Redes industriais - Internet

Redes industriais - Internet

Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

Internet – Componentes

• Milhões de dispositivos conectados: hosts = sistemas finais, rodando aplicações de rede;

• enlaces (canais) de comunicação – meios físicos: fibra ótica, fio de cobre, cabo coaxial, ondas de rádio e satélite;

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

• roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede;

InternetISP local

Rede daempresa

ISP regional

Internet – Protocolos• Protocolos: controla o envio e recepção de

mensagens - ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP;• Internet: “rede de redes”• Internet pública x intranet privada (redes

corporativas, governamentais) • Padrões da Internet - desenvolvidos pela

IETF: Internet Engineering Task Force;• Documentos são denominados RFC:

Request for comments;

Internet – Serviços• Infra-estrutura de comunicação que

permite o uso de aplicações distribuídas:

• WWW, email, jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos, etc.;

• Serviços de comunicação disponibilizados:

• Não confiável sem conexões (nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados);

• Confiável orientado à conexões;

Internet – Periferia e Núcleo

• Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, celulares, Smartphone, PDAs - Personal Digital Assistant (agenda digital);

• Núcleo da rede:

• Malha de roteadores;

• rede de redes, redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação;

Internet – Periferia e Núcleo

Rede de a

cesso

Perifer

ia da r

ede

Núcleo da r

ede

Internet – Periferia• Sistemas finais (hosts): rodam programas de

aplicação: 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. O usuário é cliente e servidor - ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule;

Internet – Periferia e Núcleo

Internet – Serviços Orientados

• Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais.

• handshaking: inicialização prepara para a transferência de dados;

• Inicializa o “estado” em 2 hosts que desejam se comunicar;

• TCP - Transmission Control Protocol: serviço orientado à conexão da Internet;

Internet – Serviços Orientados

• 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;

Internet – Serviços não Orientados

• Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais;

• UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]:

• serviço sem conexão;

• transferência de dados não confiável;

• não controla o fluxo;

• nem congestionamento;

Internet – Serviços

• 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);

Internet – 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.

Internet – Núcleo da Rede

Comutação de Circuitos• Recursos da rede (banda) são divididos em

“pedaços” - Pedaços alocados às chamadas;• O pedaço do recurso fica ocioso se não for

usado pelo seu dono - (não compartilha);• A divisão da banda de um canal é feita em

“pedaços” (multiplexação):• FDM – Frequency Division Multiplexing -divisão

de freqüência • TDM – Time Division Multiplexing - divisão de

tempo

Comutação de Circuitos – FDM e TDM

FDM

freqüência

tempoTDM

freqüência

tempo

Exemplo: 4 usuários

quadro compartimento

Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento

Comutação de Pacotes

• Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes;

• Pacotes dos usuários A, B, C, compartilham os recursos da rede;

• Cada pacote usa toda a banda do canal (taxa de transmissão total do link);

• Recursos são usados quando necessário,

Comutação de Pacotes

• 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;

Comutação de Pacotes

A

B

CEthernet 100 Mbps

1,5 Mbps

34 Mbps

D E

multiplexação estatística

fila de pacotesesperando pelo enlace de saída

Circuitos x Pacotes• Comutação de Pacotes:

• Ótima para dados em surtos, compartilhar recursos e não precisa estabelecer conexão;

• Congestionamento excessivo com atraso e perda de pacotes;

• Precisa de protocolos para transferência confiável de dados, bem como controle de congestionamento;

Circuitos x Pacotes• Como fornecer um comportamento do

tipo circuito?

• São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo;

• Ainda é um problema não resolvido;

Acesso Residencial• Discado (Dialup) via modem: acesso

direto ao roteador de até 56Kbps, sendo que não dá para navegar 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;

Acesso Residencial• ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line –

linha digital assimétrica de assinante

• até 1 Mbps casa-ao-roteador (upload)

• até 10 Mbps roteador-para-casa (download)

• FDM:

• 50 kHz-1 MHz download;

• 4 kHz - 50 kHz upload;

• 0 kHz - 4 kHz telefonia;

Acesso Residencial

Ponto deacessowireless

Laptops wirelessroteador/

firewall

cablemodem

de/paraTerminal da operadora

(CableHeadend)

Ethernet(pacotes comutados)

Acesso Residencial – Cable Modem

• HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial);

• Assimétrico: até 30Mbps (downstream), 2 Mbps (upstream);

• Rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP);

• Acesso compartilhado ao roteador pelas residências - implantação através de empresas de TV a cabo como a VIRTUA (Net).

Acesso Residencial

casa

cable headend

Rede de distribuição (simplificada)

Tipicamente entre 500 a 5.000 casas

Terminal da operadora

servidores

Acesso Residencial

cable headend

Canais

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

DATA

DATA

CONTROL

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM:

Rede de distribuição (simplificada)

casa

Acesso Institucional

• Rede local - LAN (Local Area Network) da empresa/universidade 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);

• Taxas de Transmissão: 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet;

Acesso Sem Fio

• 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 - Wireless Fidelity): 11 Mbps ou 54 Mbps

Acesso Sem Fio

estação base

hosts móveis

roteador

Meio Físicos• Na rede Ethernet, os meios físicos do IEEE

802.3 são codificadas como:

• <velocidade> <classe do meio> <distância> <Mbps> <baseband ou broadband> <x 100 m>

Meio Físicos - Cabos

Meio Físicos• Cabo coaxial: fio transporta o sinal dentro de

outro fio (blindagem);

• Banda básica (baseband): canal único no cabo – sem Modulação – LAN – sinal digital;

• Banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo com modulação – LAN e TV – sinal analógico;

• Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta pulsos de luz e opera em alta velocidade ex.: 10 à 100 Gbps com baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético;

Meio Físicos - Cabos

Meio Físicos - Conectores

Meio Físicos - Cabos

Meio Físicos - Cabos

Provedores de Acesso - ISP• No centro: ISPs “tier-1” - cobertura nacional

e/ou internacional

• Redes comerciais (ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T)

• Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio): RNP (Rede Nacional de Pesquisa), CLARA (Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2 (EUA), Géant (Europa);

Provedores de Acesso - ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

ProvedoresTier-1 se interligam (peer) de forma privada

Provedores de Acesso - ISPex. Embratel – banda nacional de 37Gbps

http://www.embratel.net.brRoteadores Giga

PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros

Conexões - Embratel

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

Conexões - Oi

Conexões - RNP

Provedores de Acesso - ISP“Tier-2” ISPs: ISPs menores (em geral regionais)

• Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2

Provedores de Acesso - ISP“Tier-3” ISPs e ISPs locais• rede de última milha (“acesso”) - próximo aos sistemas finais;

Provedores de Acesso - ISPUm pacote passa através de diversas redes!

Modelo OSI

Pilha de Protocolos Internet• 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 - Placa de interface de rede;

• Física: bits “no fio”

Comunicação nas Camadas

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

Comunicação nas Camadas

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

dados

transporte

transporte

ack

Comunicação nas Camadas

mensagemsegmento

datagrama

quadro

origemaplicaçãotransporte

redeenlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

destino

HtHnHl M

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M

redeenlacefísica

enlacefísica

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HtHnHl M HtHnHl M

roteador

switch

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica