Chapter 1 Introduction Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.

Chapter 1Introduction

Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3rd edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, July 2004.

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All material copyright 1996-2004J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

FACULDADE PARAÍSO Sistemas de InformaçõesRedes de Computadores - I

Prof. Ricardo [email protected]

1: Introdução 2

Slides adaptados dos originais do livro do Kurose

e dos slides da Profa. Juliana Fernandes Camapum - UNB.

Conteúdo Programático do curso1. Redes de Computadores (Capítulo 1)

1. Internet – rede de computadores específica2. Sistema complexo organizado através de uma

arquitetura de camadas1. Modularidade- permite alterar implementação de

serviço específico sem afetar outros componentes

2. Camada de Aplicação (Capítulo 2)

3. Camada de Transporte (Capítulo 3)

4. Camada de Rede (Capítulo 4)

1: Introdução 3

Parte I: IntroduçãoObjetivo do capítulo: entender o contexto,

visão geral, “sacar” o que são redes

maior profundidade, detalhes posteriormente no curso

abordagem: descritiva uso da Internet

como exemplo

Resumo: o que é a Internet o que é um protocolo? a borda (periferia) da rede o núcleo da rede redes de acesso e meios

físico ISPs e backbones da Internet desempenho: atraso e perda camadas de protocolos,

modelos de serviço história

Roteiro do Capítulo 1

1.1 O que é a Internet?1.2 A Periferia da Rede1.3 O Núcleo da Rede1.4 Rede de acesso e meios físicos1.5 Estrutura da Internet e ISPs1.6 Atraso e perda em redes comutadas

por pacotes1.7 Camadas de protocolos, modelos de

serviços1.8 História

1: Introdução 5ISP – Internet Service Provider

O que é a Internet: visão dos componentes

milhões de dispositivos de computação conectados: hosts = sistemas finais

rodando aplicações de rede enlaces (canais) de

comunicação – meios físicos fibra ótica, fio de cobre, ondas

de rádio e satélite, cabo coaxial

Taxa de transmissão (Mbps) = largura de banda (bandwidth)

roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede 1: Introdução 6

ISP local

Rede daempresa

ISP regional

roteador workstation

servidormóvel

Aparelhos internet interessantes

1: Introdução 7

O menor servidor Web do mundohttp://www.cs.umass.edu/~shri/

Porta retratos IP – baixa fotos digitaishttp://www.ceiva.com/

Tostadeira habilitada para a Web + Previsão do tempohttp://dancing-man.com/robin/toasty/

Telefones com Internet (Web, email, mensagens)

O que é a Internet: visão dos componentes protocolos: controla o envio e

recepção de mensagens ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

Internet: “rede de redes” livremente hierárquica Internet pública versus intranet

privada (intranet -redes corporativas, governamentais)

Padrões da Internet Desenvolvidos pela IETF:

Internet Engineering Task Force Documentos são denominados

RFC: Request for comments

1: Introdução 8

ISP local

Rede corporativa

ISP regional

roteador workstation

servidormóvel

O que é a Internet: visão dos serviços infra-estrutura de

comunicação que permite o uso de aplicações distribuídas: WWW, email, jogos,

comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos , correio eletrônico

serviços de comunicação disponibilizados: não confiável sem conexões

(nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados)

Confiável orientado à conexões

1: Introdução 9

O que é um protocolo?protocolos humanos: “que horas são?” “tenho uma dúvida” Apresentações “oi”

… msgs específicas são enviadas

… ações específicas são realizadas quando as msgs são recebidas, ou acontecem outros eventos

Protocolos de rede: máquinas ao invés de

pessoas todas as atividades de

comunicação na Internet são governadas por protocolos

1: Introdução 10

protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas pelas entidades da rede, e ações tomadas quando da transmissão ou

recepção de msgs

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

1: Introdução 11

Oi

Oi

Que horassão?

2:00

TCP connection req.

TCP connectionreply.Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm

<arquivo>tempo

protocolo de rede implementado em hardware (placas de rede) ou software (computador, roteador)

Ex. requisição a um servidor WEB


1.1 O Que é a Internet?1.2 A Periferia da Rede1.3 O Núcleo da Rede1.4 Rede de acesso e meios físicos1.5 Estrutura da Internet e ISPs1.6 Atraso e perda em redes comutadas



1: Introdução 12

Uma olhada mais de perto na estrutura da rede:

Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, PDAs, celulares, Smartphone

núcleo da rede: Malha de roteadores rede de redes

redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação

1: Introdução 13

Rede de a

cesso

Perifer

ia da r

ede

Núcleo da r

ede

PDA – Personal Digital Assistant (agenda digital )

A periferia da rede: Sistemas finais (hosts):

rodam programas de aplicação ex., WWW, email na “borda da rede”

modelo cliente/servidor o host cliente faz os pedidos, são

atendidos pelos servidores Ex. cliente WWW (browser)/servidor

Web; cliente/servidor de email

modelo entre pares - peer to peer (P2P): uso mínimo (ou nenhum) de

servidores dedicados Usuário é cliente e servidor ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule 1: Introdução 14

Periferia da rede: serviço orientado à conexões

Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais.

handshaking: inicialização prepara para a transf. de dados Alô, alô protocolo humano inicializa o “estado” em

dois hosts que desejam se comunicar

TCP - Transmission Control Protocol serviço orientado à

conexão da Internet

serviço TCP [RFC 793] transferência de dados

através de um fluxo de bytes ordenados e confiável perda: reconhecimentos e

retransmissões

controle de fluxo : transmissor não inundará o

receptor

controle de congestionamento : transmissor “diminui a taxa de

transmissão” quando a rede está congestionada.

1: Introdução 15

Periferia da rede: serviço sem conexão

Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais mesmo que antes!

UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão transferência de dados

não confiável não controla o fluxo nem

congestionamento

Aplicações que usam TCP:

HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP (email)

Aplicações que usam UDP:

streaming media (transmissão de áudio e vídeo na Internet), teleconferência, telefonia via Internet (VoIP, Skype)

1: Introdução 16

FTP – File Transfer Protocol; SMTP-Simple Mail Transfer ProtocolHTTP - Hypertext Transfer Protocol





1: Introdução 17

O Núcleo da Rede Malha de roteadores

interconectados Questão fundamental: como

os dados são transferidos através da rede? comutação de circuitos:

circuito dedicados em cada chamada: rede telefônica

comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos.

1: Introdução 18

Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos

Recursos fim a fim são reservados para a chamada.

Banda do enlace, capacidade dos comutadores

recursos dedicados: sem compartilhamento

desempenho tipo circuito (garantido)

necessita estabelecimento de conexão

1: Introdução 19

Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos recursos da rede

(ex., banda) são divididos em “pedaços”

pedaços alocados às chamadas

o pedaço do recurso fica ocioso se não for usado pelo seu dono (não há compartilhamento)

como é feita a divisão da banda de um canal em “pedaços” (multiplexação) FDM – Frequency

Division Multiplexing -divisão de freqüência

TDM – Time Division Multiplexing - divisão de tempo

1: Introdução 20

Comutação de Circuitos: FDM e TDM

1: Introdução 21

FDM

freqüência

tempoTDM

freqüência

tempo

4 usuários

Exemplo:

quadro compartimento

Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento

Exemplo numérico Quanto tempo leva para enviar um arquivo de

640.000 bits de um host A para um host B através de uma rede de comutação de circuitos? Todos os enlaces são de 2,048 Mbps=taxa de

transmissão total de cada enlace Cada enlace usa TDM com 32 compartimentos 500 mseg para estabelecer um circuito fim-a-fim

Calcule! – tx de cada circuito ou usuário? -tempo para transmitir arquivo?

-tempo total de envio?

1: Introdução 22

Núcleo da Rede: Comutação de PacotesCada fluxo de dados fim a fim é

dividido em pacotes pacotes dos usuários A, B

compartilham os recursos da rede

cada pacote usa toda a banda do canal(taxa de transmissão total do link)

recursos são usados quando necessário,

1: Introdução 23

Disputa por recursos: a demanda total pelos

recursos pode superar a quantidade disponível

congestionamento: pacotes são enfileirados, esperam para usar o enlace

armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa por vez transmite num

enlace espera a vez no

próximo

Divisão da banda em “pedaços”

Alocação dedicadaReserva de recursos

Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística

A seqüência de pacotes A e B não possuem um padrão constante – compartilhamento de recursos por demanda (e não por alocação prévia) multiplexação estatística

Em TDM cada sistema final (host) utiliza o mesmo compartimento em cada um dos quadros TDM.

1: Introdução 24

A

B

CEthernet 100 Mbps

1,5 Mbps

34 Mbps

D E

multiplexação estatística

fila de pacotesesperando pelo enlace de saída

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos

Enlace de 1 Mbit cada usuário:

100Kbps quando “ativo” ativo 10% do tempo

comutação por circuitos: 10 usuários

comutação por pacotes: com 35 usuários,

probabilidade > 10 ativos menor que 0,0004

A comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!

1: Introdução 25

N usuários

Enlace de1 Mbps

Pergunta: Como foi calculada a probabilidade 0,0004?

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos

Ótima para dados em surtos compartilhamento dos recursos não necessita estabelecimento de conexão

Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes necessita de protocolos para transferência

confiável de dados, controle de congestionamento

P: Como fornecer um comportamento do tipo circuito? São necessárias garantias de banda para

aplicações de áudio e vídeo ainda é um problema não resolvido (cap. 6/7)

A comutação de pacotes ganha de lavagem?

1: Introdução 26

Comutação de Pacotes: armazene-e-retransmita

Leva L/R segundos para transmitir um pacote de L bits em um canal de R bps

Todo o pacote deve chegar ao roteador antes que possa ser transmitido no próximo canal: armazene e retransmita

atraso = 3L/R (assumindo atraso zero de propagação e de fila)

Exemplo: Mensagem L = 7,5

Mbits Taxa enlace R = 1,5

Mbps atraso envio = 15 seg

1: Introdução 27

R R RL

Comutação de pacotes: Segmentação de mensagens

Quebre agora a mensagem em 5000 pacotes

1: Introdução 28

Cada pacote de 1.500 bits

1 mseg para transmitir um pacote em um canal

Atraso reduzido de 15 seg para 5,002 seg

L=7,5Mbits = 5000 x 1500bitsR=Enlace de 1,5Mbps

L

R R R

atraso 1º pacote=0,003segatraso total=0,003+4999x0,001=5,002seg

1: Introdução 29

Comutação deCircuitos

Comutação deMensagens

Comutação dePacotes

t=7,5M/1,5M=5s t=3x(7,5M/1,5M) = 15s 5000[(7,5M/5000)/1,5M)] = 5000 x 1mst = 5s+2ms

Redes comutadas por pacotes: encaminhamento (forwarding)

Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem até o destino serão estudados algoritmos de escolha de caminhos (cap.

4)

Redes de datagramas: o endereço do sistema final de destino determina

próxima etapa (endereçamento com estrutura hierárquica) os pacotes são encaminhados independentemente,

oferecendo flexibilidade e robustez superiores (já que a rede pode reajustar-se mediante a quebra de um link)

rotas podem mudar durante a sessão Redes de circuitos virtuais:

cada pacote contém uma marca (ID do circuito virtual), marca determina próxima etapa

caminho virtual fixo determinado no estabelecimento da chamada, permanece fixo durante a chamada – todos os pacotes seguirão o mesmo caminho 1: Introdução 30

Circuitos Virtuais

1: Introdução 31

Taxonomia de Redes (Núcleo)

1: Introdução 32

Redes deTelecomunicações

Redes comutadaspor circuitos

FDM TDM

Redes comutadaspor pacotes

Redescom CVs

Redesdatagrama

• Redes com CVs (Ex, ATM – Asynchronous Transfer Mode)• Redes datagrama (Ex. IP)





1: Introdução 33

Redes de acesso e meios físicos

P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores da periferia?

Redes de acesso residencial Redes de acesso corporativo

(universidade, empresa) Redes móveis de acesso

Considere: largura de banda (bits por

segundo) da rede de acesso? compartilhada ou dedicada?

1: Introdução 34

ISP local

Rede corporativa

ISP regional

Acesso residencial: acesso ponto a ponto

Discado (Dialup) via modem acesso direto ao roteador de

até 56Kbps (teoricamente) Não dá para surfar e

telefonar ao mesmo tempo! RDSI/ISDN:

rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador.

2 linhas de 64Kbps (Internet e/ou telefone)

Serviço Multilink da Telefônica em SP.

ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line – linha digital assimétrica de assinante até 1 Mbps casa-ao-roteador

(upload) até 10 Mbps roteador-para-casa

(download)o FDM:

50 kHz-1 MHz download 4 kHz - 50 kHz upload 0 kHz - 4 kHz telefonia

1: Introdução 35

ISDN (Integrated Service Digital Network)

ADSL: Espectro de freqüências

1: Introdução 36

POTS - plain old telephone service (52Kbps)POTS splitter – separa freqüência de voz (vai para central telefônica – rede de comutação de circuitos) e dados (rede ATM)

Acesso residencial: cable modems

HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial) assimétrico: até 30Mbps descida (downstream), 2

Mbps subida (upstream).

rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP) acesso compartilhado ao roteador pelas residências questões: congestionamento, dimensionamento

implantação: disponível através de empresas de TV a cabo, ex.: VIRTUA (Net)

1: Introdução 37

Acesso residencial: cable modems

1: Introdução 38

Diagrama: http://www.lightreading.com/document.asp?doc_id=107602&page_number=1&image_number=1

Terminal da operadora

Hub, switch: transmite informação de um PC a outro

Arquitetura de redes a cabo: Visão Geral

1: Introdução 39

casa

cable headend

Rede de distribuição (simplificada)

Tipicamente entre 500 a 5.000 casas

Terminal da operadora


1: Introdução 40

cable headend


casa


1: Introdução 41

cable headend

servidore(s)


casa


1: Introdução 42

cable headend

Canais

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

DATA

DATA

CONTROL

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM:


casa

Acesso Residencial: redes sem fio

1: Introdução 43

MMDS – Sistema Multicanal de Distribuição de Microondas– TVA, MaisTV

Acesso Residencial: redes sem fio

1: Introdução 44Satélite - SKY

Acesso institucional: redes locais

rede local (LAN - Local Area Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de periferia

Ethernet: cabos compartilhados ou

dedicados conectam o sistema final ao roteador de periferia (pacotes com destino externos à LAN)

10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet

LANs: serão vistas no capítulo 5. 1: Introdução 45

Redes de acesso sem fio (wireless) rede de acesso compartilhado sem fio

conecta o sistema final ao roteador Via estação base = “ponto de acesso”

LANs sem fio: (dezenas de metros) ondas de rádio substituem os fios 802.11b/g (WiFi): 11 Mbps ou 54 Mbps

acesso sem fio com maior cobertura (dezenas de quilômetros) Provido por uma operadora de

telecomunicações 3G ~ 384 Kbps (móvel) e 2Mbps (fixo) EDGE, CDMA2000, WCDMA (3G - cobra

volume de dados) GPRS (2,5G –70Kbps-) WAP (2G – cobra tempo de conexão)

1: Introdução 46

estação base

hosts móveis

roteador

3G-terceira geraçãoEDGE - Enhanced Data rates for GSM Evolution GPRS - General Packet Radio ServiceWAP-Wireless Access Protocol; WiFi – Wireless Fidelity

O que é realmente 3G

1: Introdução 47

International Mobile Telecommunications - IMT-2000 (The ITU definition of 3G Mobile):- IMT-DS (W-CDMA-FDD) - IMT-MC (cdma2000) - IMT-SC (EDGE) - IMT-TC (TD-SCDMA) (W-CDMA-TDD) - IMT-FT (DECT)

IMT-2000 Radio Options

W-CDMA-FDD CDMA2000 TD-SCDMA EDGE DECT W-CDMA-TDD

CDMA - Code Division Multiple AccessTDMA - Time Division Multiple AccessFDMA – Frequency Division Multiple Access

Ler documento “What is really 3G” – O que é realmente 3G?http://www.itu.int/ITU-D/imt-2000/DocumentsIMT2000/What_really_3G.pdfhttp://www.itu.int/ITU-D/imt-2000/DocumentsIMT2000/IMT-2000.pdf

Evolution to IMT-2000 IMT-2000 Broadband Evolution

W-CDMA=Wideband CDMATD-SCDMA =Time Division Synchronous CDMA

http://www.itu.int/ITU-D/imt-2000/DocumentsIMT2000/What_really_3G.pdf

http://www.itu.int/ITU-D/imt-2000/DocumentsIMT2000/IMT-2000.pdf

Redes domésticas

Componentes típicos da rede doméstica: ADSL ou cable modem (acesso banda larga à Internet) roteador/firewall/NAT Ethernet Ponto de acesso wireless (estação base)

1: Introdução 48

Ponto deacessowireless

Laptops wirelessroteador/

firewallcable

modem

de/paraTerminal da operadora

(CableHeadend) Ethernet

(pacotes comutados)

Firewall – política de segurança, filtro de pacotesNAT – Network Address Translation - traduz IP local para IP do roteador

Meios Físicos Bit: Propaga-se entre o

transmissor e o receptor enlace físico: o que está

entre o transmissor e o receptor

meios guiados: os sinais se propagam

em meios sólidos: cobre, fibra

meios não guiados: os sinais se propagam

livremente, ex. rádio

Par Trançado (TP - Twisted Pair)

dois fios de cobre isolados Categoria 2: telefonia Categoria 3: fios

tradicionais de telefonia, 10 Mbps Ethernet

Categoria 5: 100Mbps Ethernet

Categoria 6: 1Gbps Ethernet

Categoria 7: 10Gbps Ethernet

1: Introdução 49STP - shielded UTP - unshielded

Meios físicos: cabo coaxial, fibraCabo coaxial: fio (transporta o sinal) dentro

de outro fio (blindagem)

bidirecional banda básica (baseband):

canal único no cabo – sem Modulação – LAN – sinal digital

banda larga (broadband): múltiplos canais num caboCom modulação – LAN e TV –

sinal analógicoHFC

1: Introdução 50

Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta

pulsos de luz opera em alta velocidade:

transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 10´s Gbps – 100´s Gbps)

baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético

Meios físicos: rádio

sinal transportado em ondas eletromagnéticas

não há “fio” físico bidirecional efeitos do ambiente

de propagação: reflexão obstrução por objetos interferência

1: Introdução 51

Tipos de enlaces de rádio:

microondas ex.: canais de até 45 Mbps

LAN (ex., Wifi) 11Mbps, 54 Mbps

longa distância (ex., celular) ex. 3G, 100’s kbps

satélite canal de até 50Mbps (ou

múltiplos canais menores) atraso fim a fim de 270

mseg Geoestacionário versus

satélites de baixa altitude

Transmissão da Informação

1: Introdução 52

O Espectro Eletromagnético e seu uso para telecomunicações

1: Introdução 53





1: Introdução 54

Estrutura da Internet: rede de redes

quase hierárquica No centro: ISPs “tier-1” - cobertura

nacional/internacional Redes comerciais(ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet,

BBN/Genuity, Sprint, AT&T) Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio):

RNP, CLARA(Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2(EUA), Géant(Europa)

trata os demais como iguais

1: Introdução 55

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

ProvedoresTier-1 se interligam (peer) de forma privada

Provedor de Backbone Nacional

1: Introdução 56

ex. Embratel – banda nacional de 37Gbps http://www.embratel.net.br

…

to/from customers

peering

to/from backbone

….

………

POP: point-of-presence

Roteadores Giga

PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros

Conexões Internacionais - Embratel

1: Introdução 57

Estados Unidos: Verizon, Sprint, NTT e Global CrossingArgentina: Verizon e Telmex; Portugal: Portugal Telecom

Oi – ISP Tier 1 (Nível 1)

1: Introdução 58

Conexões Internacionais - Oi

1: Introdução 59

RNP – ISP Tier 1 (Nível 1)

1: Introdução 60RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa

A RNP possui conectividade internacional própria. Um canal de 655 Mbps e um de 1 Gbps são usados para tráfego Internet de produção. Uma outra conexão, de 155 Mbps, está ligada à Rede Clara, rede avançada da América Latina. Através da Clara, a RNP está conectada a outras redes avançadas no mundo, como a européia Géant e a norte-americana Internet2.

RNP - REDECOMEP

1: Introdução 61

RedeUnB

1: Introdução 62

Foi inaugurada na Universidade de Brasília (UnB), no dia 18 de dezembro de 2007, a Rede Comunitária de Educação e Pesquisa do DF (Redecomep-DF), infra-estrutura aérea e subterrânea de fibras ópticas que possibilitará a troca rápida e imediata de dados entre os principais centros de ensino e pesquisa do país.

A UnB utiliza atualmente (2007) uma conexão da Embratel (taxa de 34Mbps) e uma da própria RNP (taxa de 34 Mbps). Com a Redecomep – via RNP, essa transferência atingirá a marca de 1 Gbps, com economia mensal de R$ 40 mil (valor pago à Embratel). Infra-estrutura própria é muito mais vantajoso que utilizar operadoras comerciais

Outra mudança prevista para 2008 é a instalação de 16 centrais telefônicas corporativas, com a tecnologia de voz sobre IP (VoIP). Economia em torno de R$120.000/mês.

RedeUnB

1: Introdução 63

1. A conexão de internet da universidade começa com a chegada dos cabos da Embratel (pelo CPD) e da Rede Nacional de Pesquisa e Ensino - (RNP) - pela Faculdade de Tecnologia.

2. Uma vez na rede interna, os cabos passam por um roteador, aparelho responsável pela distribuição da informação.

3. Depois de chegar ao roteador, o cabeamento ainda passa por um firewall, equipamento que controla o acesso e bloqueia ataques de hackers na rede.

4. Os cabos da rede seguem para três distribuidores principais, chamados de switches, conhecidos como core (núcleo) da rede. Eles estão localizados na Finatec, na Faculdade de Tecnologia (FT) e no Instituto Central de Ciências (ICC).

5. Desses três equipamentos principais, os cabos são levados a outros 67 centros, responsáveis pela distribuição até os usuários finais, como as redes internas dos departamentos.


“Tier-2” ISPs: ISPs menores (freqüentemente regionais) Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2

1: Introdução 64

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Tier-2 ISP paga ao tier-1 ISP pela conectividade ao resto da Internet tier-2 ISP é cliente do provedortier-1

Tier-2 ISPs também se interligam privadamente


“Tier-3” ISPs e ISPs locais rede de última milha (“acesso”) (próximo aos sistemas finais)

1: Introdução 65

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP



Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP

ISPs locais e tier- 3 são clientes de ISPs superiores conectando-os ao resto da Internet


um pacote passa através de diversas redes!

1: Introdução 66

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP



Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP





1: Introdução 67

Como ocorrem as perdas e atrasos?

pacotes enfileiram nos buffers do roteador taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a

capacidade do link de saída. pacotes enfileram, esperam pela vez

1: Introdução 68

A

B

pacote em transmissão (atraso)

enfileiramento de pacotes (atraso)

buffers livres (disponíveis): pacotes que chegam são descartados (perda) se não houver buffers livres

Quatro fontes de atraso dos pacotes

1. processamento no nó: verificação de bits errados identificação do enlace de

saída (análise do cabeçalho) atraso da ordem de

microssegundos

2. enfileiramento tempo de espera no enlace

de saída até a transmissão depende do nível de

congestionamento do roteador

1: Introdução 69

A

B

propagação

transmissão

processamentono nó enfileiramento

Atraso em redes comutadas por pacotes3. Atraso de transmissão: R = largura de banda do

enlace (bps) L =compr. do pacote (bits) tempo para colocar os bits

no enlace (tempo de acesso ao meio físico do pacote) = L/R

4. Atraso de propagação: d = compr. do enlace s = velocidade de

propagação no meio (~2x108 m/seg)

atraso de propagação = d/s

1: Introdução 70

A

B

propagação

transmissão

processamentono nó enfileiramento

Analogia com uma Caravana

Os carros se “propagam” a 100 km/h

O pedágio leva 12 seg para atender um carro (tempo de transmissão)

carro~bit; caravana ~ pacote P: Quanto tempo leva até que

a caravana esteja enfileirada antes do segundo pedágio?

Tempo para “atravessar” toda a caravana através do pedágio para a estrada = 12*10 = 120 sec = 2 minutos

Tempo para que o último carro se propaga do primeiro para o segundo pedágio: 100km/(100km/h)= 1 h =60 min

R: 62 minutos1: Introdução 71

pedágioPedágio120s/pac

Caravanade dez carros

100 km

100 km

3600s

300carros = 30 pacotes

Analogia com uma caravana (mais)

Os carros agora se “propagam” a 1000 km/h

Os pedágios agora levam em torno de 1 min para atender um carro

P: Os carros chegarão ao segundo pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no primeiro pedágio?

Sim! Após 7 min, o 1o. Carro chega ao 2o. Pedágio e ainda há 3 carros no 1o. pedágio.

O 1o. bit do pacote pode chegar ao 2o. Roteador antes que o pacote tenha sido totalmente transmitido no 1o. roteador! Veja o applet Ethernet no site

da AWL

1: Introdução 72

pedágioPedágio10min/pac

Caravanade dez carros

100 km

100 km

http://www.das.ufsc.br/~montez/Disciplinas/materialRedes/applet/message.htmhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/transmission/delay.htmlhttp://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/queuing/queuing.html

6min6carros

http://www.das.ufsc.br/~montez/Disciplinas/materialRedes/applet/message.htm

http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/transmission/delay.html

http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/queuing/queuing.html

Atraso de transmissão e propagação Exemplo: Comutação de mensagem – L=16Kbits R=4Kbps

atraso de propagação = 1 s/enlace. Calcular atraso total.

1: Introdução 73

atraso de transm. = 4segatraso total = (4+1)x3

Atraso de transmissão e propagação Exemplo: Comutação por pacotes - L=16Kbits, 16 pacotes de 1Kbit,

R=4Kbps, atraso de propagação=1 s/enlace. Calcular atraso total.

1: Introdução 74

atraso transm.= 1K/4K= 0,25segatraso 1º pacote=3+3x0,25=3,75atraso total = 3,75+15x0,25

Atraso no nó

dproc = atraso de processamento tipicamente de poucos microssegs ou menos

dqueue = atraso de enfileiramento depende do congestionamento

dtrans = atraso de transmissão = L/R, significativo para canais de baixa velocidade

dprop = atraso de propagação poucos microsegs a centenas de msegs

1: Introdução 75

proptransenfilprocnó ddddd

Atraso de enfileiramento R=largura de banda do

enlace (bps) L=compr. do pacote (bits) a=taxa média de chegada

de pacotes

1: Introdução 76

intensidade de tráfego (taxa de

chegada/taxa de saída) = La/R

La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento La/R -> 1: grande atraso La/R > 1: chega mais “trabalho” do que a

capacidade de atendimento, atraso médio infinito!Lembre que pacotes chegam em rajada

Regra de Ouro: Projete a sua rede de forma que a intensidade de tráfego seja <= 1

Atrasos e rotas “reais” da Internet Como são os atrasos e as perdas reais da

Internet? Programa Traceroute : fornece medições de

atraso da fonte até os diversos roteadores ao longo do caminho fim-a-fim até o destino. Para cada i: Envia três pacotes que alcançarão o roteador i no

caminho até o destino. O roteador i devolverá os pacotes ao transmissor O transmissor calcula o intervalo de tempo decorrido

entre a transmissão e a chegada da resposta.

1: Introdução 77

3 probes

3 probes

3 probes

Atrasos e rotas “reais”

1: Introdução 78

1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms17 * * *18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms

traceroute: roteadores, atrasos de ida e volta no caminho da origem até o destino source-dest pathtambém: pingplotter, vários programas windows (tracert)

no rot nome rot IP rot RTT-pac1 RTT-pac2 RTT-pac3

Traceroute (www.traceroute.org) 1 thing-i.sdsc.edu (198.202.76.40) 0.415 ms 1.364 ms 0.478 ms 2 thunder.sdsc.edu (198.202.75.5) 1.027 ms 1.959 ms 0.845 ms 3 piranha.sdsc.edu (132.249.30.8) 1.392 ms 0.971 ms 1.256 ms 4 sdg-hpr--sdsc-sdsc2-ge.cenic.net (137.164.27.53) 1.107 ms 0.833 ms 1.646 ms 5 lax-hpr1--sdg-hpr1-10ge-l3.cenic.net (137.164.25.4) 12.299 ms 5.222 ms 4.129 ms 6 abilene-LA--hpr-lax-gsr1-10ge.cenic.net (137.164.25.3) 52.650 ms 5.328 ms 5.327 ms 7 snvang-losang.abilene.ucaid.edu (198.32.8.95) 13.085 ms 12.992 ms 13.272 ms 8 dnvrng-snvang.abilene.ucaid.edu (198.32.8.2) 42.376 ms 43.627 ms 36.447 ms 9 kscyng-dnvrng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.14) 47.407 ms * 60.791 ms10 iplsng-kscyng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.80) 301.250 ms 298.888 ms *11 chinng-iplsng.abilene.ucaid.edu (198.32.8.76) 61.772 ms 60.848 ms 71.536 ms12 abilene.nl1.nl.geant.net (62.40.103.165) 161.640 ms 161.587 ms 161.617 ms13 nl.de1.de.geant.net (62.40.96.101) 167.426 ms 167.697 ms 167.412 ms14 de1-1.de2.de.geant.net (62.40.96.130) 167.437 ms 167.747 ms 167.421 ms15 de.it1.it.geant.net (62.40.96.62) 176.583 ms 177.143 ms 176.567 ms16 it.es1.es.geant.net (62.40.96.185) 198.889 ms 198.929 ms 198.888 ms17 clara-br-gw.es1.es.geant.net (62.40.105.14) 398.838 ms 398.819 ms 398.783 ms18 200.0.204.194 (200.0.204.194) 399.577 ms 399.352 ms 399.363 ms19 rj-pos2-0.bb3.rnp.br (200.143.253.102) 405.552 ms 405.193 ms 405.176 ms20 rj7507-fastethernet6-1.bb3.rnp.br (200.143.254.93) 406.627 ms 405.902 ms 405.965 ms21 ba-serial4-1-0.bb3.rnp.br (200.143.253.90) 436.836 ms 437.363 ms 437.128 ms22 200.128.6.147 (200.128.6.147) 437.582 ms 438.540 ms 440.072 ms23 200.128.80.130 (200.128.80.130) 440.742 ms 439.366 ms 438.056 ms

1: Introdução 79

Traceroute (www.traceroute.org)

traceroute to 201.86.159.155 (201.86.159.155), 30 hops max, 38 byte packets

1 200.145.0.42 (200.145.0.42) 0.450 ms 0.400 ms 0.372 ms

2 cisco-voip.net.unesp.br (200.145.0.33) 0.289 ms 0.243 ms 0.207 ms

3 nap-quirino.net.unesp.br (200.145.255.237) 4.230 ms 4.218 ms 4.164 ms

4 ansp.ptta.ansp.br (FAPESP) (200.136.37.1) 4.212 ms 4.277 ms 4.663 ms

5 200.136.34.36 (Telefônica) (200.136.34.36) 11.551 ms 11.523 ms 11.445 ms

6 gvt-so-4-3-0-rc02.cta.gvt.net.br (189.59.246.5) 74.078 ms 74.079 ms 74.058 ms

7 gvt-ge-0-1-1-rc02.bsa.gvt.net.br (189.59.246.26) 74.381 ms 74.193 ms 74.161 ms

8 gvt-ge-4-0-0-rc01.bsa.gvt.net.br (189.59.250.1) 74.806 ms 73.736 ms 73.639 ms

9 gvt-ae-0.rd01.bsa.gvt.net.br (189.59.254.67) 74.509 ms 74.439 ms 74.090 ms

10 corporativo.gvt.net.br (200.175.182.152) 74.630 ms 75.153 ms 74.686 ms

11 201.86.159.155.adsl.gvt.net.br (201.86.159.155) 145.774 ms 232.914 ms *

1: Introdução 80

Perda de pacotes

fila (buffer) anterior a um canal possui capacidade finita

quando um pacote chega numa fila cheia, o pacote é descartado (perdido)

o pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pelo sistema origem, ou não ser retransmitido

1: Introdução 81





1: Introdução 82

“Camadas” de ProtocolosAs redes são

complexas! muitos “pedaços”:

hosts roteadores enlaces de

diversos meios aplicações protocolos hardware,

software

Pergunta: Há alguma esperança

em conseguirmos organizar a estrutura

da rede?

Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?

1: Introdução 83

Organização de uma viagem aérea

uma série de etapas

1: Introdução 84

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

subida

roteamento do avião

bilhete (reclamação)

bagagem (recup.)

portão (desembarque)

aterrissagem



Funcionalidade de uma empresa aérea em camadas

Camadas: cada camada implementa um serviço através de ações internas à camada depende dos serviços providos pela camada inferior

1: Introdução 85

bilhete (compra)

bagagem (desp.)

portão (embarque)

pista (subida)

roteamento avião

Aeroportode

partida

Aeroportode

chegada

centros de controle de tráfegoaéreo intermediários

roteam. avião roteam. avião

bilhete (reclam.)

bagagem (recup.)

portão (desembq)

pista (aterriss.)

roteamento avião

bilhete

bagagem

portão

Subida/aterris.

Roteam.avião

Por que dividir em camadas?Lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite a identificação 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 nos procedimentos dos portões de

embarque não alteram o resto do sistema divisão em camadas é considerada prejudicial?

Desvantagem potencial: duplicação de funcionalidades

1: Introdução 86

Pilha de protocolos Internet aplicação: dá suporte a aplicações de rede

FTP, SMTP, HTTP Quase sempre software

transporte: transferência de dados host-a-host TCP, UDP Quase sempre software

rede: roteamento de datagramas da origem até o destino IP, protocolos de roteamento Misto de hardware e software

enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos PPP, Ethernet Placa de interface de rede

física: bits “no fio”

1: Introdução 87

aplicação

transporte

rede

enlace

física

Camadas de Protocolo - Princípios cada camada corresponde a um nível de abstração

necessário no modelo; cada camada possui funções próprias e bem definidas; as funções de cada camada foram escolhidas segundo a

definição dos protocolos normatizados internacionalmente;

as fronteiras entre camadas devem ser definidas de modo a minimizar o fluxo de informação nas interfaces;

o número de camadas deve ser suficientemente grande para que funções distintas não precisem ser colocadas na mesma camada e, ao mesmo tempo, suficientemente pequeno que não torne a arquitetura difícil de controlar.

1: Introdução 88

Camadas: comunicação lógica

Cada camada: é distribuída as “entidades”

implementam as funções das camadas em cada nó

as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras

1: Introdução 89

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

Camadas: comunicação lógicaEx.: transporte recebe dados da

aplicação adiciona endereço

e verificação de erro para formar o “segmento”

envia o “segmento” para a parceira

espera que a parceira acuse o recebimento (ack)

1: Introdução 90


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

dados

transporte

transporte

ack

• TCP orientado a conexão• segmenta e ajunta, manda e recebe,

controle de fluxo para a aplicação• UDP sem conexão

• mais simples e mais direto

Camadas: comunicação física

1: Introdução 91


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

•existem vários protocolos de enlace•PPP (point-to-point protocol) e ethernet

são os principais• PPP é usado numa conexão discada na internet• Ethernet numa rede local acessando a internet

• Físicopar trançado, fibra, coax, etc .

Encapsulamento

1: Introdução 92

mensagemsegmento

datagrama

quadro

origemaplicaçãotransporte

redeenlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

destino

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

redeenlacefísica

enlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M HtHnHl M

roteador

switch


redeenlacefísica

Switch=comutadores=não reconhecem endereço IP, apenas endereço MAC da camada de enlace.





1: Introdução 93

História da Internet

1961: Kleinrock (doutorando do MIT) – pela teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes para tráfego em rajadas

1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares

1967: Roberts (MIT) concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Research Projects Agency)

1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet na UCLA (Univ. da Califórnia em LA)

1972: demonstração pública

da ARPAnet ARPAnet com 15 nós ARPAnet – rede

isolada e fechada NCP (Network Control

Protocol) primeiro protocolo fim a fim entre sistemas finais [RFC 001]

primeiro programa de e-mail

1: Introdução 94

1961-1972: Estréia da comutação de pacotes


1970: rede de satélite ALOHAnet no Havaí

1973: Metcalfe propõe a Ethernet em sua tese de doutorado

1974: Cerf e Kahn - arquitetura para a interconexão de redes

• fim dos anos 70:• IBM - arquitetura SNA - está viva até hoje e foi

uma das arquiteturas mais usadas nos sistemas comerciais devido a força da IBM nessa época (IBM era sinônimo de computador)

• XEROX - arquitetura XNS• DEC - arquitetura DECnet - chegou a ser a

segunda (depois da IBM).

fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM)

1979: ARPAnet com 200 nós

Princípios de interconexão de redes de Cerf e Kahn (1974):

minimalismo, autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes

modelo de serviço best effort

roteadores sem estados controle descentralizado

definem a arquitetura atual da Internet

1: Introdução 95

1972-1980: Interconexão de redes novas e proprietárias


1983: implantação do TCP/IP

1982: definição do protocolo SMTP para e-mail

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

1985: definição do protocolo FTP

1988: controle de congestionamento do TCP

Esforço para conectar universidades

novas redes nacionais: Csnet e BITnet (interligar pesquisadores de universidades), NSFnet, Minitel (terminal gratuito para residências francesas)

100.000 hosts conectados numa confederação de redes

1: Introdução 96

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redesÉpoca formidável de crescimento


início dos anos 90: ARPAnet desativada e substituída pela NSFnet (governamental para universidade e pesquisa)

1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995)

início dos anos 90 : Web inventada por Berners-

Lee• HTML, HTTP, servidor WEB e

Browser

• Baseado em trabalho de hypertexto de [Bush 1945, Nelson 1960’s]

1994: Mosaic, posteriormente Netscape

Final dos anos 90 : comercialização da Web

Produtos e serviços

Estimativa de 50 milhões de computadores na Internet

Estimativa de mais de 100 milhões de usuários

enlaces de backbone a 1 Gbps 1996: criação do projeto

INTERNET2 (rede voltada para saúde,educação e adm. pública)

novas aplicações: mensagens instantâneas, compartilhamento de arquivos P2P

1: Introdução 97

Anos 90: comercialização, a WWW

1: Introdução 98

Mapa da Internet (Principais ISPs -1999)

Evolução do Número de Hosts

1: Introdução 99

Evolução do Número de Web sites

1: Introdução 100

Internet/BR

A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em 1989 pelo MCT. Conexão gratuita para instituições de ensino e pesquisa Abertura da Internet comercial no Brasil em 1995

Posição absoluta do Brasil (Network Wizards, 01/04): Número de hosts: 3.163.349 8o do Mundo 3o das Américas (México em 15o lugar com 1.333.406) 1o da América do Sul (Argentina em 22o lugar com

742.358) 14,1 milhões de internautas residenciais no Brasil(2006)

19 milhões de internautas no Brasil(2007) 1 bilhão de internautas no mundo (2006)

1: Introdução 101

Introdução: ResumoFoi coberta uma

tonelada de material! visão geral da Internet o que é um protocolo? borda da rede, núcleo,

rede de acesso Comutação de pacotes

vs. Comutação de circuitos

estrutura da Internet/ISPs desempenho: perda,

atraso modelos de camadas e

de serviços história

Esperamos que agora você possua:

contexto, visão geral, “sentimento” do que sejam redes

maior profundidade, detalhes posteriormente no curso

1: Introdução 102

Chapter 1 Introduction Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.

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rede r o ncleo

internet r desempenho

ppp r internet

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r que horas

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