Post on 11-Jan-2016
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1: Introdução 1
Parte I: IntroduçãoMeta do Capítulo: dar o contexto,
visão geral e intuitiva de redes
profundidade e detalhes vêm mais adiante
abordagem: descritiva uso da Internet
como exemplo
Visão geral: o que que é a Internet o que que é um protocolo a borda da rede o núcleo da rede rede de acesso, meio físico camadas de protocolo,
modelos de serviço backbones, PTTs, provedores
1: Introdução 2
O que que é a Internet: os componentes
milhões de computadores interligados: hospedeiros, sistemas terminais PCs, estações, servidores PDAs, telefones, torradeiras
executando aplicações de rede
enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite
roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados pela rede
Provedorlocal
Rede corporativa
Provedor regional
roteador estação
servidor móvel
1: Introdução 3
O que que é a Internet: os componentes protocolos: controlam
envio, recepção de mensagens p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP,
PPP
Internet: “rede de redes” aproximadamente
hierárquica Internet pública contra
intranet privada
Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering
Task Force
Provedorlocal
Rede corporativa
Provedor regional
roteador estação
servidor móvel
1: Introdução 4
O que que é a Internet: os serviços
Infra-estrutura de comunicação: possibilita aplicações distribuídas: WWW, correio, jogos,
comércio eletrônico, bases de dados, eleições,
outras?
serviços de comunicação oferecidos: sem conexão orientado a conexão
ciberespaço [Gibson]:“uma alucinação consensual sofrida
diariamente por bilhões de operadores, em todos os países, ..”
1: Introdução 5
O que que é um protocolo?protocolos humanos: “que horas são?” “queria perguntar” apresentações
… mensagens específicas enviadas
… ações específicas tomadas ao receber mensagens, ou em outros eventos
protocolos de rede: máquinas em vez de
gente toda comunicação na
Internet governada por protocolos
protocolos definem formato, ordem de
mensagens enviadas e recebidas entre
entidades de rede, e ações tomadas ao
enviar ou receber uma mensagem
1: Introdução 6
O que que é um protocolo?Um protocolo humano e um protocolo de rede :
P: Outro protocolo humano?
Oi!
Oi!
Que horas são?
2:00
TCP pedido de conexão.
TCP resposta.
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
<arquivo>Tempo
1: Introdução 7
Detalhes sobre a estrutura da rede
Borda da rede: aplicações e hospedeiros
núcleo da rede: roteadores rede de redes
redes de acesso, meios físicos: enlaces de comunicação
1: Introdução 8
A borda da rede: sistemas terminais:
executam aplicações p.ex. WWW, correio na “borda da rede”
modelo cliente/servidor cliente solicita, recebe serviço do
servidor p.ex., cliente WWW (browser)/
servidor; cliente/servidor de correio
modelo entre pares (p2p): interação simétrica p.ex.: teleconferências
1: Introdução 9
Borda da rede: serviço orientado a conexão
Meta: transferência de dados entre sistemas
“handshaking”: preparação para iniciar transferência protocolo humano: “Oi!”,
“Oi!” criar “estado” em 2
sistemas em comunicação
TCP - Transmission Control Protocol serviço orientado a
conexão da Internet
serviço TCP [RFC 793] transf. dados: fluxo de
bytes ordenado, confiável perdas: reconhecimentos e
retransmissões
controle de fluxo: remetente não vai “afogar”
o receptor
controle de congestionamento: remetentes “reduzem a
taxa de envio” quando rede congestionada
1: Introdução 10
Borda da rede: serviço sem conexão
Meta: transferência de dados entre sistemas mesma que antes!
UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet transf. de dados não
confiável sem controle de fluxo sem controle de
congestionamento
Aplics. usando TCP: HTTP (WWW), FTP
(transf. de arquivo), Telnet (acesso remoto), SMTP (correio)
Aplics. usando UDP: mídia com
“streaming”, teleconferências, telefonia pela Internet
1: Introdução 11
Núcleo 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
1: Introdução 12
Núcleo da Rede: comutação de circuitos
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”)
1: Introdução 13
Núcleo da Rede: comutação de circuitosRecursos de rede (p.ex.,
banda) retalhado em “pedaços”
pedaços alocados a chamadas
recurso ocioso se não usado pela chamada (não há compartilhamento)
divisão de banda em “pedaços” divisão por frequência divisão por tempo
1: Introdução 14
Núcleo da Rede: comutação de pacotesCada fluxo de dados fim a
fim dividido em pacotes pacotes de usuários A, B
compartilham recursos cada pacote usa banda
inteira do enlace recursos usados a
demanda
Contenção por recursos: demanda agregada
pode exceder os recursos disponíveis
congestionamento: fila de pacotes, espera para uso do enlace
armazena, reencaminha: pacotes movem um enlace a cada vez transmite pelo
enlace aguarda vez p/ o
próx.
Retalhamento de bandaAlocação dedicada
Reserva de recursos
1: Introdução 15
Núcleo da rede: comutação de pacotes
Comutação de pacotes X comutação de circuitos:analogia humana de restaurante outras analogias humanas?
A
B
CEthernet 10 Mbps
2 Mbps
34 Mbps
D E
multiplexação estatística
fila de pacotes aguardando enlace
de saída
1: Introdução 16
Núcleo da rede: comutação de pacotes
Comutação de pacotes: comportamento armazena e re-encaminha
1: Introdução 17
Comutação de pacotes X comutação de circuitos
enlace de 1 Mbit cada usuário:
100Kbps quando “ativo” ativo 10% do tempo
comutação de circuitos: 10 users
comutação de pacotes: com 35 usuários,
probabilidade > 10 ativos menor que 0,004
Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários!
N usuários
enlace de 1 Mbps
1: Introdução 18
Comutação de pacotes X comutação de circuitos
Fantástico para dados em rajadas compartilha recursos não requer inicialização (setup)
Congestionamento excessivo: retardo e perdas protocolos necessários para transferência
confiável de dados, controle de congestionamento
P: Como prover comportamento de circuitos? Garantias de banda necessárias para
aplicações de áudio/vídeoé um problema ainda sem solução (capítulo 6)
Comutação de pacotes será sempre o melhor?
1: Introdução 19
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
1: Introdução 20
Redes de acesso e meios físicos
P: Como ligar sistemas terminais ao 1o roteador?
redes de accesso residencial
redes de accesso institucional (escola, empresa)
redes de accesso móvel
Características principais: banda (bits per second) da
rede de acesso? compartilhada ou
dedicada?
1: Introdução 21
Acesso residencial: acesso ponto a ponto
Discado via modem até 56Kbps, acesso direto ao
roteador (conceitualmente) RDSI: rede digital de serviços
integrados (DVI - Telemar): 128Kbps, conexão digital ao roteador
ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa ao roteador até 8 Mbps roteador a casa disponibilidade de ADSL :
Telefônica, Telemar (MG, BA)
1: Introdução 22
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 cias. de TV a cabo, p.ex., NET, TVA
1: Introdução 23
Acesso institucional: redes locais
rede local (LAN) da empresa/univ. liga sistema terminal ao 1o roteador
Ethernet: cabo compartilhado ou
dedicado usado para acesso ao roteador
10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet
disponibilidade: instituições, redes locais domésticas em breve
redes locais: cap. 5
1: Introdução 24
Redes de acesso sem fio
rede de acesso sem fio liga ao roteador
redes locais sem fio: espectro de rádio
substitui cabo p.ex., Wavelan 2 e 11
Mbps da Lucent Wavelan tb usada para
ligações ponto a ponto
acesso sem fio não local CDPD: acesso sem fio ao
roteador do provedor via rede de telefonia celular
estaçãobase
sistemasmóveis
roteador
1: Introdução 25
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 (TP) dois fios isolados de
cobre Categoria 3: fio
telefônico tradicional, ethernet de 10 Mbps
Categoria 5: ethernet de 100Mbps
1: Introdução 26
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
Cabo de fibra ótica: fibra de vidro
iluminada por pulsos de luz
operação de alta velocidade: Ethernet de 100Mbps transmissão de alta
velocidade ponto a ponto (p.ex., 10 Gbps)
baixa taxa de erros 2 tipos de fibra:
monomodo, multimodo
1: Introdução 27
Meios físicos: rádio
sinal enviado pelo espectro eletromagnético
sem “fio” físico bidirecional efeitos sobre
propagação do ambiente: reflexão obstrução por objetos interferência
Tipos de enlace de rádio: microondas
p.ex. canais até 155 Mbps
rede local (p.ex., waveLAN) 2Mbps, 11Mbps
longa distância (p.ex., celular) p.ex. CDPD, 10’s Kbps
satélite canais de até 50Mbps (ou
múltiplos canais menores) retardo ponto a ponto de 270
ms geosíncrono X LEOS (Low Earth
Orbit Satellite)
1: Introdução 28
“Camadas” de ProtocolosRedes são complexas! Muitos
componentes: hospedeiros roteadores enlaces de
diversos meios aplicações protocolos hardware,
software
Pergunta: Existe alguma esperança de
organizar a estrutura da rede?
Ou, pelo menos, organizar nossa discussão de redes?
1: Introdução 29
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
roteamento do avião
roteamento do avião
1: Introdução 30
Organização de viagens aéreas: outra visão
Camadas: cada camada implementa um serviço através das ações internas da própria camada uso dos serviços providos pela camada inferior
passagem (compra)
bagagem (entrega)
portão (embarque)
decolagem
roteamento do avião
passagem (reclama)
bagagem (recupera)
portão (desembarque)
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
1: Introdução 31
Viagens aéreas em camadas: serviços
entrega balcão a balcão de passageiros/bagagem
entrega de bagagem do check-in à esteira
entrega pessoas: p. embarque ao p. desembarque
entrega de avião: aeroporto a aeroportoroteamento do avião da origem ao destino
1: Introdução 32
Distributed implementation of layer functionality
Aero
port
o d
e
em
barq
ue
Aero
port
o d
e
dese
mb
arq
ue
locais intermediários de tráfego aéreo
roteamento do avião
passagem (compra)
bagagem (entrega)
portão (embarque)
decolagem
roteamento do avião
passagem (reclama)
bagagem (recupera)
portão (desembarque)
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
1: Introdução 33
Por quê 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, atualização do sistema mudanças de implementação do serviço da
camada é transparente ao resto do sistema p.ex., mudança no procedimento do portão
não afeta o resto do sistema o uso de camadas podem causar danos?
1: Introdução 34
Pilha de protocolos da Internet aplicação: suporta aplicações de
rede ftp, smtp, http
transporte: transferência de dados entre sistemas terminais tcp, udp
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”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução 35
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
Cada camada: distribuída “entidades”
implementam funções da camada em cada nó
entidades realizam ações, trocam mensagens com pares
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
1: Introdução 36
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
applicationtransportnetwork
linkphysical
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dados
P.ex.: transporte obtém dados da
apl. inclui endereços,
info para confiabilidade para formar “datagrama”
envia datagrama ao par
espera receber ack (reconhecimento) do par
analogia: correios
dados
transport
transport
ack
1: Introdução 37
Camadas: comunicação física
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dados
1: Introdução 38
Camadas de protocolos e dadosCada camada recebe dados da camada superior acrescenta cabeçalho com informação para criar
nova unidade de dados passa nova unidade de dados para camada inferior
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
origem destino
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
M
M
M
M
Ht
HtHn
HtHnHl
mensagem
segmento
datagrama
quadro
1: Introdução 39
Estructura da Internet: rede de redes
aprox. hierárquica provedores
nacionais/internacionais de backbone (PNBs) p.ex.. Embratel, RNP, IBM interconexão (peering)
privada bilateral, or em Pontos de Troca de Tráfego (PTTs)
provedores regionais clientes dos PNBs
provedores locais, empresa clientes dos provedores
regionais
PNB A
PNB B
PTT PTT
Prov. regional
Prov. regional
Prov.local
Prov.local
1: Introdução 40
Capítulo 1: SumárioCobrimos muita
matéria! visão geral da Internet o que que é um
protocolo? Borda e núcleo de rede,
rede de acesso modelos de camadas e
serviços backbones, PTTs,
provedores
Com sorte, você já adquiriu:
contexto, visão geral, intuição de redes
profundidade e detalhes maiores mais tarde no curso