Redes de Computadores Prof Nelson Fonseca nfonsecaic unicamp

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

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

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 2 1 -2

Parte I: Introdução Objetivos: r Introduzir conceitos básicos em redes r dar uma visão

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

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 Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempo http: //dancing-man. com/robin/toasty/ 1: Introdução 4

O que é a Internet? r Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas finais m

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

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,

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

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

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:

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

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

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 Fluxo 1: Introdução 13

Controle de Congestionamento 1: Introdução 14

Controle de Congestionamento 1: Introdução 14

Serviços não orientados a conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais r UDP

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

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

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

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

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

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

FDM r Multiplexação por Divisão da Freqüência 21

FDM r Multiplexação por Divisão da Freqüência 21

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Modulação delta - assume que amostragem

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Modulação delta - assume que amostragem difere da anterior +1 ou – 1: 22

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Sistemas digitais. m Codec - digitalização

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. 23

TDM r Multiplexação por Divisão de Tempo m Cada um dos 24 canais insere

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 24

TDM 25

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TDM r SONET m Synchronous Optical network (Bellcore). m Unificação sistemas TDM. m SDH

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. 26

TDM r SONET m Quadros 810 bytes, transmitido a cada 125 ms (8000 quadros

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. 27

TDM. 28

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TDM 29

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Custos de telefonia 1: Introdução 30

Custos de telefonia 1: Introdução 30

Wavelength Division Multiplexing 31

Wavelength Division Multiplexing 31

WDM 32

WDM 32

Comutação de Pacotes Fluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes r pacotes compartilham recursos

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 33

Comutação de Pacotes: multiplexação estatística 10 Mbs Ethernet A B Multiplexação estatística C 1.

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 34

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos Comutação de pacotes permite um maior número

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 35

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? 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 36

Comutação de Pacotes: armazena-e-reenvia L R R r Leva L/R segundos para transmitir o

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 37

Comutação de Pacotes: segmentação de mensagens Agora a mensagem é segmentada em 5000 pacotes

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 38

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? 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 39

Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto (tecnologias passadas) r Discado (Dialup) via modem m acesso

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 r RDSI/ISDN: m rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128 Kbps ao roteador. 1: Introdução 40

Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto r ADSL: asymmetric digital subscriber line m m m

Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto r ADSL: asymmetric digital subscriber line m m m até 1 Mbps na direção da rede (upstream) (tipicamente < 256 kbps) até 8 Mbps na direção do usuário (downstream) (tipicamente < 1 Mbps) FDM: • 50 k. Hz – 1 MHz na direção do usuário • 4 k. Hz – 50 k. Hz na direção da rede 1: Introdução 41

Acesso residencial: cable modems r HFC: hybrid fiber coax m assimétrico: até 10 Mbps

Acesso residencial: cable modems r HFC: hybrid fiber coax m assimétrico: até 10 Mbps na direção da rede , 1 Mbps na direção do usuário; r rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do ISP m m acesso compartilhado ao roteador pelas residências questões: congestionamento, dimensionamento r implantação: disponível através de empresas de TV a cabo, ex. : VIRTUA (Net) 1: Introdução 42

Acesso residencial: cable modems Diagram: http: //www. cabledatacomnews. com/cmic/diagram. html 1: Introdução 43

Acesso residencial: cable modems Diagram: http: //www. cabledatacomnews. com/cmic/diagram. html 1: Introdução 43

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral Tipicamente 500 a 5, 000 casas Central

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral Tipicamente 500 a 5, 000 casas Central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) casa 1: Introdução 44

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral central Rede de distribuição dos cabos (simplificada)

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) casa 1: Introdução 45

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral servidores(s) central Rede de distribuição dos cabos

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral servidores(s) central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) casa 1: Introdução 46

Arquitetura de Redes com cabo: visão geral FDM: V I D E O V

Arquitetura de Redes com 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 central Rede de distribuição dos cabos (simplificada) casa 1: Introdução 47

Fiber to the Home ONT optical fibers Internet OLT central office ONT optical fiber

Fiber to the Home ONT optical fibers Internet OLT central office ONT optical fiber optical splitter ONT r Optical links from central office to the home r Two competing optical technologies: m Passive Optical network (PON) m Active Optical Network (PAN) r Much higher Internet rates; fiber also carries television and phone services

Acesso Institucional: Redes Locais r rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ.

Acesso Institucional: Redes Locais r rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de borda r Ethernet: m cabos compartilhados ou dedicados conectam o sistema final ao roteador m 10 Mbs, 100 Mbps, Gigabit Ethernet r instalação: instituições, brevemente nas residências r LANs: serão vistas depois. 1: Introdução 49

Redes de Acesso sem Fio (wireless) r rede de acesso compartilhado sem fio conecta

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, 150 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 50

Home networks Componentes típicos de home networks: r ADSL ou cable modem r roteador/firewall

Home networks Componentes típicos de home networks: r ADSL ou cable modem r roteador/firewall r Ethernet r ponto de acesso wireless De/para cable headend cable roteador/ modem firewall Ethernet (switched) wireless laptops wireless ponto de acesso 1: Introdução 51

Meio Físico r enlace físico: bit de dados transmitido se propaga através do enlace

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 52

Cabo Coaxial e Fibra Ótica Cabo coaxial: r fio (transporta o sinal) dentro de

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 53

Meios físicos: rádio r Sinal transportado em meio eletromagnético r não existe “cabo” r

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 54

Estrutura Internet: redes de redes r Ligeiramente hierarquizado r No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet,

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 55

ISP-nível-1: ex: Sprint Backbone Sprint US 1: Introdução 56

ISP-nível-1: ex: Sprint Backbone Sprint US 1: Introdução 56

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

Tier-1 ISP: e. g. , Sprint POP: point-of-presence to/from backbone peering … … … to/from customers 1: Introduction Introdução 57 1 -57

Estrutura Internet: redes de redes r ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais) m

Estrutura Internet: redes de redes r ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais) m Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários ISPs-nível-2 ISPs nível 2 pagam para ISPs nível 1 para se conectarem a Internet q ISP nível 2 é um consumidor de ISPs nível 1 ISP-nível-2 ISP-nível-1 ISP-nível-2 NAP ISP-nível-1 provedores nível-2 também se interconectam nos NAPs ISP-nível-2 1: Introdução 58

Estrutura Internet: redes de redes r ISPs-nível-3 e ISPs locais m última rede de

Estrutura Internet: redes de redes r ISPs-nível-3 e ISPs locais m última rede de acesso (próximo aos sistemas finais) ISP local ISPs nível 3 e locais são consumidores de ISPs de mais alto nível que os conecta a Internet ISP 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 59

Estrutura Internet: redes de redes r Um pacote passa por várias redes; ISP local

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 60

Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel http: //www. embratel. net. br/internet/backbone/informacoes-backbone. html 1: Introdução

Provedor de Backbone Nacional ex. Embratel http: //www. embratel. net. br/internet/backbone/informacoes-backbone. html 1: Introdução 61

Provedor de Backbone Nacional ex. RNP http: //www. rnp. br/backbone/bkb-mapa. html 1: Introdução 62

Provedor de Backbone Nacional ex. RNP http: //www. rnp. br/backbone/bkb-mapa. html 1: Introdução 62

1: Introdução 63

1: Introdução 63

1: Introdução 64

1: Introdução 64

Topologias típicas 1: Introdução 65

Topologias típicas 1: Introdução 65

Topologia da Internet 1: Introdução 66

Topologia da Internet 1: Introdução 66

Como ocorre perda e atraso? Filas de pacotes nos buffers dos roteadores: a taxa

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 67

Quatro fontes de atraso de pacotes r 1. Processamento no nó: m verificação de

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 68

Atraso em redes comutadas por pacotes 3. Atraso de transmissão: r R=capacidade do enlace

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 69

Analogia de uma caravana 100 km Caravana com cabine 10 carros de pedágio r

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 70

Analogia de uma caravana 100 km caravana com cabine de 10 carros pedágio r

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 71

Atraso nodal r dproc = tempo de processamento m Tipicamente alguns mircrosegundos ou menos

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 72

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

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 73

Atraso “real” da Internet e dos roteadores r Como deve ser o atraso e

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 74

Atraso “real” da Internet e dos roteadores traceroute: gaia. cs. umass. edu to www.

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 75

Perda de pacotes r A fila dos roteadores tem uma capacidade limitada; r quando

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 76

Throughput r throughput: rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiver m instantaneous:

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 77 1 -77

Throughput (more) r Rs < Rc What is average end-end throughput? Rs bits/sec Rc

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 78 1 -78

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

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 79 1 -79

“Camadas” de Protocolos As redes são complexas! r muitos “pedaços”: m hosts m roteadores

“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 80

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) decolagem aterrissagem rota do vôo Roteamento do avião r uma série de etapas 1: Introdução 81

Viagem Aérea: uma visão diferente bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (verificação) bagagem (recup. )

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 82

Viagem aérea em camadas: serviços Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens transporte de bagagens

Viagem aérea em camadas: serviços Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens transporte de bagagens transferência de pessoas: entre portões transporte do avião de pista a pista roteamento do avião da origem ao destino 1: Introdução 83

bilhete (compra) bilhete (reclamação) bagagem (check in) bagagem (recup. ) portão (embarque) portão (desembarque)

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 84

Por que camadas? Lidar com sistemas complexos: r estrutura explícita permite a identificação e

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 85

Pilha de protocolos Internet r aplicação: dá suporte a aplicações de rede m ftp,

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 86

Hierarquia em Camadas 1: Introdução 87

Hierarquia em Camadas 1: Introdução 87

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1: Introdução 89

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Camadas: comunicação lógica Cada camada: r distribuída r “entidades” implementam as funções em cada

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 92

Camadas: comunicação lógica Ex. : camada de transporte r recebe dados da r r

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 93

Camadas: Comunicação Física dados aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes física redes

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 94

Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior r adiciona

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 95

Modelo OSI-ISO r ISO - International Organization for Standards r OSI - Open Systems

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 96

Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO r Uma camada deve ser criada se houver

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 97

Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO r Os limites de cada camada devem ser

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 98

A Camada Física r Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais 1: Introdução 99

A Camada Física r Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais 1: Introdução 99

A Camada de Enlace de Dados r Transformar um canal de transmissão bruta de

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 10 0

A Camada de Rede r Controla a operação da sub-rede r Roteamento r Controle

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 101

A Camada de Transporte r Aceitar dados da camada de sessão e dividi- los

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 10 2

A Camada de Sessão r Gerenciamento de sessões; r Gerenciamento de tokens; r Sincronização;

A Camada de Sessão r Gerenciamento de sessões; r Gerenciamento de tokens; r Sincronização; 1: Introdução 10 3

A Camada de Apresentação r Sintaxe e semântica da informação a ser transferida r

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 10 4

A Camada de Aplicação r Contém uma série de protocolos comumente necessários; r Protocolo

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 10 5

Network Security r The field of network security is about: m how bad guys

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 1 -106 10 6

Bad guys can put malware into hosts via Internet r Malware can get in

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 1 -107 10 7

Bad guys can put malware into hosts via Internet r Trojan horse m Hidden

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 1 -108 10 8

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

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 1 -109 10 9

The bad guys can sniff packets Packet sniffing: m broadcast media (shared Ethernet, wireless)

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 110 1 -110

The bad guys can use false source addresses r IP spoofing: send packet with

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 111 1 -111

The bad guys can record and playback r record-and-playback: sniff sensitive info (e. g.

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 112 1 -112

Network Security r more throughout this course r chapter 8: focus on security r

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 113 1 -113

História da Internet 1961 -1972: Primórdios dos Princípios de redes: comutação de pacotes r

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 114

História da Internet 1972 -1980: Interconexão, novas redes privativas r 1970: rede de satélite

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 115

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

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 116

História da Internet 1990’s, 2000’s: comércio, WWW, novas aplicações r início dos anos 90:

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 117

Internet/BR r RNP teve início em 1989. r Aberta para uso comercial em 1994

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 118

Resumo da Introdução Material coberto r Visão geral da Internet r O que é

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 119