redes industriais - internet carlos roberto da silva filho, m. eng
Post on 22-Apr-2015
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Redes industriais - Internet
Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.
Internet – Componentes
• Milhões de dispositivos conectados: hosts = sistemas finais, rodando aplicações de rede;
• enlaces (canais) de comunicação – meios físicos: fibra ótica, fio de cobre, cabo coaxial, ondas de rádio e satélite;
• Taxa de transmissão (Mbps) = largura de banda (bandwidth);
• roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede;
InternetISP local
Rede daempresa
ISP regional
Internet – Protocolos• Protocolos: controla o envio e recepção de
mensagens - ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP;• Internet: “rede de redes”• Internet pública x intranet privada (redes
corporativas, governamentais) • Padrões da Internet - desenvolvidos pela
IETF: Internet Engineering Task Force;• Documentos são denominados RFC:
Request for comments;
Internet – Serviços• Infra-estrutura de comunicação que
permite o uso de aplicações distribuídas:
• WWW, email, jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos, etc.;
• Serviços de comunicação disponibilizados:
• Não confiável sem conexões (nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados);
• Confiável orientado à conexões;
Internet – Periferia e Núcleo
• Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, celulares, Smartphone, PDAs - Personal Digital Assistant (agenda digital);
• Núcleo da rede:
• Malha de roteadores;
• rede de redes, redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação;
Internet – Periferia e Núcleo
Rede de a
cesso
Perifer
ia da r
ede
Núcleo da r
ede
Internet – Periferia• Sistemas finais (hosts): rodam programas de
aplicação: www, email - na “borda da rede”;• Modelo cliente/servidor: o host cliente faz os
pedidos, são atendidos pelos servidores;• Ex.: cliente www (browser) / servidor Web;
cliente/servidor de email; • Modelo entre pares - peer to peer (P2P): uso
mínimo ou nenhum de servidores dedicados. O usuário é cliente e servidor - ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule;
Internet – Periferia e Núcleo
Internet – Serviços Orientados
• Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais.
• handshaking: inicialização prepara para a transferência de dados;
• Inicializa o “estado” em 2 hosts que desejam se comunicar;
• TCP - Transmission Control Protocol: serviço orientado à conexão da Internet;
Internet – Serviços Orientados
• 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 está congestionada;
Internet – Serviços não Orientados
• Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais;
• UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]:
• serviço sem conexão;
• transferência de dados não confiável;
• não controla o fluxo;
• nem congestionamento;
Internet – Serviços
• Aplicações que usam TCP:
• HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP (email)
• Aplicações que usam UDP:
• streaming media (transmissão de áudio e vídeo na Internet), teleconferência, telefonia via Internet (VoIP, Skype);
Internet – Núcleo da Rede
• Malha de roteadores interconectados;
• Questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede?
• Comutação de circuitos: circuito dedicados em cada chamada: rede telefônica
• Comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos.
Internet – Núcleo da Rede
Comutação de Circuitos• Recursos da rede (banda) são divididos em
“pedaços” - Pedaços alocados às chamadas;• O pedaço do recurso fica ocioso se não for
usado pelo seu dono - (não compartilha);• A divisão da banda de um canal é feita em
“pedaços” (multiplexação):• FDM – Frequency Division Multiplexing -divisão
de freqüência • TDM – Time Division Multiplexing - divisão de
tempo
Comutação de Circuitos – FDM e TDM
FDM
freqüência
tempoTDM
freqüência
tempo
Exemplo: 4 usuários
quadro compartimento
Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento
Comutação de Pacotes
• Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes;
• Pacotes dos usuários A, B, C, compartilham os recursos da rede;
• Cada pacote usa toda a banda do canal (taxa de transmissão total do link);
• Recursos são usados quando necessário,
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;
Comutação de Pacotes
A
B
CEthernet 100 Mbps
1,5 Mbps
34 Mbps
D E
multiplexação estatística
fila de pacotesesperando pelo enlace de saída
Circuitos x Pacotes• Comutação de Pacotes:
• Ótima para dados em surtos, compartilhar recursos e não precisa estabelecer conexão;
• Congestionamento excessivo com atraso e perda de pacotes;
• Precisa de protocolos para transferência confiável de dados, bem como controle de congestionamento;
Circuitos x Pacotes• Como fornecer um comportamento do
tipo circuito?
• São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo;
• Ainda é um problema não resolvido;
Acesso Residencial• Discado (Dialup) via modem: acesso
direto ao roteador de até 56Kbps, sendo que não dá para navegar e telefonar ao mesmo tempo.
• RDSI/ISDN: rede digital de serviços integrados - conexão digital de 128Kbps ao roteador.
• 2 linhas de 64Kbps (Internet e/ou telefone)• Serviço Multilink da Telefônica em SP;
Acesso Residencial• ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line –
linha digital assimétrica de assinante
• até 1 Mbps casa-ao-roteador (upload)
• até 10 Mbps roteador-para-casa (download)
• FDM:
• 50 kHz-1 MHz download;
• 4 kHz - 50 kHz upload;
• 0 kHz - 4 kHz telefonia;
Acesso Residencial
Ponto deacessowireless
Laptops wirelessroteador/
firewall
cablemodem
de/paraTerminal da operadora
(CableHeadend)
Ethernet(pacotes comutados)
Acesso Residencial – Cable Modem
• HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial);
• Assimétrico: até 30Mbps (downstream), 2 Mbps (upstream);
• Rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP);
• Acesso compartilhado ao roteador pelas residências - implantação através de empresas de TV a cabo como a VIRTUA (Net).
Acesso Residencial
casa
cable headend
Rede de distribuição (simplificada)
Tipicamente entre 500 a 5.000 casas
Terminal da operadora
servidores
Acesso Residencial
cable headend
Canais
VIDEO
VIDEO
VIDEO
VIDEO
VIDEO
VIDEO
DATA
DATA
CONTROL
1 2 3 4 5 6 7 8 9
FDM:
Rede de distribuição (simplificada)
casa
Acesso Institucional
• Rede local - LAN (Local Area Network) da empresa/universidade conecta sistemas finais ao roteador de periferia;
• Ethernet: cabos compartilhados ou dedicados conectam o sistema final ao roteador de periferia (pacotes com destino externos à LAN);
• Taxas de Transmissão: 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet;
Acesso Sem Fio
• Rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador via estação base = “ponto de acesso”;
• LANs sem fio: dezenas de metros;
• ondas de rádio substituem os fios;
• 802.11b/g (WiFi - Wireless Fidelity): 11 Mbps ou 54 Mbps
Acesso Sem Fio
estação base
hosts móveis
roteador
Meio Físicos• Na rede Ethernet, os meios físicos do IEEE
802.3 são codificadas como:
• <velocidade> <classe do meio> <distância> <Mbps> <baseband ou broadband> <x 100 m>
Meio Físicos - Cabos
Meio Físicos• Cabo coaxial: fio transporta o sinal dentro de
outro fio (blindagem);
• Banda básica (baseband): canal único no cabo – sem Modulação – LAN – sinal digital;
• Banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo com modulação – LAN e TV – sinal analógico;
• Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta pulsos de luz e opera em alta velocidade ex.: 10 à 100 Gbps com baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético;
Meio Físicos - Cabos
Meio Físicos - Conectores
Meio Físicos - Cabos
Meio Físicos - Cabos
Provedores de Acesso - ISP• No centro: ISPs “tier-1” - cobertura nacional
e/ou internacional
• Redes comerciais (ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T)
• Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio): RNP (Rede Nacional de Pesquisa), CLARA (Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2 (EUA), Géant (Europa);
Provedores de Acesso - ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
ProvedoresTier-1 se interligam (peer) de forma privada
Provedores de Acesso - ISPex. Embratel – banda nacional de 37Gbps
http://www.embratel.net.brRoteadores Giga
PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros
Conexões - Embratel
Estados Unidos: Verizon, Sprint, NTT e Global CrossingArgentina: Verizon e Telmex; Portugal: Portugal Telecom
Conexões - Oi
Conexões - RNP
Provedores de Acesso - ISP“Tier-2” ISPs: ISPs menores (em geral regionais)
• Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2
Provedores de Acesso - ISP“Tier-3” ISPs e ISPs locais• rede de última milha (“acesso”) - próximo aos sistemas finais;
Provedores de Acesso - ISPUm pacote passa através de diversas redes!
Modelo OSI
Pilha de Protocolos Internet• Aplicação: dá suporte a aplicações de rede -
FTP, SMTP, HTTP;
• Transporte: transferência de dados host-a-host - 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 - Placa de interface de rede;
• Física: bits “no fio”
Comunicação nas Camadas
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dados
Comunicação nas Camadas
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dados
dados
transporte
transporte
ack
Comunicação nas Camadas
mensagemsegmento
datagrama
quadro
origemaplicaçãotransporte
redeenlacefísica
HtHnHl M
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destino
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redeenlacefísica
enlacefísica
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roteador
switch
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
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