introduÇao a redes de computador parte 1

unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

REDES DE COMPUTADORES

Anotações de Aula e Slides 8a. Edição - 2009

~ 1 ~ Introdução: Redes de Computadores e a Internet

http://adriano.acmesecurity.org/redes

Adriano Mauro Cansian [email protected]

São José do Rio Preto Bacharelado em Ciências da Computação

MMIX

ii

Prefácio 2009 Este é o material didático contendo a coleção de slides e notas de aula do Curso de Redes de Computadores para o primeiro semestre de 2009, na UNESP – Universidade Estadual Paulista, Campus de São José do Rio Preto, sob responsabilidade do Professor Adriano Mauro Cansian. Este material NÃO substitui o livro texto adotado no curso, devendo ser usado de modo a complementá-lo, e em conjunto com outras referências recomendadas. A principal função destas notas de aula é facilitar a realização das anotações dos tópicos mais importantes discutidos em sala de aula, agilizando assim o andamento do curso para os alunos.A primeira versão foi utilizada no primeiro semestre de 1998. Esta é a 8a. Edição - 2009, com aprimoramentos, novos tópicos e abordagens atualizadas Estas notas de aula podem diferir ligeiramente do material usado pelo professor durante a aula em sala. Isso porque o professor muitas vezes acaba inserindo outros materiais de última hora, para melhorar a qualidade e atualizar o material, visand sempre a melhor expressão dos temas aos alunos. Portanto, é fortemente recomendável que os alunos tenham este material de aula em mãos durante a aula, de forma a fazer anotações, inserções e correções conforme necessário. Este material tem finalidade meramente educacional e é totalmente GRATUITO. Estas notas de aula podem conter figuras ou textos extraídos de outras fontes, as quais, quando ocorrerem, serão devidamente citadas. Os direitos autorais dos textos citados são de propriedade de seus detentores. Esta não é uma obra comercial. A citação ou uso de material de outros autores, quando ocorrer, tem finalidade meramente didática. Nem o autor, nem a UNESP, se responsabilizam por quaisquer danos diretos ou indiretos que o uso deste material possa eventualmente causar. Este material pode ser copiado livremente, desde que citadas todas as fontes, e respeitados os detentores dos direitos autorais, e desde que o material seja distribuído por inteiro e não em partes, inclusive com os prefácios. A referência a qualquer produto comercial específico, marca, modelo, estabelecimento comercial, processo ou serviço, através de nome comercial, marca registrada, nome de fabricante, fornecedor, ou nome de empresa, necessariamente NÃO constitui ou insinua seu endosso, recomendação, ou favorecimento por parte da UNESP ou do autor. A UNESP ou o autor não endossam ou recomendam marcas, produtos, estabelecimentos comerciais, serviços ou fornecedores de quaisquer espécies, em nenhuma hipótese. As eventuais marcas e patentes mencionadas são de propriedade exclusiva dos detentores originais dos seus direitos e, quando citadas, aparecem meramente em caráter informativo, para auxiliar os participantes do curso, numa base de boa-fé pública. Os participantes ou outros interessados devem utilizar estas informações por sua conta e risco, e estarem cientes desta notificação.

Este material didático não se trata de uma publicação oficial da UNESP. Seu conteúdo não foi examinado ou editado por esta instituição. As opiniões refletem a posição do autor.

São José do Rio Preto, SP - 24 de março de 2009.

Adriano Mauro Cansian

iii

Créditos Estes slides para notas de aula são, em sua grande parte, baseadas nos livros textos adotados para o curso: “Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet” – James F. Kurose & Keith W. Ross (3a. Edição), Editora Addison Wesley Longman, e “Computer Networks”, 3th Edition, de Andrew S. Tanenbaum – Prentice-Hall (ISBN 0-13-349945-6) e em sua tradução “Redes de Computadores” – Terceira Edição, da Editora Campus (ISBN 8535201572). Copyright (c) ADRIANO MAURO CANSIAN. É dada permissão para copiar, distribuir e/ou modificar este documento sob os termos da Licença de Documentação Livre GNU, Versão 1.1 ou qualquer versão posterior publicada pela FREE SOFTWARE FOUNDATION em http://www.gnu.org/licenses/licenses.html, SEM Seções Invariantes, com os Textos da Capa da Frente sendo “Curso de Redes de Computadores – Prof. Adriano Mauro Cansian”, e com os textos da quarta-capa sendo as páginas numeradas de “ii” até “iv” deste documento. Contato: Adriano Mauro Cansian Professor Assistente Doutor [email protected] UNESP - Universidade Estadual Paulista Campus de São José do Rio Preto Depto. de Ciência da Computação e Estatística Laboratório ACME! de Pesquisa em Segurança de Computadores e Redes Endereço: R. Cristóvão Colombo, 2265 - Jd. Nazareth 15055-000 * São José do Rio Preto, SP. Tel. (17) 3221-2475 (laboratório) / 3221-2201 (secretaria) http://adriano.acmesecurity.org Chave PGP:

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iv

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UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1

Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1

unesp - IBILCE - SJRP

Curso de Redes de Computadores

2009

Adriano Mauro Cansian [email protected]

Capítulo 1

Introdução


Parte I: Introdução

Metas:

Contexto, visão geral e intuitiva de redes.

• Aprofundamento e detalhes mais adiante.

Abordagem:

• Descritiva.

• Uso da Internet como exemplo.




Visão geral:

O que que é a Internet

O que é um protocolo

A borda (edge) da rede

O núcleo (core) da rede

Rede de acesso, meio físico.

Desempenho: perdas, retardo.

Camadas de protocolo e

modelos de serviço.

Backbones, PTTs,

provedores

Um pouco de história.

Resumo.


O que que é a Internet: os componentes

Milhões de computadores interligados:

PCs, estações, servidores, telefones, PDAs, games, GPS, robôs, geladeiras, terminais, etc... • Executando aplicações

de rede.

Enlaces (links) de comunicação • fibra, cobre, rádio, satélite.

Roteadores (routers): encaminham pacotes (blocos) de dados pela rede

1 2




Cada vez mais coisas na ‘net’


Estrutura da Internet

Rede corporativa

roteador estação

servidor móvel

ISP Local Provedor de backbone




Os componentes da Internet

Protocolos: controlam envio, recepção de mensagens • TCP, IP, HTTP, FTP,

PPP,...

Internet é a “rede de redes” • Aproximadamente

hierárquica.

• Internet pública e intranet privada.

Padrões Internet • RFC: Request for

comments.

http://www.faqs.org • IETF: Internet

Engineering Task Force

http://www.ietf.org


Os serviços na Internet

Infra-estrutura de comunicação: possibilita aplicações distribuídas: • WWW, correio, jogos,

comércio eletrônico, P2P, bases de dados, eleições, etc...

Dois serviços de comunicação oferecidos: • Sem conexão. • Orientado a conexão.




Ciberspaço / Cyberspace

Ciberespaço [Willian Gibson]:

“Uma alucinação consensual ...” Neuromancer


A Internet e sua explosão para o mundo

Internet dentro do mundo dos negócios:

World Wide Web (WWW) • Foi adotado um conjunto de padrões

relativamente simples. • Permitiu acessar a informação em qualquer

lugar.




WWW (1)

Hipertexto:

“A mente humana (...) opera por associação. De posse de um item, ela parte instantaneamente para outro que é sugerido pela associação de

pensamentos, de acordo com alguma teia intrincada de trilhas levadas pelas células do

cérebro.”

1945 - Vannevar Bush


WWW (2)

1988 - Theodore Nelson (Xanadu Network)

1992 / 1993 • Marc Andreesen e Eric Bina (NCSA - Illinois)

• Tim Berners-Lee (CERN - Suíça)

Acadêmica.

Idéia certa, feita pelos motivos errados: fazer a ligação de 200 cientistas a um número ínfimo de supercomputadores.




A Internet para o e-business


O que que é um protocolo? Protocolos humanos:

“-Que horas são?”

“-Tenho uma dúvida”.

Apresentações.

… mensagens específicas enviadas.

… ações específicas adotadas ao receber mensagens.

Protocolos de rede:

Máquinas ao invés de gente.

Toda comunicação na Internet é governada por protocolos.




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

Oi!

Oi! Que horas

são?

2:00

TCP pedido de conexão.

TCP resposta.

Get http://www.unesp.br/index.htm

<arquivo> Tempo


Detalhes sobre a estrutura da rede

Borda (edge) da rede: aplicações e hospedeiros (hosts).

Núcleo (core) da rede: • Roteadores. • Rede de redes.

Redes de acesso, meios físicos: enlaces (links) de comunicação.




A borda da rede: Sistemas terminais:

• Executam aplicações • Exemplo: WWW, correio

• Na “borda da rede”.

Modelo cliente/servidor • Cliente solicita, recebe serviço

do servidor. • Exemplo: cliente WWW

(browser) / servidor;

• Cliente / servidor de e-mail.

• P2P.


SERVIÇOS COM E SEM CONEXÃO.

Borda da rede:




Borda da rede: serviço orientado a conexão (1)

Meta: transferência de dados entre sistemas

“handshaking”: preparação para iniciar transferência. • Protocolo humano: “Oi!” - “Oi!”

• Criar “estado” entre 2 sistemas em comunicação

TCP - Transmission Control Protocol • Serviço orientado a conexão da Internet.


Borda da rede: serviço orientado a conexão (2)

Características do Serviço TCP [RFC 793] Transferência de dados: fluxo de bytes

ordenado, confiável: • Perdas: reconhecimentos e retransmissões

Controle de fluxo: • Remetente rápido não vai “afogar” o receptor

Controle de congestionamento: • Remetentes “reduzem a taxa de envio” quando rede

fica congestionada.




Borda da rede: serviço sem conexão

Meta: transferência de dados entre sistemas (A mesma coisa que antes ?!?).

UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: Serviço sem conexão da Internet.

• Transferência de dados não confiável.

• Sem controle de fluxo.

• Sem controle de congestionamento.


Aplicações

Aplicações usando TCP: HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo),

Telnet (acesso remoto), SMTP (correio), ssh,...

Aplicações usando UDP: Mídia com “streamming”, teleconferências,

telefonia pela Internet.




Núcleo (core) da Rede

Malha conexa de roteadores.

A questão fundamental: como se transfere dados através da rede?

• Comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede de telefonia

• Comutação de pacotes: dados enviados pela rede em quantias discretas (“pedaços”).


Comutação de CIRCUITOS




Núcleo da Rede: comutação de circuitos (1)

Recursos fim a fim reservados para a “chamada”

Banda de enlace, capacidade de comutação.

Recursos dedicados: não há compartilhamento.

Desempenho como circuitos (garantido).

Requer fase inicial (“setup”).



Recursos de rede picado em “pedaços”. • Por exemplo: Banda (bandwidth)

Pedaços alocados para as chamadas. Recurso fica ocioso se não usado pela chamada. Não há compartilhamento.




Exemplo:

Um circuito de 1 Mbps só pode acomodar 10 usuários que consomem 100 Kbps. • Estejam eles transmitindo ou não.

Digamos que os usuários só transmitam 10% do tempo: há muita ociosidade do canal. • Será comparado mais adiante.



Divisão de banda em “pedaços”

Divisão por freqüência (FDMA - Frequency Division Multiplexing Access)

Divisão por tempo

(TDMA - Time Division Multiplexing Access)




Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA

FDMA

Freqüência

tempo TDMA

Freqüência

tempo

4 usuários Exemplo:


Comutação de PACOTES




Núcleo da Rede: comutação de pacotes (1)

Cada fluxo de dados da origem ao destino é dividido em pacotes:

Pacotes compartilham recursos.

Cada pacote usa a banda inteira do enlace. • Veremos exemplo mais adiante.

Recursos usados sob demanda.



Contenção de recursos:

Demanda agregada pode exceder os recursos disponíveis.

Congestionamento: • Fila de pacotes em espera para uso do enlace.

Armazena e re-encaminha (forward): • Pacotes passam por um enlace a cada vez.

• Transmite através do enlace. • Aguarda vez para o próximo.





Comutação de pacotes:

“armazena e re-encaminha”

(store-and-forward)



Cada link 1,5 Mbps Total de 7,5 Mbits para transmitir = 5000 pacotes de 1,5 Kbits

Coisas acontecem ao mesmo tempo: 1º. Pacote leva 1 ms até router 1 1º. Pacote leva 2 ms até router 2

Mas pacote 2º. já começa a vir para router 1 = 1 ms. 1o. Pacote chega ao destino em 3ms. enquanto isso o pacote 2 chega no router 2 em 2 ms. etc… Tempo total para os 5000 pacotes é de 5,002 seg.




Comutação de pacotes X comutação de circuitos (1)

Enlace de 1 Mbps. Suponha que cada

usuário: • 100 Kbps quando “ativo” • Ativo 10% do tempo

Comutação de circuitos: • Comporta só 10 usuários. • Tem que reservar a banda toda.

Comutação de pacotes permite admitir mais usuários!

N usuários

enlace de 1 Mbps



Enlace de 1 Mbps. Cada usuário:

• 100 Kbps quando “ativo” • Ativo 10% do tempo

Comutação de pacotes: • Probabilidade de haver um usuário

específico ativo é 0,1 (ou seja, 10%). • Se houver 35 usuários: a

probabilidade de haver mais de 11 ou mais usuários ativos simultâneos é menor que 0,0004 (Exercício)

Comutação de pacotes permite admitir mais usuários!

N usuários

enlace de 1 Mbps





Usuário quando ativo gera dados a 100 Kbps. • Prob. de MAIS de 10 usuários ativos é 0.0004

• Prob. 10 ou MENOS usuários ativos é 0.9996

Moral da estória: • numa rede de packet switching de 1 Mbps

existe probabilidade P = 0.9996 dos 35 usuários terem disponível a mesma banda que existiria em uma rede circuit switching de 1 Mbps com 10 usuários.

• Suporta 3 vezes mais usuários que packet switch.



Ótimo para dados em rajadas

• Compartilha recursos.

• Não requer inicialização (setup).

Questões a serem tratadas: • Se há congestionamento excessivo: ocorrem retardo e perdas.

• Mas, há protocolos necessários para transferência confiável de dados e controle de congestionamento.

• Como prover (simular) comportamento de circuitos?

• Garantias de banda necessárias para aplicações de áudio/vídeo.

(...é um problema ainda sem solução)

Comutação de pacotes será sempre o melhor?




Redes de pacotes: roteamento Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao

destino. • Estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4)

Rede de datagramas: • endereço de destino determina próximo passo. • rotas podem mudar durante uma sessão. • analogia: dirigindo, perguntando o caminho.

Rede de circuitos virtuais: • Cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo

determina próximo passo. • Rota fixa determinada em tempo de estabelecimento da

chamada, permanece fixa durante a chamada. • Roteadores mantêm estado por chamada.


Redes de acesso e meio físico




Redes de acesso e meios físicos Como ligar sistemas

terminais ao 1º. roteador? • Redes de acesso residencial. • Redes de acesso institucional

(escola, empresa, etc...).

• Redes de acesso móvel.

Características principais: • Qual a Banda (bits per second) da

rede de acesso?

• É Compartilhada ou dedicada?


Acesso residencial: acesso ponto a ponto Discado via modem (dial-up)

• até 56Kbps, acesso “direto” ao roteador (conceitual).

RDSI ou ISDN: rede digital de serviços integrados: 128Kbps, conexão digital ao roteador

ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line • Até 4 Mbps de casa ao roteador. • Até 34 Mbps do roteador a casa.

• Disponibilidade de ADSL : Telefônica, Telemar, etc... Canal Voice: de 0 a 4 KHz

Canal Download: 50 KHz e 1 MHz Canal Upload: 4KHz a 50 KHz




Acesso residencial: cable modems

HFC: hybrid fiber coax • assimétrico: até 10Mbps p/ a

casa, 1 Mbps para a rede

Rede de cabo e fibra liga a casa ao roteador do provedor. • Acesso compartilhado ao

roteador pelas casas.

• Problemas: dimensionamento, congestionamento.

• Disponibilidade: via companhias de TV a cabo, Exemplo: NET, TVA.


Acesso institucional: redes locais

Rede local (LAN) liga sistema terminal ao 1º. roteador.

Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso ao roteador. 10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet

Disponibilidade: Corporações e instituições, redes domésticas ...

LANs - Redes locais.




Redes de acesso sem fio (wireless) Rede de acesso sem fio

liga ao roteador Redes locais sem fio:

• Espectro de rádio substitui cabo

• Mais usados: 802.11b de 11 Mbps e 802.11g de 54 Mbps

• Também usada para ligações ponto a ponto (rede ad-hoc).

Acesso sem fio não local • Acesso sem fio ao roteador

do provedor via rede de telefonia celular.

• Celular 3G.

estação base

sistemas móveis

roteador


Meios físicos

Enlace físico: Bit de dados transmitido propaga através do enlace.

Meio guiado: • Sinais propagam em meios

sólidos: cobre, fibra.

Meios não guiados: • Sinais propagam

livremente, p.ex., rádio

Par trançado

(Twisted Pair - TP)

Dois fios isolados de cobre. • Categoria 3: fio telefônico

tradicional, ethernet de 10 Mbps

• Categoria 5: ethernet de 100Mbps




Meios físicos: cabo coaxial, fibra Cabo coaxial: Fio (portador do sinal)

dentro de um fio (blindagem) • Banda básica: canal único

no cabo.

• Banda larga: múltiplos canais no cabo.

Bidirecional.

Uso era comum em Ethernet de 10Mbps


Meios físicos: rádio (1)

Sinal enviado pelo espectro eletromagnético.

Sem “fio” físico.

Bidirecional.

Efeitos sobre propagação do ambiente: • Reflexão.

• Obstrução por objetos.

• Interferência.




Meios físicos: rádio (2) Tipos de enlace de rádio: Microondas

• p.ex. canais até 155 Mbps

Rede local (p.ex.802.11B e 802.11G) • 11Mbps e 54Mbps

Longa distância (p.ex., celular) • p.ex. CDPD, 10’s Kbps ou 3G em alta velocidade.

Satélite • Canais de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) • Retardo ponto a ponto de 270 ms. • Geosíncrono X LEOS (Low Earth Orbit Satellite)


Atrasos / Delays




Retardo em redes de pacotes Pacotes experimentam

retardo em caminhos fim a fim.

Quatro causas de retardo a cada enlace.

Transmissão. Propagação. Processamento. Enfileiramento

A

B

propagação

transmissão

Processamento no nó enfileiramento


Rotas e atrasos na Internet “real”

adriano@angel:~$ traceroute www.unesp.br

traceroute to shepard.unesp.br (200.145.1.9), 30 hops max, 52 byte packets

1 * * *

2 thunder (200.145.216.10) 1.953 ms 2.930 ms 1.953 ms

3 cis-lab-ibilce.net.unesp.br (200.145.0.249) 1.953 ms 1.954 ms 0.976 ms

4 nap-sjrp.net.unesp.br (200.145.0.194) 18.555 ms 13.672 ms 13.672 ms

5 nap2-nap.net.unesp.br (200.145.255.30) 14.649 ms 13.672 ms 14.649 ms

6 shepard.unesp.br (200.145.1.9) 12.695 ms 21.484 ms 13.672 ms

Trace completed

adriano@angel:~$

Traceroute:




Atrasos ou retardos (delays) Enquanto um pacote viaja de um nó (seja um host ou router) até o nó subseqüente, o pacote sofre diversos tipos diferentes de retardo (ou atraso) em cada nó ao longo do trajeto.

Os mais importantes atrasos são:

• Atraso de processamento nodal (referente a cada nó) dpro • Atraso de enfileiramento dqueue • Atraso de transmissão dtrans • Atraso de propagação dprop

Atraso nodal total dnodal .


Atraso de Processamento

• (dpro) Atraso de Processamento: O tempo requerido para examinar o cabeçalho do pacote e determinar onde enviar o pacote.

• O atraso de processamento pode também incluir outros fatores, tais como o tempo necessário para verificar se há erros eventualmente ocorridos ao transmitir o pacote do host ao router A.

• Os atrasos de processamento em routers de alta-velocidade estão tipicamente na ordem dos microsegundos ou menores.

• Após este processamento, o router envia o pacote à fila que precede a ligação até o router B.




Uma vez na fila, o pacote experimenta um atraso de enfileiramento dqueue enquanto espera para ser transmitido na ligação.

Variável: O atraso de enfileiramento de um pacote depende da quantidade de outros pacotes, que chegaram antes, e que estão na fila aguardando a transmissão através do link.

Se a fila estiver vazia, e nenhum outro pacote estiver sendo transmitido no momento, então o atraso de enfileiramento do pacote é zero.

Já se o tráfego for pesado, e muitos outros pacotes também estiverem esperando para ser transmitidos, o atraso de enfileiramento será longo.

O atraso de fila (queue delay)


Atraso de transmissão (1) Depende da LARGURA de BANDA (velocidade) disponível no enlace.

Pacotes são transmitidos à maneira first-come-first-serve, assim que todos os pacotes que chegaram antes tenham sido transmitidos.

Se o comprimento do pacote por L bits, e a taxa da transmissão da ligação do router A ao router B de R bits/sec.

A taxa R é determinada pela taxa da transmissão da ligação ao router B.

• Ethernet 10-Mbps, a taxa é R = 10 Mbps • Ethernet 100-Mbps, a taxa é R = 100 Mbps

O atraso de transmissão é L/R. Esta é a quantidade de tempo para transmitir todo o pacote no link. Na prática, os atrasos da transmissão estão tipicamente na ordem dos microsegundos ou menos.




Atraso de transmissão (2) R= banda do enlace

(bps)

L= tamanho do pacote (bits)

Tempo para transmitir pacote no enlace = L/R

A

B

propagação

transmissão


Atraso na PROPAGAÇÃO (1)




Atraso na PROPAGAÇÃO (2) Retardo de propagação:

d = distância do enlace

v = velocidade de propagação (~2x108 metros/sec)

Retardo propagação = d/v

A

B

propagação

transmissão

Processamento no nó enfileiramento

R= banda do enlace (bps)


Comparando atrasos de propagação e de transmissão

Importante entender a diferença entre o atraso de transmissão e o atraso de propagação. A diferença é sutil, mas importante.

Atraso da transmissão: quantidade de tempo exigida para o router EMPURRAR o pacote. É uma função do comprimento do pacote e da taxa da transmissão do link, mas não tem nada fazer com a distância entre os dois routers.

Atraso da propagação: tempo que um bit leva para propagar de um router ao seguinte. É uma função da distância entre os dois routers, mas não tem nada ver com o comprimento do pacote, nem com a taxa da transmissão da ligação.




Em redes de pacotes

O mesmo ocorre em redes packet-switched: os primeiros bits em um pacote podem chegar em um router quando muitos dos bits restantes no pacote ainda esperam para ser transmitidos pelo router precedente.

Considerando dproc , dqueue , dtrans , e dprop denotando respectivamente o atraso de processamento, o atraso de enfileiramento, o atraso de transmissão, e atraso de propagação, o atraso nodal total é dado por

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

A contribuição destes componentes do atraso pode variar significativamente.


Queue delay - o atraso de fila (1)

Ao contrário de outros três atrasos (a saber, dproc, dtrans, e dprop ) o atraso de fila pode variar de pacote para pacote.

• Exemplo: se 10 pacotes chegarem em uma fila vazia ao mesmo

tempo, o primeiro pacote transmitido não sofrerá nenhum atraso de fila, enquanto o último pacote transmitido sofrerá um atraso de fila relativamente grande (enquanto espera outros nove pacotes serem transmitidos).

Ao caracterizar o atraso de fila, usa-se medidas estatísticas, tais como o atraso médio da fila, a variância do atraso, e a probabilidade que o atraso de fila exceda algum valor específico.





Denote como sendo “a” a taxa média em que os pacotes chegam à fila (a é dado em pacotes/seg).

Suponha também, para simplicidade, que todos os pacotes consistem em L bits.

Então a taxa média em que os bits chegam à fila é (La) bits/seg



R é a taxa da transmissão, isto é, a taxa em que os bits são eliminados da fila (em bits/seg).

Suponha que a fila é muito grande, e pode acomodar essencialmente um número infinito dos bits. (mentira!!! - mais adiante)

Então a relação La/R, é chamada de intensidade do tráfego, e representa um papel importante para estimar o atraso da fila.





Se La/R ≤ 1: A natureza do tráfego de entrada causa impacto no

atraso de fila. • Se os pacotes chegarem periodicamente, isto é, um pacote

chegando a cada L/R segundos, então cada pacote chegará a uma fila vazia e não haverá nenhum atraso de fila.

• Se os pacotes chegarem em rajadas, mas periodicamente, pode haver um atraso de fila médio significativo.

Se La/R > 1 : taxa média em que os bits chegam à fila excede a taxa em que os bits podem ser transmitidos da fila. • A fila tende a aumentar sem limite, e o atraso de fila se

aproxima de infinito.


Atraso em filas - Resumo

R=banda do enlace (bps)

L=comprimento do pacote (bits)

a=taxa média de chegadas




Descarte (Drop) de pacotes

A capacidade da fila não é infinita, os atrasos de pacote não se aproximam realmente a infinito. Eles se perdem.

Um pacote pode chegar e encontrar uma fila cheia. Sem lugar para armazenar tal pacote, um router descartará (“drop”) esse pacote, isto é, o pacote será perdido.

A fração de pacotes perdidos aumenta enquanto a intensidade do tráfego aumenta.

• Conseqüentemente, o desempenho em um nó é medido não somente nos termos do atraso, mas também nos termos da probabilidade da perda do pacote.


Camadas de Protocolos

Lego




“Camadas” de Protocolos Redes são complexas!

Muitos componentes:

• Hosts.

• Roteadores.

• Links de diversos meios.

• Aplicações.

• Protocolos.

• Hardware, software...

Pergunta: Como organizar a

estrutura da rede?


Organização de viagens aéreas

Uma série de passos...

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem

roteamento do avião

passagem (reclama)

bagagem (recupera)

portão (desembarque)

aterrissagem





Organização de viagens aéreas: outra visão

Camadas: cada camada implementa um serviço. • Através das ações internas da própria camada.

• Usando os serviços providos pela camada inferior.

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem


passagem (reclama)

bagagem (recupera)


aterrissagem



Viagens aéreas em camadas: serviços

Entrega balcão a balcão de passageiros / bagagem

Entrega de bagagem do check-in à esteira

Entrega pessoas: pessoal embarque - ao pessoal desembarque

Entrega de avião: aeroporto a aeroporto

Roteamento do avião da origem ao destino




Implementação distribuída da funcionalidade das camadas A

erop

orto

de

emba

rque

Aer

opor

to d

e de

sem

barq

ue

locais intermediários de tráfego aéreo


passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem


passagem (reclama)

bagagem (recupera)


aterrissagem





Por que usar camadas? Ao lidar com sistemas complexos: Estrutura explícita permite identificação, relações entre

componentes de sistema complexo. • Modelo de referência para discussão.

Modularização facilita manutenção e atualização do sistema

• Mudanças de implementação do serviço da camada são invisíveis ao resto do sistema.

• Exemplo: mudança no procedimento do portão não afeta o resto do sistema.




Pilha de protocolos da Internet Aplicação: suporta aplicações de rede

• FTP, SMTP, HTTP.

Transporte: transferência de dados entre sistemas terminais • TCP, UDP = transporte.

Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino • IP = protocolos de roteamento

Enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos • PPP, ethernet.

Física: bits “nos fios”. • Na verdade: variação do meio (ondas).

aplicação

transporte

rede

enlace

física


Camadas: comunicação lógica

aplicação transporte

rede enlace física

rede enlace física

Cada camada: Distribuída. “Entidades”

implementam funções da camada em cada nó.

Entidades realizam ações, trocam mensagens com pares.


rede enlace física aplicação

transporte rede

enlace física


rede enlace física




Camadas: comunicação lógica


rede enlace física


rede enlace física application

transport network

link physical


rede enlace física

rede enlace física

dados

dados

Ex. Transporte TCP Obtém dados da

aplicação.

Inclui endereços, info para confiabilidade para formar “datagrama”.

Envia datagrama ao par.

Espera receber ack (confirmação) do par.

Analogia: correios.

dados

transport

transport

ack


Camadas: comunicação física aplicação

transporte rede

enlace física


rede enlace física


rede enlace física


rede enlace física

rede enlace física

dados

dados




Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior. Acrescenta cabeçalho com informação para criar nova

unidade de dados. Passa nova unidade de dados para camada inferior.


rede enlace física


rede enlace física

origem destino

M M M M

Ht Ht Hn Ht Hn Hl

M M M M

Ht Ht Hn Ht Hn Hl

mensagem segmento

datagrama quadro


Relação da pilha e os PDUs




Backbones, NAPs e ISPs


Backbones, NAPs e ISPs (1)

Internet é hierárquica.

De cima para baixo: a hierarquia consiste nos sistemas de extremidade (PCs, hosts, servers, etc...) conectados aos provedores de serviço locais da Internet (Internet Service Providers - ISPs).

Os ISPs locais são conectados a ISPs regionais, que são conectados a ISPs nacionais e internacionais.

Os ISPs nacionais e internacionais são conectados juntos no topo do nó mais elevado na hierarquia.

• Os novos nós podem ser adicionados apenas como uma parte nova de Lego pode ser unida a uma construção existente de Lego.





No ponto mais alto da hierarquia → os ISPs nacionais, que são chamados os fornecedores de serviço nacionais (National Service Providers - NSPs).

Os NSPs formam uma espinha dorsal (backbone) de redes independentes que se espalham no país (e muitas vezes se estendem também ao exterior). • Da mesma forma que existem várias companhias telefônicas de longa distância

(interurbanas), há vários NSPs que competem entre si pelo o tráfego e pelos clientes.

Os NSPs existentes incluem Embratel, GlobalOne, NetStream (AT&T), COMSAT, Diveo, IMPSAT, RNP, Brasil Telecom, Telemar, Telefônica, dentre outyros. Os NSPs têm tipicamente links de transmissão de alta velocidade.



O NSPs devem ser interconectados entre si. • Suponha um ISP regional, como por exemplo Guapiaçu-Net, é

conectado ao NSP Telefônica, e um outro ISP regional, como por exemplo BarraMansaNet, é conectado a NSP Embratel. Como pode o t rá fego ser emi t ido ent re Guapiaçu-Net a BarraMansaNet?

A solução: introduzir centros do comutação (switching), chamados os Pontos de Troca de Tráfego (PTT) • Também chamados de NAPS (Network Access Points).

Interconectam o NSPs, permitindo desse modo que cada ISP regional passe o tráfego a todo o outro ISP regional.





Por exemplo, a Telefônica tem um NAP em São Paulo, e Brasil Telecom tem um NAP em Brasília. Além de se conectarem em NAPs, os NSPs podem se conectar também através dos pontos de troca privativos (Private Peering Points).



NAPs ou PTT (ponto de troca de tráfego) transmitem e comutam volumes tremendos de tráfego de Internet eles são redes de comutação de alta-velocidade, muito complexas. • Veja: http://ptt.br

Tipicamente concentradas em uma área geográfica pequena (por exemplo, um único edifício, normalmente chamado de “teleporto”).

Freqüentemente, os NAPs usam tecnologia avançadas de comutação e roteamento.




Peering X Transit (1)

Peering: “voluntary interconnection of administratively separate Internet networks for the purpose of exchanging traffic between the customers of each network. The pure definition of peering is settlement-free or "sender keeps all," meaning that neither party pays the other for the exchanged traffic.”


Peering X Transit (2)

“Transit: • the advertisement by an Internet service provider

(ISP) of routes to a customer's Internet Protocol addresses to the other ISPs who constitute the rest of the Internet, thereby soliciting inbound traffic from them on behalf of the customer;

• and the advertisement of a default route, or a full set of routes to all of the destinations on the Internet, to the ISP's customer, thereby soliciting outbound traffic from them.”

• You pay money (or settlement) to another network for Internet access.




Exemplo provedor nacional: Sprint U.S.A. backbone network


Exemplo: NAP da PacBell de San Francisco




Provedor Nacional de Backbone - RNP





ANSP – FAPESP - UNESP





ANSP FAPESP

A Rede ANSP fornece acesso à Internet para as universidades paulistas públicas e algumas privadas desde 1991.

http://www.nara.org.br/o-que-e-a-rede-ansp

A ANSP compra trânsito Internet de 3 ISPs; Global Crossing, Telefonica e Terremark.


Projeto ANSP / FAPESP

Em fevereiro de 1991, passou a fornecer acesso à Internet para as universidades estabelecidas no Estado de São Paulo por meio de um enlace de 9.6 kbps. • Também foi responsável pela administração do

registro de domínios e de endereços IP no Brasil até 2005, ano em que o GGI.br assumiu essa responsabilidade.

• No período de 1992 a 1994, o projeto ANSP foi o único acesso que o Brasil teve para a Internet, tanto para o tráfego acadêmico, como para o comercial.




História da Internet (1)

1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficácia de comutação de pacotes.

1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares.

1967: ARPAnet concebida pela Advanced Reearch Projects Agency.

1969: Primeiro nó ARPAnet operacional.

1972:

• ARPAnet demonstrada publicamente.

• NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim.

• Primeiro programa de correio eletrônico.

• ARPAnet tem 15 nós.



1970: ALOHAnet rede via satélite em Havaí.

1973: Tese de doutorado de Metcalfe propõe Ethernet.

1974: Cerf & Kahn - arquitetura para interligar redes.

fim dos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA.

fim dos 70: comutação de pacotes de tamanho fixo (precursor do ATM).

1979: ARPAnet tem 200 nós

Cerf & Kahn: princípios de inter-redes: • Minimalismo, autonomia:

nenhuma mudança interna necessária para interligar redes.

• Modelo de serviço de melhor esforço (best-effort).

• Roteadores sem estado. • Controle descentralizado

Definem a arquitetura da Internet de hoje !





1983: implantação de TCP/IP.

1982: definição do protocolo smtp (e-mail).

1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP.

1985: definição do protocolo ftp.

1988: TCP: controle de congestionamento.

Novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel.

100,000 hosts ligados à confederação de redes.

Brasil - início da BITnet em 1988 (LNCC e FAPESP)

Brasil - início da UUCP em 1989 (Alternex)



Início dos 1990: fim da ARPAnet

1991: NSF remove restrições em uso comercial da NSFnet (aposentada, 1994).

Início dos 1990: WWW

• Hypertexto [Vanemar Bush 1945, Nelson 1960’s]

• HTML, http: Berners-Lee

• 1994: Mosaic, depois Netscape

• fim dos 1990: comercialização da WWW.

Fim dos 1990: Estimado em 50 milhões

de computadores na Internet.

Estimado em mais de 100 milhões de usuários.

Enlaces backbone funcionando em 1 Gbps.




A Internet no Brasil

Pequena cronologia

1991 - rede TCP/IP experimental (SP, RJ, RS) até 9.600 bps

1992 - Rede-Rio, ANSP, RNP até 64 kbps

1994/5 - RNPv2, com enlaces de 2 Mbps

1994/5 - abertura comercial, Embratel, Comitê Gestor

1999 - criação das ReMAVs, Rede-Rio 2, enlaces de 155 Mbps

1999 - novo backbone da Rede-UFF 622 Mbps

2000 - backbone ATM da RNP2

2001 - conexão internacional em 155 Mbps


Capítulo 1: Sumário Cobrimos muita matéria! Visão geral da Internet.

O que que é um protocolo? Borda e núcleo de rede,

rede de acesso.

Desempenho: perdas, retardo.

Modelos de camadas e serviços.

Backbones, PTTs, provedores.

História Redes ATM.

Até aqui, desenvolvemos:

Contexto, visão geral, intuição de redes.

Profundidade e detalhes maiores, mais adiante no curso...

introduÇao a redes de computador parte 1

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