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Redes de Computadores
Prof. César Melo
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Parte I: Introdução
Objetivos: ● Introduzir conceitos
básicos em redes ● Abordagem:
– descritiva– Internet como
exemplo
Conteúdo do capítulo:● O que é a Internet?● O que é um protocolo?● Estrutura da rede
– periferia da rede– núcleo da rede
● backbones, NAPs, ISPs● hierarquia de protocolos,
modelos de serviços
Ler capítulo 1 do livro texto
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O que é a Internet?
● “é a rede MUNDIAL de computadores.”– Definição feita de um alto nível de
abstração– Acesso o Facebook; – Twitto; – Instagram; – email
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Internet, tecnicamente falando
● Definida– Em termo dos componentes(H/S) que formam a rede;
● Sistemas finais;● Enlaces de comunicação;● Protocolos de comunicação
– Em termo dos serviços prestados.● Aplicações distribuídas● Para comunicação
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● Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas fnais– Estações de trabalho,
servidores– PDA’s, fones, torradeiras
executando aplicativos ● Enlaces de comunicação
– fíbras óticas, cobre, rádio, satélite
● roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede
ISP local
redecoorporativa
ISP regional
roteador estaçãoservidor
móvel
Componentes
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● protocolos: controla o envio e recebimento de msgs– e.g., TCP, IP, HTTP, FTP
● Padrões Internet – RFC: Request for
comments– IETF: Internet Engineering
Task Force
ISP local
redecoorporativa
ISP regional
roteador estaçãoservidor
móvel
Componentes...
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● Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas:– WWW, e-mail, jogos,
comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos (MP3)
● Serviços de comunicação:– sem conexão– orientado à conexão
Serviços
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Parte I: Introdução
Objetivos: ● Introduzir conceitos
básicos em redes ● Abordagem:
– descritiva– Internet como
exemplo
Conteúdo do capítulo:● O que é a Internet?● O que é um protocolo?● Estrutura da rede
– periferia da rede– núcleo da rede
● backbones, NAPs, ISPs● hierarquia de protocolos,
modelos de serviços
Ler capítulo 1 do livro texto
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Protocolos humanos:● “Que horas são?”● “Eu tenho uma
pergunta, posso?”
… Msgs específcas enviadas
… Ações específcas tomadas frente ao recebimento das msgs
Protocolos de Redes:● Máquinas ao invés de
humanos● Toda comunicação em
redes é regida por protocolos
Protocolos definem o formato, a ordem de envio e recebimento de msgs entre entidades, bem como ações a serem tomadas para a transmissão e/ou recepção de uma mensagem ou outro evento.
O que é um protocolo?
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Exemplos de protocolos humanos e de computadores
Oi
OiQue horas
são?2:00
Resposta de conexão TCP
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
<arquivo>tempo
Solicitação de conexão TCP
Protocolos
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Parte I: Introdução
Objetivos: ● Introduzir conceitos
básicos em redes ● Abordagem:
– descritiva– Internet como
exemplo
Conteúdo do capítulo:● O que é a Internet?● O que é um protocolo?● Estrutura da rede
– periferia da rede– núcleo da rede
● backbones, NAPs, ISPs● hierarquia de protocolos,
modelos de serviços
Ler capítulo 1 do livro texto
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● Periferia da rede:– aplicações e hosts
● Núcleo da rede: – roteadores– redes de redes
● redes de acesso, meio físico: – enlaces de
comunicação
Estrutura da Rede
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● Sistemas fnais (hosts):– executam aplicativos– WWW, email, Mídia social– “na periferia da rede”
● modelo cliente/servidor – host cliente envia
requisição, servidor executa serviço
– e.g., cliente WWW(browser)/ servidor; email cliente/servidor
● modelo ponto-a-ponto (P2P) :– Interação simétrica entre
hosts;– Mínimo (ou nenhum) uso
de servidores dedicados;
Periferia da Rede
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Objetivo: transferência de dados entre sistemas fnais
● handshaking: estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados– TCP - Transmission
Control Protocol – Serviço orientado à
conexão da Internet
Serviços TCP [RFC 793]● Confiável, em seqüência,
(byte-stream) – Perdas: confrmações e
retransmissões ● Controle de fluxo:
– transmissor não sobrecarrega o receptor;
● Controle de congestionamento: – transmissor dimui taxa de
transmissão quando a rede está congestionada
Serviço orientado à conexão
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Objetivo: transferência de dados entre sistemas fnais
● UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet – transferência não-
confável– sem controle de
fluxo– sem controle de
congestionamento
Aplicações típicas que usam TCP:
● HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP (e-mail)
Aplicações típicas que usam UDP
● áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet
Serviço não orientado a conexão
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● Malha de roteadores interconectados
● Questão fundamental: Como os dados são transferidos na rede?– comutação de circuitos:
circuitos dedicados – antiga rede telefônica
– comutação de pacotes: dados enviados pela rede em “blocos”
O Núcleo da Rede
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Recursos reservados fm-a-fm para uma chamada ( “call”)
● banda passante do enlace, capacidade do comutador
● recursos dedicados: não há compartilhamento
● desempenho garantido● Estabelecimento de
circuito obrigatório
Comutação de Circuitos
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Banda passante dividida em “fatias”
● “fatias” de recursos alocados às chamadas
● desperdício: caso recurso não esteja sendo utilizado
● Divisão da banda passante– Divisão por
freqüência– Divisão por tempo
❒ Divisão da banda passante❍ Atribui diferentes
freqüências❍ Atribui banda em
diferentes intervalos de tempo
Comutação de Circuitos
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Fluxo de dados fm-a-fm dividido em pacotes
● pacotes compartilham recursos da rede
● cada pacote usa totalmente a banda passante do enlace
● recursos usados qdo necessário
Contenção de(briga por) recursos:
❒ a demanda por recursos pode ultrapassar o volume de recurso disponível
❒ congestionamento: enfleiramento para uso do enlace
❒ Armazena-e-retransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vez
❍ transmitem e esperam a vez
Divisão da banda em fatiasAlocação
Reserva de recursos
Comutação de Pacotes
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Comutação de Pacotes: multiplexação estatística
A
B
C10 MbsEthernet
1.5 Mbs
45 Mbs
D E
Multiplexação estatística
Fila de pacotesesperando no enlace
de saída
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes
● existem outras analogias humanas?
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Parte I: Introdução
Objetivos: ● Introduzir conceitos
básicos em redes ● Abordagem:
– descritiva– Internet como
exemplo
Conteúdo do capítulo:● O que é a Internet?● O que é um protocolo?● Estrutura da rede
– periferia da rede– núcleo da rede
● backbones, NAPs, ISPs● hierarquia de protocolos,
modelos de serviços
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Estrutura Internet: rede de redes
❒ Ligeiramente hierarquizado❒ No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint,
AT&T), cobertura nacional/internacional❍ Tratamento igualitário entre os ISPs
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-1
Provedores nível-1 se interconectam privativamente
NAP
provedores nível-1 também se interconectam em pontos públicos de acesso (NAP -network access points)
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ISP-nível-1: Superb Net
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ISP-nível-1: Globenet
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Estrutura Internet: rede de redes
❒ ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais)❍ Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários
ISPs-nível-2
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-1
NAP
ISP-nível-2ISP-nível-2
ISP-nível-2 ISP-nível-2
ISP-nível-2
ISPs nível2 pagam para ISPs nível1 para se conectarem a Internet ISP nível2 é um consumidor de ISPs nível 1
provedores nível-2 também se interconectam nos NAPs
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ISP-nível-2: Backbone Oi
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ISP-nível-2: Backbone RNP
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Estrutura Internet: rede de redes
❒ ISPs-nível-3 e ISPs locais ❍ última rede de acesso (próximo aos sistemas fnais)
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-1
NAP
ISP nível2ISP nível2
ISP nível2 ISP nível2
ISP nível2
ISP local
ISP local
ISP local
ISP local
ISP local ISP
nível3
ISP local
ISP local
ISP local
ISPs nível 3 e locais são consumidores de ISPs de mais alto nível que os conecta a Internet
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Estrutura Internet: rede de redes
❒ Um pacote passa por várias redes;
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-1
NAP
ISP nível2ISP nível2
ISP nível2 ISP nível2
ISP nível2
ISPlocal
ISPlocal
ISPlocal
ISPlocal
ISPlocal ISP
nível3
ISPlocal
ISPlocal
ISPlocal
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Parte I: Introdução
Objetivos: ● Introduzir conceitos
básicos em redes ● Abordagem:
– descritiva– Internet como
exemplo
Conteúdo do capítulo:● O que é a Internet?● O que é um protocolo?● Estrutura da rede
– periferia da rede– núcleo da rede
● backbones, NAPs, ISPs● hierarquia de protocolos,
modelos de serviços
Ler capítulo 1 do livro texto
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“Camadas” de Protocolos
As redes são complexas! ● muitos “pedaços”:
– hosts– roteadores– enlaces de diversos
meios– aplicações– protocolos– hardware, software
Pergunta: Há alguma esperança em
organizar a estrutura da rede?
Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?
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Exemplo: Uma viagem aérea
● uma série de etapas
bilhete (compra)
bagagem (check in)
portão (embarque)
decolagem
rota do vôo
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrissagem
rota do vôo
Roteamento do avião
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Camadas: cada camada implementa um serviço– através de elementos da própria camada– depende dos serviços providos pela camada inferior
bilhete (compra)
bagagem (verifcação)
portão (embarque)
decolagem
rota do vôo
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrissagem
rota do vôo
roteamento do avião
Viagem Aérea: uma visão diferente
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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
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Implementação distribuída da funcionalidade das camadas
bilhete (compra)
bagagem (check in)
portão (embarque)
decolagem
rota de vôo
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrissagem
rota de vôo
rota de vôo
aero
port
o de
saí
da
aero
port
o de
che
gada
Aeroportos intermediáriosrota de vôo rota de vôo
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Lidar com sistemas complexos:● estrutura explícita permite a identifcação e
relacionamento entre as partes do sistema complexo– modelo de referência em camadas para discussão
● modularização facilita a manutenção e atualização do sistema– mudança na implementação do serviço da camada
é transparente para o resto do sistema– ex., mudança no procedimento no portão não afeta
o resto do sistema● Considerações não positivas com relação a
abordagem?
Por que camadas?
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● 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
● física: bits “no fo”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
Pilha de protocolos Internet
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aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
redeenlacefísica
Cada camada:● distribuída● “entidades”
implementam as funções em cada nó
● entidades executam ações, trocam mensagens com os pares
Camadas: comunicação lógica
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aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica aplicação
transporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
redesenlacefísica
dados
dadosEx.: camada de
transporte● recebe dados da
aplicação● adiciona
endereço e verifcação de erro para formar o “datagrama”
● envia o datagrama para a parceira
● espera que a parceira acuse o recebimento (ack)
● analogia: correio
dados
transporte
transporte
ack
Camadas: comunicação lógica
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aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica aplicação
transporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
redesenlacefísicol
dados
dados
Camadas: Comunicação Física
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Cada camada recebe dados da camada superior● adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova
unidade de dados● passa a nova unidade de dados para a camada inferior
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
origem destinoMMMM
Ht
HtHr
HtHrHe
MMMM
Ht
HtHr
HtHrHe
mensagem
segmento
datagrama
quadro
Camadas de protocolos e dados
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Nos Hosts: Aonde estão as camadas dos protocolos
Aplicação AplicaçãoProcesso
Rede
TransporteTransporte
Rede
Kernel
Enlace/Acesso Enlace/AcessoDrivers
Física Física
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Para pensar um pouco
● Projete e descreva um protocolo da camada de aplicação a ser usado na comunicação entre um aparelho de GPS, embarcado em um ônibus, e um servidor de mapas. O GPS ao obter as informações de posicionamento, de velocidade e de direção as envia para o servidor.– Mostre um diagrama que descreva a dinâmica das
transmissões;– Faça as suposições que você achar pertinente.
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Para a próxima aula
● Leitura indicada Seções 2.1 e 2.2;● Familiarizar com o wireshark;