Apresentação r Sintaxe e semântica da informação a ser transferida r Codificação dos dados r Conversão de estruturas de dados 1: Introdução 120

A Camada de Aplicação r Contém uma série de protocolos comumente necessários; r Protocolo de terminal virtual; r Protocolo de transferência de arquivos; 1: Introdução 121

Network Security r The field of network security is about: m how bad guys can attack computer networks m how we can defend networks against attacks m how to design architectures that are immune to attacks r Internet not originally designed with (much) security in mind m original vision: “a group of mutually trusting users attached to a transparent network” m Internet protocol designers playing “catch-up” m Security considerations in all layers! 1: Introduction Introdução 122 1 -122

Bad guys can put malware into hosts via Internet r Malware can get in host from a virus, worm, or trojan horse. r Spyware malware can record keystrokes, web sites visited, upload info to collection site. r Infected host can be enrolled in a botnet, used for spam and DDo. S attacks. r Malware is often self-replicating: from an infected host, seeks entry into other hosts 1: Introduction Introdução 123 1 -123

Bad guys can put malware into hosts via Internet r Trojan horse m Hidden part of some otherwise useful software m Today often on a Web page (Active-X, plugin) r Virus m infection by receiving object (e. g. , e-mail attachment), actively executing m self-replicating: propagate itself to other hosts, users q Worm: v infection by passively receiving object that gets itself executed v self- replicating: propagates to other hosts, users Sapphire Worm: aggregate scans/sec in first 5 minutes of outbreak (CAIDA, UWisc data) 1: Introduction Introdução 124 1 -124

Bad guys can attack servers and network infrastructure r Denial of service (Do. S): 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 125 1 -125

The bad guys can sniff packets Packet sniffing: m broadcast media (shared Ethernet, wireless) m promiscuous network interface reads/records all packets (e. g. , including passwords!) passing by C A src: B dest: A v payload B Wireshark software used for end-of-chapter labs is a (free) packet-sniffer 1: Introduction Introdução 126 1 -126

The bad guys can use false source addresses r IP spoofing: send packet with false source address C A src: B dest: A payload B 1: Introduction Introdução 127 1 -127

The bad guys can record and playback r record-and-playback: sniff sensitive info (e. g. , password), and use later m password holder is that user from system point of view A C src: B dest: A user: B; password: foo B 1: Introduction Introdução 128 1 -128

Network Security r more throughout this course r chapter 8: focus on security r crypographic techniques: obvious uses and not so obvious uses 1: Introduction Introdução 129 1 -129

Nomeclatura 13 0

Nomeclatura 13 1

História da Internet 1961 -1972: Primórdios dos Princípios de redes: comutação de pacotes r 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes r 1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares r 1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Reearch Projects Agency) r 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet r 1972: m m Demosntração pública da ARPAnet NCP (Network Control Protocol) - primeiro protocolo host-host primeiro programa de email ARPAnet com 15 nós 1: Introdução 132

História da Internet 1972 -1980: Interconexão, novas redes privativas r 1970: rede de satélite r r r 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: m minimalismo, autonomia, não há necessidade de mudança interna para interconexão m modelo de serviço melhor esforço (best effort) m roteadores sem estado m controle descentralizado define a arquitetura da Internet de hoje 1: Introdução 133

História da Internet 1980 -1990: novos protocolos, proliferação de redes r 1983: implantação do r r 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 r Novos backbones nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel r 100, 000 hosts conectados numa conferederação de redes 1: Introdução 134

História da Internet 1990’s, 2000’s: comércio, WWW, novas aplicações r início dos anos 90: ARPAnet desativada r 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995) r início dos anos 90 : WWW m hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s] m HTML, http: Berners-Lee m 1994: Mosaic, posteriormente Netscape m fim dos anos 90: comercialização da Web Final dos anos 90: r est. 50 milhões de r r r computadores na Internet est. mais de 100 milhões de usuários enlaces de backbone a Gbps 1996: criação do projeto INTERNET 2 Segurança: uma necessidade Novas aplicações (killer applications): napster 1: Introdução 135

Internet/BR r RNP teve início em 1989. r Aberta para uso comercial em 1994 r Posição absoluta (Network Wizards, 1/00): m Número de hosts: 446. 444 m 13 o do Mundo m 3 o das Américas m 1 o da América do Sul r 4. 500. 000 Internautas (2/00) 1: Introdução 136

Timeline – Open Source 1: Introdução 137

Resumo da Introdução Material coberto r Visão geral da Internet r O que é um protocolo r Periferia da rede, núcleo da rede, redes de acesso m Comutação de pacotes versus comutação de circuitos r backbones, NAPs, ISPs r Desempenho: perda e atraso r Modelo de serviços em camada r História Conhecimento adquirido: r contexto, visão geral, sentimento da rede r mais detalhes ao longo do curso 1: Introdução 138