o tcp/ip e internet carlos maurício s. figueiredo

O TCP/IP e Internet

Carlos Maurício S. Figueiredo

O TCP/IP• O TCP/IP

– Protocolos mais utilizados e conhecidos para ligação inter-redes.

– São os protocolos da Internet.

• Divisão em Camadas– O modelo da ISO de 7 camadas foi criado antes da ligação

inter-redes ser inventada. Assim, o modelo não contém uma camada para protocolos inter-redes.

– O modelo da ISO dedica uma camada inteira para protocolos de sessão. Esses se tornaram menos importantes à medida que os sistemas de computadores mudaram de grandes sistemas de tempo compartilhado para estações pessoais.

O TCP/IP

• Divisão em Camadas (Cont.)– O modelo TCP/IP possui um novo modelo em camadas,

que pode ser comparado ao modelo da ISO, mas não se pode corresponder 1 camada de um modelo com 1 camada do outro.

– O modelo TCP/IP possui 5 camadas.

Divisão em Camadas

• Físico– Corresponde ao hardware

básico de rede, do mesmo modo que a camada 1 do modelo da ISO.

Divisão em Camadas

• Interface de Rede– Os protocolos da camada 2

especificam como organizar dados em quadros e como um computador transmite quadros através de uma rede.

– Semelhante aos protocolos da camada 2 do modelo da ISO.

Divisão em Camadas

• Inter-Rede (ou Rede)– Os protocolos dessa camada

especificam o formato dos pacotes enviados através de uma inter-rede e os mecanismos usados para encaminhar pacotes a partir de um computador através de um ou mais roteadores até um destino final.

Divisão em Camadas

• Transporte– Protocolos dessa camada

especificam como assegurar transferência de dados confiável.

– Corresponde à camada 4 da ISO.

Divisão em Camadas

• Aplicação– Cada protocolo dessa camada

especifica como um aplicativo usa uma inter-rede.

– Corresponde às camadas 6 e 7 do modelo da ISO.

Hosts

• No TCP/IP existe o conceito de computador host para se referir a qualquer sistema de computadores conectado em uma inter-rede que execute aplicativos.

• Um host pode ser grande como um mainframe, ou pequeno como um computador de mão.

• O TCP/IP permite a comunicação entre qualquer par de hosts apesar de possíveis diferenças de hardware.

Roteadores

• Assim como os hosts, roteadores precisam de software de protocolo TCP/IP. Porém, os roteadores não usam protocolos de todas as camadas.

• Em particular, um roteador não precisa dos protocolos da camada de aplicação para aplicativos tais como transferência de arquivos, pois um roteador não executam esses aplicativos.

IP – Internet Protocol

IP: Internet Protocol

• IP - Protocolo da Camada de Rede do TCP/IP. – É o protocolo que todos os computadores da internet

devem usar para se comunicar. É a “cola” da Internet.

– Esconde os detalhes das redes físicas e oferece facilidades de uma grande rede virtual. Provê técnicas de entrega independentes dos detalhes de hardware de rede.

• Provê um esquema de endereçamento de alto nível uniforme (Endereços mantidos por software).

• Descreve mecanismos para a amarração de endereços IP com endereços de hardware, seja qual for o tipo de hardware de rede.

• Fornece o serviço de comunicação fundamental em uma inter-rede (Formato de pacotes, roteamento e transmissão de pacotes).

Endereçamento IP

• Endereços de Inter-Rede– Não se pode usar endereços físicos, pois uma inter-rede pode

incluir múltiplas tecnologias de rede com formatos de endereço diferentes.

– Assim, o IP define um esquema de endereçamento uniforme e abstrato que atribui a cada host um endereço único.

– Usuários, programas e camadas mais altas de software usam esses endereços IP para se comunicar.

Endereçamento IP

• Endereços IP– Um endereço de Internet (endereço IP) é um número

binário de 32 bits único atribuído a um host e usado para toda a comunicação com o host.

– Cada pacote enviado pela inter-rede deve conter o endereço IP do destino e da origem.

• Hierarquia de Endereços IP– Conceitualmente, um endereço IP é dividido em um

prefixo, para a identificação da rede física a qual um host está conectado, e um sufixo, para a identificação de um host individualmente naquela rede.

Endereçamento IP

• Classes de Endereços IP– Como uma inter-rede pode incluir tecnologias de rede

arbitrárias, ela poderia ser construída de algumas redes físicas grandes e algumas pequenas. Assim, os projetistas escolheram um esquema de endereçamento para se acomodar inter-redes com essas características.

– Esse esquema divide o espaçamento de endereços IP em três classes primárias, cada classe com um prefixo de tamanho diferente.

– Os primeiros 4 bits de um endereço determinam a sua classe, o restante é dividido em prefixo e sufixo.

Endereçamento IP

• Classes de Endereços IP (Cont.)– Existem cinco classes: A, B e C - Classes primárias; D -

Multicasting; e E - reservado para uso futuro.

Endereçamento IP

Computando a Classe de um Endereço:

Endereçamento IP

• Notação Decimal Pontilhada– Geralmente, em vez de representar endereços Ips como

números de 32 bits, usa-se uma notação mais conveniente para o entendimento de pessoas, que é a notação decimal pontilhada.

– Essa notação expressa cada seção de 8 bits do endereço pelo seu valor decimal.

Endereçamento IP

• Notação Decimal Pontilhada (Cont.)– A classe de um endereço na notação pontilhada pode ser

obtida a partir do valor decimal do primeiro octeto.

• Divisão do Espaço de Endereçamento– O esquema de endereçamento IP não divide o espaço de

endereçamento de 32 bits em classes de tamanho igual, e as classes não contém o mesmo número de redes.

Endereçamento IP

• Autoridades para Endereços– Na internet, prefixos de rede devem ser únicos.

– Quando se deseja conectar uma rede na Internet global, obtém-se números de redes de um ISP (Internet Service Providers).

– Os ISPs coordenam IPs através da Internet Assigned Number Authority.

Endereçamento IP

Endereçamento IP

• Um Exemplo de Endereçamento

Endereçamento IP

• Endereços IP Especiais– É conveniente ter endereços que podem ser usados para

denotar redes ou conjuntos de computadores.

– Formas de endereços especiais são reservados, isto é, não são atribuídos a hosts.

– A tabela a seguir mostra formas de IPs especiais.

Endereçamento IP

• Endereços IP Especiais– Alguns conjuntos de endereços IP são destinados a redes

privadas (sub-redes).• Classe A: 10.0.0.0 – 10.255.255.255

• Classe B: 172.16.0.0 – 172.31.255.255

• Classe C 192.168.0.0 – 192.168.255.255

– Exemlos em uma empresa• Rede: 200.242.0.*, 201.56.102.*, 192.170.0.*

• Sub-rede: 192.168.0.*

Endereços IP• Roteadores e Endereços IP

– Roteadores também devem ter endereços atribuídos.

– Um roteador pode conectar múltiplas redes físicas, e cada IP contém um prefixo que especifica uma rede física. Assim, um roteador deve possuir um endereço IP para cada conexão de rede.

Resolução de Endereços IP

• Na rede, mensagens alcançam seu destino através do endereçamento físico, ou seja, do harware de rede.– O hardware de rede não entende a abstração criada pelo IP

para endereçamento. Assim, um endereço IP precisa ser traduzido para um endereço de hardware equivalente antes que um pacote possa ser enviado.

• Um host ou roteador usa resolução de endereços quando ele precisa enviar um pacote para outro computador na mesma rede física. – Um computador nunca resolve o endereço de um

computador que está acoplado a uma rede distante.


• No exemplo a seguir, para A mandar uma mensagem para F:– A resolve o endereço de R1 e manda o pacote.– R1 resolve o endereço de R2 e manda o pacote.– R2 resolve o endereço de F e entrega o pacote.


• Existem três técnicas básicas– Pesquisa em tabela - Mapeamentos de endereço são

armazenados em uma tabela em memória, consultada quando o computador precisa resolver um endereço.

– Computação forma fechada - O endereço de protocolo atribuído a um computador é cuidadosamente escolhido de forma que o endereço de hardware do computador possa ser computado a partir do endereço de protocolo usando operações básicas booleanas e aritméticas.

– Troca de Mensagem - Os computadores trocam mensagens através de uma rede para resolver um endereço. Um computador envia uma mensagem que solicita a tradução de um endereço, e outro envia uma resposta que contém as informações solicitadas.


• Exemplo de Resolução com Pesquisa de Tabela:

• Exemplo de Resolução com Computação Fechada: endereço_hardware = endereço_ip & 0xff


• Comparação entre esquemas de resolução de endereços:– T - Tabela, C - Computação Fechada e D - Troca de

Mensagem Dinâmica.


• Protocolo de Resolução de Endereços do TCP/IP– O TCP/IP pode usar quaisquer dos três métodos de

resolução de endereço. O método escolhido pode depender do tipo de rede usado, de acordo com o seu esquema de endereçamento físico.

– Para garantir que todos os computadores concordem no formato e significado exato de mensagens usadas para resolver endereços, o TCP/IP inclui um Protocolo de Resolução de Endereços (ARP - Address Resolution Protocol).

– O ARP define dois tipos de mensagens: uma requisição, que contém o endereço IP que deve ser resolvido, e uma resposta, que contém o endereço IP solicitado e o seu endereço de hardware correspondente.

Resolução de Endereços IP• ARP: Funcionamento

– A mensagem de requisição deve ser difundida em broadcast para todos os computadores da rede.

– Cada computador recebe a requisição e examina o endereço IP.

– O computador que possuir o endereço IP responde à requisição, os demais a descartam.

Datagrama IP

• Uma inter-rede pode conectar redes heterogêneas, um quadro que trafega em uma rede não pode ser transmitido diretamente para outra pelo roteador.

• Para lidar com essas diferenças, o TCP/IP define um formato independente de pacote inter-rede, o datagrama IP.

• O protocolo da camada de rede do TCP/IP, o IP, usa serviço sem conexão para entrega fundamental de pacotes.

Datagrama IP

• Um datagrama IP consiste de um cabeçalho seguido por dados.– O tamanho do datagrama é variável, mais especificamente,

a área de dados. Na versão atual do IP (v4), um datagrama pode conter até mesmo um único octeto de dados ou no máximo 64 K octetos, incluindo o cabeçalho.

Datagrama IP

• O cabeçalho de um Datagrama IP– Contém informações para o roteamento de datagramas.

• Endereço do destinatário e do remetente, tipo de dado, tipo de serviço, tamanho do datagrama, tempo de vida, checksum do cabeçalho e outros.

Roteamento IP

• Roteamento de Datagramas IP– Datagramas percorrem uma inter-rede seguindo um

caminho de sua origem inicial, através de roteadores, até seu destino final.

– Cada roteador recebe o datagrama, extrai o endereço de destino do cabeçalho e o usa para determinar o next-hop para qual o datagrama deve ser enviado. O next-hop pode ser o destino final ou outro roteador.

– Para selecionar o next-hop eficientemente, cada roteador IP mantém informações em uma tabela de roteamento.

Roteamento IP

• Tabelas de Roteamento– A tabela de roteamento contém um conjunto de entradas que

especificam um destino e o next-hop a ser usado para alcançar aquele destino.

– Exemplo de tabela de roteamento conceitual para o R2:

Roteamento IP

• Na prática, tabelas de roteamento contém:– A entrada para o destino contém o prefixo da rede destino;

– Existe um campo adicional, chamado máscara de endereço, que especifica quais bits do destino correspondem ao prefixo de rede;

– O next-hop é representado por um endereço IP quando for um roteador.

Roteamento IP

• Exemplo de tabela de roteamento para o roteador central

Roteamento IP

• Máscara e Encaminhamento de Datagramas– A máscara é usada para extrair a parte de rede de um

endereço durante uma pesquisa na tabela de roteamento.– Cálculo de roteamento:

• se((Mascara[i] & D) = = Destino[i]) encaminha para NextHop[i];

– Exemplo para o endereço 192.4.10.3 na tabela de roteamento anterior:

• A primeira entrada falha: 255.0.0.0 & 192.4.10.3 != 30.0.0.0• A segunda e a terceira também falham.• Pela quarta, o next-hop será 128.1.0.9, pois

255.255.255.0 & 192.4.10.3 == 192.4.10.0

Roteamento IP

• Roteamento de Datagramas IP (Cont.)– O endereço de destino em um cabeçalho de datagrama se

refere ao destino final e é usado para o cálculo do next-hop em um roteador.

– Quando um roteador encaminhar o datagrama para outro roteador, o endereço do next-hop não aparece no cabeçalho de datagrama.

– Para mandar o datagrama para o next-hop, usa-se o esquema de tradução de endereços para usar o endereço de hardware equivalente para transmissão.

Roteamento IP

• Entrega de Melhor Esforço– Termo usado pelo IP para descrever o serviço que ele

oferece.

– Para que ele realize o melhor esforço para a entrega de datagramas, ele não trata de problemas que podem ser causados pelas camadas subjacentes, tais como:

• Duplicação de datagramas, Entrega atrasada ou fora de ordem, Adulteração de dados e Perda de datagramas.

– Esses problemas devem ser tratados pelas camadas de protocolo superiores.

Encapsulamento, fragmentação e remontagem

• Transmissão de Datagramas– Datagramas IP devem ser enviados por hosts e roteadores

através de uma rede física.

– Hardware de rede não entende datagramas IP ou endereçamento inter-rede. Cada tecnologia define o seu formato de quadro e endereçamento. O hardware só aceita e entrega pacotes aderentes à sua especificação.

– Inter-redes podem conter tecnologias de rede heterogêneas, os formatos de quadro e endereçamento podem variar de uma rede para outra.

Encapsulamento

• Técnica de encapsulamento: Permite que datagramas IP possam ser transmitidos através de redes heterogêneas.– Inserção de um datagrama inteiro dentro da área de dados

de um quadro. Assim, o hardware de rede trata o quadro como se fosse um quadro qualquer.

– Um quadro pode ser identificado como portador de IP.

– As técnicas de resolução de endereços são necessárias.

Encapsulamento

• Exemplo de transmissão através de uma Inter-Rede

Fragmentação e remontagem

• Fragmentação– Cada tecnologia de hardware especifica a quantidade máxima de

dados que um quadro pode transportar. Esse limite é conhecido como MTU (maximum transmission unit).

– Um host de uma rede só pode encapsular datagramas de tamanhos menor ou igual ao MTU da rede em que ele está conectado.

– Quando um roteador recebe um datagrama que é maior do que o MTU da rede pelo qual deve ser enviado, o roteador divide o datagrama em fragmentos.


• Exemplo de Fragmentação– Exemplo de roteador que conecta rede com MTUs

diferentes:


• Funcionamento:– Cada fragmento transporta alguns dados do datagrama original

e tem um cabeçalho IP similar ao do original.

– As diferenças do cabeçalho original estão em algumas modificações nos campos FLAGS, para indicar de é um fragmento ou não, e FRAGMENT OFFSET, para informar a que lugar do datagrama original corresponde o fragmento.


• Remontagem– Processo de recriar um datagrama que foi fragmentado.

– Como todos os fragmentos de um datagrama possuem uma cópia do cabeçalho original, todos possuem o endereço de destino.

– No protocolo IP, somente o host de destino final realiza a remontagem dos fragmentos.

– No exemplo a seguir, R1 fragmenta e H2 remonta:


• Remontagem (Cont.)– A remontagem no destino final tem duas vantagens:

• Reduz a quantidade de informações de estado em roteadores.

• Permite a mudança de rotas dinamicamente, pois se os fragmentos fossem remontados em um roteador, todos deveriam atingí-lo.

– Como o IP não garante a entrega, fragmentos individuais podem ser perdidos ou chegar fora de ordem.

– Para identificar a que datagrama um fragmento pertence, o remetente coloca um número de identificação único no campo IDENTIFICATION do datagrama de partida.

– Se um fragmento for perdido, todos os demais são descartados.

IPv6

• Motivação básica para criar nova versão:– Falta de números IP do Ipv4

• 1 bilhão de usuários da Internet, ~3 bilhões de usuários de celular

• Estimativa de exaustão de IP em 2010

• Endereços classe B esgotados

• Motivação secundária:– Suportar novas aplicações

• Serviços diferenciados com requisitos de recursos

• Aplicações de streams de áudio e vídeo

• Mobilidade

IPv6

• Características Principais– Tamanho do campo de endereço:

• de 32 para 128 bits

– Formato do cabeçalho:• Quase todos os campos mudaram

• Alguns foram trocados

IPv6

• Cabeçalhos de extensão– Existe um cabeçalho básico, seguido de zero ou mais

cabeçalhos de extensão

IPv6

• Ipv6 introduz suporte para áudio e vídeo– É possível associar pacotes a um caminho específico de

alta qualidade na rede

• Ipv6 é extensível– É possível estender o protocolo para incluir novas

funcionalidades de maneira simples

Cabeçalho do IPv6

Cabeçalho do IPv6

• Prioridade:– 0-7: tráfego que pode sofrer

atraso• 1: news

• 4: ftp

• 6: telnet

– 8-15: tráfego de tempo real

Cabeçalho do IPv6

• Flow Label:– Ainda experimental mas tem

como objetivo permitir que a origem e o destino estabeleçam uma pseudo-conexão com certos requisitos

Cabeçalho do IPv6

• Tamanho de payload:– Quantidade de bytes após o

cabeçalho

Cabeçalho do IPv6

• Próximo cabeçalho:– Indica, se houver, qual

cabeçalho de extensão segue o corrente

Cabeçalho do IPv6

• Hop Limit:– Limite máximo de roteadores

que um pacote pode passar

IPv4 x IPv6

• IPv4 ~ 4 bilhões de endereços (4 x 109)• IPv6 ~ 3.4 x 1038 de endereços

– 5×1028 endereços para cada pessoa de uma população estimada de 6.5 bilhões

• IPv6 não necessita de classes de endereços e nem esquemas de subredes.

• IPv6 exige uma mudança da infra-estrutura da internet– SOs, roteadores, aplicações etc.– Alternativas transitórias consistem de tunelamento e

compatibilidade de endereço.• IPv6 suporta prioridades de serviços

ICMP - Mecanismo de Relatório de Erro

• ICMP - Internet Control Message Protocol– Protocolo incluído em implementações do IP para

relatórios de erros.

– Possui mensagens informativas e mensagens para relatar erros. Os roteadores enviam mensagens de erro ICMP para o remetente original de um datagrama que causou um problema.

– Mensagens de ICMP podem ser usadas para saber de um destino é alcançavel (ping), para encontrar uma rota até o destino final (traceroute) o para determinar o MTU de um caminho até um determinado destino.

TCP e UDP – Protocolos de Transporte

TCP – Transmission Control Protocol

• TCP: Serviço de Transporte Confiável– Protocolo da camada de transporte responsável por

fornecer confiabilidade na comunicação, requisito fundamental para muitas aplicações.

– O TCP fornece um serviço de stream orientado a conexão, full-duplex e completamente confiável (sem duplicação ou erros).

– Permite que duas aplicações formem uma conexão, enviem dados e então, terminem a conexão.

TCP

• TCP: Serviço de Transporte Confiável (Cont.)– O TCP é chamado de protocolo fim-a-fim pois fornece

uma conexão diretamente entre um aplicativo de um computador para um aplicativo em um computador remoto.

– O TCP usa o IP para transportar mensagens. Cada mensagem TCP é encapsulada em um datagrama IP e enviada através da inter-rede. O IP não interpreta as mensagens TCP, quando o datagrama chega em seu destino ele entrega seu conteúdo ao TCP.

TCP

• Exemplo de relação do TCP com IP:

TCP

• TCP: Conexões– Conexões TCP devem ser estabelecidas em portas

específicas.

– O TCP usa valores inteiros de 16 bits para a identificação de portas.

– O conceito de porta existe para que um computador possa responder a várias conexões, que poderiam ser, por exemplo, vários serviços ativos simultaneamente.

TCP

• TCP: Obtendo Confiabilidade– Para fornecer confiabilidade na comunicação para as

aplicações, o TCP deve tratar de problemas como:• mensagens perdidas, duplicadas, atrasadas ou entregues fora de

ordem, além de quedas de conexão.

– Perdas são tratadas através de retransmissão de mensagens. • O processo envolve as duas partes e consiste do envio de

mensagens de reconhecimento (ACK) para as enviadas. Se um reconhecimento não chegar em um tempo determinado, a mensagem é retransmitida.

TCP

• Exemplo de Retransmissão:

TCP

• Retransmissão adaptativa– Meios de comunicação podem ser mais lentos ou uma rede

pode ficar congestionada, fazendo variar o atraso das mensagens.

– Um valor fixo de tempo para uma retransmissão não é adequado, assim o TCP usa uma técnica de retransmissão adaptativa.

– Na retransmissão adaptativa, o TCP estima o tempo de ida-e-volta de uma mensagem medindo o tempo para receber uma resposta, ajustando constantemente o temporizador de retransmissão.

TCP

• Exemplo de Retransmissão Adaptativa

TCP

• Controle de Fluxo– Para controle de fluxo, o TCP usa um mecanismo de janela

onde um buffer é usado para armazenagem de dados. – À medida que chegam dados, o receptor envia ACKs que

especificam também o tamanho do buffer restante (janela). – Se uma janela chegar a zero, o remetente deve aguardar até

um aviso de janela positiva.

TCP

• Exemplo de controle de fluxo com janela

UDP – User Datagram Protocol

• UDP: Protocolo de Datagrama– Não confiável: Pode ocorrer perda de mensagens,

duplicação e desordenação.

– Uso: Aplicações que não têm tanta necessidade de confiabilidade e que necessitam de menos overhead no protocolo para confiabilidade. Ex. DNS.

– Usa diretamente o IP.

Parte III - A INTERNET

A Internet

• O que é?– É uma rede global de redes (uma inter-rede) que

possibilita a computadores de todos os tipos, de forma direta e transparente, se comunicar e compartilhar serviços pelo mundo.

– A Internet é extremamente valiosa porque conecta muitas pessoas e organizações pelo mundo, constituindo um recurso compartilhado global de informações , conhecimento, e meios de colaboração e cooperação entre incontáveis comunidades diversas.

A Internet

• História da Internet– No final dos anos 60 e início dos anos 70, a ARPA (U.S.

Defense Advanced Research Projects Agency) iniciou um programa de pesquisa para investigar técnicas e tecnologias para interligar redes de pacotes de vários tipos. Objetivo: Desenvolver protocolos de comunicação que permitissem a comunicação de forma transparente de computadores através de múltiplas redes.

– O resultado dessa pesquisa foi o conjunto de protocolos chamado TCP/IP, e a inter-rede criada foi chamada de ARPANET.

A Internet

• História da Internet (Cont.)

A Internet• História da Internet (Cont.)

– Ao longo dos anos 70 e meados dos anos 80 muitas universidades se conectaram a essa rede, o que moveu a motivação militarista do uso da rede para uma motivação mais cultural e acadêmica.

A Internet

• História da Internet (Cont.)– Nos meados dos anos 80 a NSF - National Science

Foundation dos EUA (algo como o CNPq do Brasil) constitui a uma rede de fibra ótica de alta velocidade conectando centros de supercomputação localizados em pontos chave no EUA.

– Essa rede da NSF, chamada de "backbone da NSF", teve um papel fundamental no desenvolvimento da Internet nos últimos 10 anos por reduzir substancialmente o custo da comunicação de dados para as redes de computadores existentes, que foram amplamente estimuladas a se conectar ao "backbone" da NSF.

A Internet

• História da Internet (Cont.)– A popularidade da Internet explodiu com a criação da

Web (World Wide Web), em 1989. – Ao longo dos anos 90 a Internet se tornou muito mais

comercial, conectando milhares de pessoas pelo mundo, desde instituições acadêmicas e comerciais até residências das pessoas.

A Internet

• Internet: Interconectando o mundo

A Internet• Internet: Interconectando o mundo

A Internet

• Crescimento da Internet

Estrutura da Internet

• Visão Geral


• PCs dos Usuários


• Equipamentos de Comunicação


• Conexões de Longa Distância com ISPs


• Serviços Disponibilizados


• Backbones - Conectam ISPs

Exemplo: Backbone da RNP

Exemplo: Backbone da Embratel

Exemplo: Links do Backbone da Embratel


• Conteúdo On-line

Aplicações

DNS – Domain Name Service

DNS

• Aplicação que possibilita a atribuição de nomes aos computadores para facilitar o acesso a eles.

• Motivação: No início da ARPANET, só existia um arquivo texto, host.txt para listar todos os hosts e seus endereços IP’s. – As pessoas consultavam o arquivo txt para poderem acessar

as máquinas desejadas.

– Tornou-se inviável com o crescimento e a transformação da ARPANET na rede Internet

• Surgiu a necessidade de criar um mecanismo mais eficiente e inteligente. Tinha que ser distribuído para não ser dependente de uma única central de fornecimento de endereços IPs.

DNS

• O DNS é um esquema de atribuição de nomes hierárquico, baseado em domínios.

• Exemplo de funcionamento:– Uma aplicação insere um nome, automaticamente um

procedimento é acionado para buscar o endereço IP correspondente daquele nome.

– Uma API chamada de resolvedor, então envia um pacote UDP para um servidor DNS mais próximo para consultar qual é o IP desejado.

– Com posse o IP, uma aplicação pode comunicar-se diretamente com a outra máquina se assim desejar.

DNS

• Exemplos de Domínios

DNS

• Exemplo de Hierarquia de DNS:

WWW – World Wide Web

A WEB• Começou em 1989 no CERN, centro de pesquisas

nucleares europeu. – Surgiu devido a necessidade aparente de criar um

mecanismo fácil para criação de relatórios, documentos e gráficos entre os diversos cientistas espalhados no mundo todo.

– Tim Berners-Lee (físico do CERN), em março de 1989 propôs então uma teia de documentos vinculados na rede.

• Mosaico é lançado em 1994. • Um ano depois, Marc Andreessem funda a Netscape.

– O objetivo era desenvolver um browser, servidores e outros software em ambiente Web.

– Chegou a render U$ 1,5 bilhões em ações.

A WEB

• Em 1994, o CERN e o M.I.T criam um acordo para criar um consórcio para organizar padronizações em torno da Web, a World Wide Web Corsortium. (http://www.w3.org)– A finalidade era especificar protocolos para permitir uma

interoperabilidade entre os browsers de diferentes fabricantes.

– Berners-Lee se tornou o diretor deste consórcio.

A WEB

• Características:– A web é um enorme conjunto de documentos, chamadas de

páginas, espalhadas pelo mundo inteiro.– Possuem links (ou hiperlinks) que permitem acessar outras

páginas de forma quase infinita.– As próximas páginas chamadas podem estar na mesma

máquina ou em qualquer máquina do globo terrestre.– Segue uma arquitetura Cliente / Servidor.– Tem recursos de formulário que permitem fazer consultas

em banco de dados.

A WEB

• Tecnologias relacionadas:– HTML– Javascript– ASP– Java– CGI - (C,C++, Delphi, Visual Basic, outros)– PHP3– Outros

A WEB

• Browsers– Fornecem diversas facilidades para visualizar documentos

da Web, tais como:• Retornar à página anterior;• Seguir para a página adiante;• Cria marcadores ou favoritos;• Salvar a página localmente ou mesmo imprimir.

– Documentos podem conter outras mídias, tais como som e vídeos, que dependendo do browser podem não ser apresentadas. Os browsers que não tem essa capacidade, geralmente chamam um aplicativo instalado que possa apresentar esses tipos de mídia.

A WEB

• O Modelo Web

A WEB

• O Modelo Web (Cont.)– O browser determina o URL;– O Browser pergunta ao DNS qual é o IP do endereço;– O browser estabelece a conexão TCP na porta 80;– O browser envia um comando;

GET/caminho1/caminho2/../pagina.html;– O Servidor de página envia a pagina solicitada;– A Conexão TCP é liberada;– O browser apresenta o texto;– O browser vai buscar as imagens contidas na página.

A WEB

• O Protocolo HTTP (HyperText Transfer Protocol)– Define as solicitações e respostas válidas entre o servidor

de páginas e o cliente.– URL (Uniform Resource Locator) - Define o protocolo, o

nome do servidor e o arquivo a ser solicitado.• Ex: http://www.cesf.br/nepcomp

– Protocolo simples com comandos baseados em texto. Qualquer terminal telnet pode conversar com um servidor de páginas html.

A WEB

• O Protocolo HTTP (Cont.)– Métodos de solicitação Embutidos no HTTP:

• GET - Solicita a leitura de uma página Web;• HEAD - Solicita a leitura de um cabeçalho de página Web;• PUT - Solicita o armazenamento de página Web;• POST - Acrescenta a um recurso;• DELETE - Remove uma página da Web;• LINK - Conecta dois recursos existentes;• UNLINK - Desfaz uma conexão entre dois recursos.

Correio Eletrônico

Correio Eletrônico

• Serviço básico de transporte de mensagens (Mail)• O correio eletrônico (e-mail) foi criado como uma

extensão direta do tradicional memorando de escritório.

• Caixas Postais e Endereços Eletrônicos– Cada caixa de correio eletrônico tem um endereço único,

que é dividido em duas partes: a primeira identifica a caixa de correio de um usuário, e a segunda identifica um computador em que a caixa de correio reside.

– Exemplo: [email protected]

Correio Eletrônico• Formato de Mensagens de Correio Eletrônico

– Uma mensagem de email tem um formato simples. A mensagem consiste em texto ASCII que possui duas partes:

• Cabeçalho - informações sobre a mensagem, tais como: Remetente, receptores, data de envio e formato do conteúdo.

• Corpo - Texto da mensagem.

– Exemplos de palavras-chaves encontradas em emails:

Correio Eletrônico

• Extensões de Correio de Internet de Múltiplo Propósito - MIME– Padrão criado para permitir que um remetente codifique

dados que não são textos puros para a transmissão.– Não especifica um único padrão de codificação, e sim

fornece um mecanismo que o remetente pode usar para informar a um receptor sobre a codificação.

– Permite o envio de arquivos binários, textos acentuados, etc.

Correio Eletrônico

• Transferência de Mensagens– Uma transferência de email acontece do computador

remetente para o do receptor. Um programa cliente contata o servidor de email do receptor.

Correio Eletrônico

• SMTP - Simple Mail Transfer Protocol– O SMTP é um protocolo usado para a transferência de uma

mensagem através do TCP.– O SMTP permite a identificação do remetente, a

especificação de um receptor e a transferência de um email.– O Protocolo SMTP exige confiabilidade na entrega de

mensagens.– Comandos básicos do protocolo SMTP:

• HELO• MAIL FROM• RCPT TO• DATA• QUIT

Correio Eletrônico

• POP - Post Office Protocol– Nem todo computador executa um servidor de email ou

está ligado permanentemente à internet, como no caso de conexões dial-up. Nesses casos, é conveniente que a caixa de correio de um usuário seja mantida em outra máquina.

– O POP é um protocolo que pode ser usado para acessar caixas de correio remotas.

Transferência de Arquivos


• Fornece a habilidade de enviar uma cópia de um arquivo inteiro de um computador para outro.

• FTP - File Transfer Protocol– Protocolo de transferência de arquivos que usa o TCP/IP.– Oferece uma interface interativa orientada a comandos que

permite ao usuário listar o conteúdo de diretórios, configurar o modo de transferência (binário ou texto), enviar e receber arquivos.

– O FTP usa o paradigma cliente-servidor. Um cliente faz requisições e recebe respostas de um servidor de FTP.


• Exemplos de Comandos FTP:


• Conexões de FTP– Quando um cliente interage com um servidor de FTP, duas

conexões são mantidas: uma de controle, para enviar comandos e receber respostas, e uma de transferência, para os dados dos arquivos transportados.

Telnet: Terminal Remoto

Telnet

• Permite acesso a funcionalidades de uma máquina remota como se fosse local.

• Provê interface de comandos.

• Geralmente usado para administração remota e configuração.

• Vem sendo substituído pelo ssh, que possui requisitos de segurança através de sessões criptografadas.

Aplicações Multimídia

Aplicações Multimídia

Uma realidade atual: Necessidade de sistemas multimídia onde grandes quantidades de dados precisam ser comunicadas com restrições de tempo.

Exemplos: IPTV (Stream de Vídeo), VoIP e Internet Radio (Stream de Áudio).

Wide area gateway Videoserver

DigitalTV/radioserver

Video cameraand mike

Local network Local network

QoS

• Aplicações multimídia requerem qualidade de serviços (QoS – Quality of Service)– Manter delay e jitter baixos.

– Largura de banda alta ajuda, mas gargalos ainda podem existir na rede.

QoS: Diz respeito aos valores (métricas de rede) aceitáveis para determinada aplicação.

Internet é baseada em protocolos de menor esforço– Não conhecem requisitos da aplicação.

• Solução: Protocolos de reserva de recursos (RSVP)– Escalabilidade e previsibilidade na comunicação.

QoS

• Estratégias– Escalabilidade de serviços.– Controle de congestionamento.– Classificação e priorização de tráfego.– Reserva de largura de banda.

• RSVPs– Permite a solicitação de QoS da infra-estrutura de rede

pelas aplicações.– Atua sobre hosts e roteadores no caminho fim-a-fim.– Assume diferentes classes de serviços.

QoS

• Exemplo de reserva de recurso:

QoS

Problema:

A maioria dos SOs e redes atuais não suportam o gerenciamento de QoS para suporte a aplicações multimídia.

RSVPs raramente usados.

Consequência: Necessidade de projetar serviços com cuidado para

sistemas atuais enquanto tais recursos de infra-estrutura vão sendo disponibilizados.

Projetos cuidadoso de protocolos. Compressão de áudio e vídeo.

O Exemplo do H.323

• H.323 – Padrão para comunicação de áudio, vídeo e dados em redes IP.– Padrão ITU.

– Prevê funcionamento em redes sem QoS.

– Inclui padrões de codecs de áudio como G.711, G.728 etc, e vídeo como H.261 e H263.

– Streams de mídia são transportada sobre RTP (Mídia) e RTCP (status e controle).

O Exemplo do H.323

O Exemplo do H.323

• RTP – Real-Time Transport Protocol (Mídia) – Define um formato padronizado de pacote para a entrega

de áudio e vídeo pela Internet.– Foi desenvolvido pela “Audio-Video Transport Working

Group” da IETF.– Pode usar TCP ou UDP no transporte. Geralmente, quando

usadas em aplicações que não são muito sensíveis a perda de pacotes, mas sim a delays, usa o UDP.

– Muito usado em aplicações de videoconferência. É a base dos sistemas de VoIP.

– Nâo garante QoS, mas provê:• Identificação de payload, sequenciamento de pacotes, marcação de

tempo (para jitter e sincronização) e monitoramento de entrega de pacotes.

O Exemplo do H.323

• RTCP – Real-Time Transport Control Protocol (status e controle).– Provê informações de controle para fluxos RTP.– É usado para a transmissão periódica de pacotes de

controle para os participantes de uma sessão de streams de mídia. Provê um feedback sobre a qualidade de serviço sendo provida via RTP.

– Obtém estatísticas sobre a conexão e informações sobre: bytes enviados, pacotes enviados, pacotes perdidos, jitter, etc.

– Uma aplicação pode usar essa informação para aumentar a qualidade de serviço com atividades como: limitação de fluxo, alteração de parâmetros de codecs, etc.

O Exemplo do MPLS

• MPLS – Multiprotocol label switching– Normalmente utilizado em backbones de empresas de

telecomunicações.– É uma tecnologia de encaminhamento de pacotes baseada

em rótulos (labels) que deixa a rede IP muito mais segura, confiável, fácil de administrar e de personalizar.

– Funciona, basicamente, com a adição de um rótulo nos pacotes IP na entrada do backbone (chamados de roteadores de borda) e, a partir daí, todo o encaminhamento pelo backbone passa a ser feito com base neste rótulo e não mais no endereço IP, simplificando o processo de roteamento.

– Permite realizar QoS, que cria as condições necessárias para o melhor uso dos recursos da rede, permitindo também o tráfego de voz e vídeo.

VoIP e IPTV

VoIP

• VoIP - Voice over IP– Transporte de voz numa infra-estrutura IP.– Vem ganhando muita popularidade.

• Se deve à qualidade de links para acesso à Internet.• Reduz custos de empresas.• Vários SWs: Skype, MSN, Google Talk etc.• Vários HWs: IP-Phones.

– Ainda não está em níveis aceitáveis de qualidade.• Confiabilidade, escalabilidade e disponibilidade.• Impede mercado de massas.

– Vantagens: Flexibilidade e expansão de serviços (ex. mensagens, redirecionamento, secretárias inteligentes, integração com email etc.).

– Desvantagem: Usabilidade.

IPTV

• IPTV – Internet Protocol TV– Diz respeito ao uso de aplicações de vídeo usando a

tecnologia de redes IP.– Geralmente, é provida por prestadores de serviços por

redes dedicadas.– Redes dedicada permitem um maior controle sobre a

entrega de pacotes e garante QoS.– Vantagens: redução de custos com tecnologias já

conhecidas e possibilidade de prover vários serviços..– Funcionamento básico: Encapsulamento de streams de

transport MPEG em pacotes IP multicast.– Exemplo: Kingston Interactive Television, na Inglaterra.

Usa como infra-estrutura redes ADSL e integra VoD.

IPTV - Evolução

Heavy Reading White paper,2006

IPTV - Desafios

• Principais Desafios:– Alta disponibilidade: Usuários acostumados ao padrão de

qualidade de TVs a cabo e via satélite.

– Planejamento de Capacidade: Tanto a rede quanto o serviço devem ser dimensionados corretamente para a demanda de clientes.

– Controle de congestionamento: Necessário em redes multi-serviço para evitar impactos na exibição de mídia. Redes Ip tradicionais usam abordagem de melhor esforço.

– Medida de qualidade fim-a-fim: Necessidade de monitoramento constante de fatores que podem afetar o serviço.

IPTV – Arquitetura básica

Heavy Reading White paper,2006

Internet TV

• O aumento da velocidade de acesso, avanços tecnológicos e o aumento do número de usuários on-line proporcionou o surgimento de conteúdos televisivos na Internet.

• Basicamente, tecnologia de streaming é usado para a transmissão.– Envio contínuo de pacotes contendo conteúdo de áudio e

vídeo.

• Normalmente, a qualidade de mídia é baixa.

Internet TV

• Exemplos:– RealPlayer, Windows Media Player, Nullsoft vídeo.– BBC iPlayer

P2P TV

• P2P – Peer-to-peer TV

• Tecnologias P2P se sobrepõem às tecnologias tradicionais cliente-servidor para escalabilidade de usuário e largura de banda.

• P2P tem sido usado para distribuição de grandes arquivos. Ex: Torrent, eMule, KaZaa etc.

• É promessa para envio de streams em tempo real.

P2P TV

• Exemplos: – PPLive: Conectou 200 mil usuário com taxas de 350 kbps.– SopCast: Concetou 100 mil usuários com taxas de 350 kps.– Outros: Joost, Tvuplayer etc.

P2P TV

• Funcionamento– Enquanto um nó recebe uma stream de vídeo, ele pode

enviar para outros. Uma maior quantidade de nós permite o acréscimo de largura de banda.

• Organização: Tree ou Meshsimples, mas instável

mais confiável, mas precisa lidar com redundância

P2P TV

• Desvantagens– Inexistência de controle sobre a infra-estrutura de rede.– Over-head de manutenção de infra-estrutura.– Impossibilidade de QoS.

• P2P TV ainda tem desempenho muito inferior quando comparado a IPTVs cliente-servidor.– Depende de maior largura-de-banda de usuários.– Infra-estrutura não confiável.

Rede do Futuro?

• Redes convergentes– Redes de comunicação atuais não atendem a todos as

necessidades de serviços.– Qual a rede do futuro que suportará Quadruple-play?

• Estratégias:– Evolução das redes tradicionais de telecom para dados.– Evolução das redes de dados para mídias.– Criação de novos padrões de rede focados em serviços

convergentes.• Seria Wi-Max esse padrão?

o tcp/ip e internet carlos maurício s. figueiredo

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