Ana Júlia Benke Estrela
2 Introdução: Redes de Computadores Objetivos definir contexto e terminologia visão geral (detalhes virão ao longo do curso) abordagem: Internet como exemplo Modelagem de pontos mais importantes
3 Redes de computadores Historicamente... Interconexão de computadores autônomos compartilhamento de recursos maior confiabilidade diminuição de custos
4 Redes de computadores Componentes básicos hardware, software, estrutura de telecomunicação Funcionamento integrado desses componentes compreensão de tecnologia de redes e interconectividade
5 Redes de computadores Arranjo topológico que interliga vários módulos processadores por enlaces físicos e protocolos Alternativas dependem do tipo de rede LAN, MAN ou WAN Topologia determina os caminhos utilizáveis para comunicação entre um par de estações
6 Ligação Física Ponto a ponto 2 pontos de ligação com uma extremidade em cada nó - em geral, redes maiores Multiponto 2 ou mais dispositivos utilizam o mesmo enlace - em geral, redes menores
7 Ligação Lógica Unicast: transmissão possui par origem-destino (1 para 1) Broadcast: estação envia uma única mensagem para todas as estações de uma rede (1 para todos) Multicast: estação envia uma única mensagem para um grupo (subconjunto) de estações da rede (1 para alguns)
8 Topologia de Rede
9 Topologia completa ou totalmente conectada Conexão direta entre todo par de nós Grande eficiência Alto custo, principalmente: com grande número de nós com grandes distâncias entre os nós relativo à manutenção
10 Topologia parcialmente conectada Conexão indireta entre qualquer par de nós Mantêm-se caminhos alternativos contra falhas contra congestionamentos
11 Topologia em árvore Modelo comum para distribuição de informação Problemas na comunicação entre folhas da árvore
12 Topologia em estrela Cada nó é interligado a um nó central Nó central pode atuar: como gerente compatibilizando taxas de transmissão e recepção como conversor de protocolos
13 Topologia em anel Unidirecional usada em redes óticas Retirada da mensagem pode ser realizada pela origem ou pelo destino Vulnerável a falhas em qualquer enlace ou nó, devido à ausência de caminhos alternativos
14 Topologia em barra Configuração multiponto Difusão em meio físico compartilhado meio físico confinado Controle de acesso ao meio
15 Rede sem fio Diferente de computação móvel Difusão em meio físico compartilhado meio físico não confinado Controle de acesso ao meio
18 Protocolos Protocolos humanos definem procedimentos para comportamento Protocolos de rede descrição formal do formato de mensagens e regras para troca dessas mensagens sintaxe, semântica e sincronização da comunicação
20 Protocolos de rede Hierarquia de Protocolos
21 Hierarquia de Protocolos Camadas, protocolos e interfaces
22 Arquitetura em camadas Princípio do Dividir para Conquistar Projetar uma rede como um conjunto hierárquico de camadas Cada camada usa os serviços da camada imediatamante inferior para implementar e oferecer os seus serviços à camada superior A implementação de cada camada é independente das demais
23 Hierarquia de Protocolos Interface define que serviços uma camada inferior oferece à camada superior Arquitetura de rede é um conjunto de camadas e protocolos Cada camada acrescenta um cabeçalho aos dados da camada anterior Cabeçalhos contêm informações de controle
24 Arquitetura TCP/IP Origem na ARPANET (futura Internet) objetivo inicial era manter a comunicação fim a fim funcional, mesmo que alguns enlaces ou sistemas intermediários falhassem rede com comutação de pacotes baseada em uma camada inter-rede não orientada à conexão TCP/IP é uma família de protocolos, onde o TCP e o IP são os principais TCP - Transmission Control Protocol IP - Internet Protocol
25 Arquitetura TCP/IP aplicação transporte rede enlace física 5 camadas
26 Transmissão dos Dados Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física
27 Transmissão dos Dados Aplicação A Dados Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física
28 Transmissão dos Dados Aplicação Transporte Aplicação T A Dados Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física
29 Transmissão dos Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede R T A Dados Rede Enlace Enlace Física Física
30 Transmissão dos Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Física EE R T A Dados E Enlace Física
31 Transmissão dos Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física EF EE R T A Dados E F Física
32 Transmissão dos Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física EF EE R T A Dados E F Física
33 Transmissão dos Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Física EE R T A Dados E Enlace Física
34 Transmissão dos Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede R T A Dados Rede Enlace Enlace Física Física
35 Transmissão dos Dados Aplicação Transporte Aplicação T A Dados Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física
36 Transmissão dos Dados Aplicação A Dados Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física
37 Transmissão dos Dados Dados Aplicação Aplicação Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física
38 Pilha de Protocolos Aplicação: suporta aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP Transporte: transferência de dados entre processos TCP, UDP Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP, protocolos de roteamento Enlace: dados transferidos entre elementos vizinhos da rede aplicação transporte rede enlace física PPP, Ethernet Física: bits no cabo Introduction 1-38
39 Internet Mobile network Global ISP Milhões de elementos computacionais interligados Home network Regional ISP hospedeiros = sistemas finais Executando aplicações distribuídas Enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite, taxa de transmissão Institutional network largura de banda Roteadores: encaminham dados
40 Internet Internet: Rede de redes Estrutura hierárquica Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Protocolos de rede em hierarquia Arquitetura TCP/IP wikipedia
41 Borda da Rede Sistemas finais (hosts): Executam aplicações Web, Modelo cliente servidor peer-peer Cliente requisita e recebe serviços disponibilizados pelo servidor e.g. Web browser/server; client/server client/server Modelo peer-peer Mínimo uso de servidores dedicados Skype, BitTorrent Introduçãon 1-41
42 Núcleo da Rede Malha de roteadores interconectados Questão Fundamental: como transferir os dados através da rede? Comutação de circuitos: circuito dedicado a cada chamada, e.g, rede telefônica Comutação de pacotes: dados enviados em pacotes discretos Introduction 1-42
43 Serviços de Internet Infra-estrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: Web, , jogos, e-commerce, compartilhamento de arquivo,... Serviços de comunicação sem conexão orientado à conexão
44 Estrutura da Internet: Redes de Redes Estrutura hierárquica No centro: ISPs de zona-1 (ex.: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional
45 Estrutura da Internet: Redes de Redes ISPs de Zona-2 : ISPs menores (freqüentemente regionais) Conectam-se a um ou mais ISPs de Zona-1, possivelmente a outros ISPs de Zona-2
46 Estrutura da Internet: Redes de Redes ISPs de Zona-3 e ISPs locais Última rede de acesso ( hop ) (mais próximos dos sistemas finais) local ISP Local and tier3 ISPs are customers of higher tier ISPs connecting them to rest of Internet Tier 3 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local local ISP ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier-2 ISP local ISP
47 Fim-a-Fim local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP local ISP
48 Sistemas Autonomos
49 Sistemas Autonomos
50 Desempenho: Perdas e Atrasos Pacotes são enfileirados nos buffers dos roteadores Taxa de chegada maior que a capacidade de saída do enlace Pacotes são enfileirados, esperando a vez de serem servidos Pacote sendo transmitido (atraso) A B Pacotes enfileirados (delay) Pacotes são descartados caso não haja espaço no buffer
51 Quatro fontes de atraso 1. processamento no nó: 2. fila Verificando erros de bits Tempo de espera para ser enviado ao enlace de saída Depende do nível de congestionamento do roteador transmissão A propagação B Processamento nó enfileiramento Introduction 1-51
52 Atraso em redes de comutação de pacotes 3. Atraso de transmissão: R=banda enlace (bps) L=tamanho pacote (bits) 4. Atraso de propagação: d = tamanho do enlace físico s = velocidade de propagação (~2x108 m/sec) Atraso de propagaçao = d/s Tempo para envio dos pacotes no enlace = L/R transmissão A Nota: s e R são medidas diferentes! propagação B Processamento nó enfileiramento Introduction 1-52
53 Atraso em um nó d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop dproc = atraso de processamento Tipicamente poucos microsecs ou menos dqueue =atraso de fila Depende do congestionamento dtrans = atraso de transmissão = L/R, significante para enlaces de baixa velocidade dprop = atraso de propagação Poucos microsecs até centenas de msecs Introdução 1-53
54 Atraso de fila R=banda enlace (bps) L=tamanho pacote (bits) a=taxa média de chegada de pacotes Intensidade do tráfego = La/R La/R ~ 0: atraso médio pequeno La/R -> 1: atraso grande La/R > 1: atraso médio pode tender ao infinito, dado que chegam mais pacotes do que é possível servir Introduction 1-54
55 Atraso e rotas na Internet O que é o atraso em redes de computadores? Traceroute: programa que mede o atraso fim-a-fim entre origem e todos os roteadores até o destino. Para todo o roteador i: Envia três pacotes ao roteador i no caminho do destino Roteador i retorna o pacote a origem Origem calcula o intervalo entre o envio e a resposta 3 probes 3 probes 3 probes Introduction 1-55
56 Atrasos e rotas na Internet traceroute: gaia.cs.umass.edu to Three delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net ( ) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net ( ) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net ( ) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr*( ) 132 ms (probe 128 ms 136 msrouter means no response lost, trans-oceanic link not replying) Introduction 1-56
57 Perda de Pacotes Fila que precede o enlace possui capacidade finita Pacotes que chegam e encontram a fila completa são descartados (perdidos) Pacote pode ser retransmitido pelo nó precedente, pela origem, ou por nenhum dos dois buffer (espera) A B Pacote sendo transmitido Pacote que chega com buffer cheio perdido Introduction 1-57