1: Introdução1 Redes de Computadores Prof. Fábio M. Costa [email protected] fmc/TPR

1: Introdução 1

Redes de Computadores

Prof. Fábio M. [email protected]

www.inf.ufg.br/~fmc/TPR

1: Introdução 2

Abordagem Seguida no Curso

Tradicional (bottom-up)

Abordagem Top-Down

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

RedeRede

EnlaceEnlace

FísicaFísica

1: Introdução 3

Livro Texto e Material de Apoio Computer Networking: A Top-Down

Approach Featuring the Internet, 2nd. Ed. James F. Kurose & Keith W. Ross Addison-Wesley, 2003

Edição em Português: Redes de Computadores: Uma nova

abordagem baseada na Internet Ed. PearsonEducation, 2002

Site de apoio: http://www.awl.com/kurose-ross

Slides: http://www.inf.ufg.br/~fmc/TPR

http://www.awl.com/kurose-ross

http://www.inf.ufg.br/~fmc/TPR






1: Introdução 4

Parte I: IntroduçãoObjetivo do capítulo: entender o contexto,

visão geral, “sentir” 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 da rede o núcleo da rede rede de acesso e meio físico desempenho: perda, atraso camadas de protocolos,

modelos de serviço backbones, NAPs, ISPs história redes ATM

1: Introdução 5

O que é a Internet: visão dos componentes

Milhões de dispositivos de computação conectados: hosts, sistemas finais workstations de PCs, servidores telefones com PDA’s, torradeiras

rodando aplicações de rede Enlaces (canais) de

comunicação fibra, cobre, rádio, satélite

Roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede

ISP local

Rede daempresa

ISP regional

roteador workstation

servidor dispositivomóvel

1: Introdução 6

Alguns dispositivos “interessantes” com acesso à Internet

Um minúsculo servidor WEBhttp://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Porta-retrato IPhttp://www.ceiva.com/

Torradeira conectada à WEB comfunção de previsão de tempohttp://dancing-man.com/robin/toasty/

1: Introdução 7

O que é a Internet: visão dos componentes Protocolos: controlam o

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

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

intranet privada

Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering

Task Force

ISP local

Rede daempresa

ISP regional

roteador workstation

servidormóvel

1: Introdução 8

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

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

comércio, bacos de dados, votações, compartilhamento de arquivos (ex.: MP3)

mais?

Serviços de comunicação disponibilizados: sem conexões orientado a conexões

1: Introdução 9

O que é um protocolo?Protocolos humanos: “que horas são?” “tenho uma dúvida” apresentações

… msgs específicas são enviadas, segundo uma ordem pré-estabelecida

… 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

protocolos definem o formato e ordem das mensagens

enviadas e recebidas pelas entidades da rede, bem como as ações tomadas quando da

transmissão ou recepção destas mensagens

1: Introdução 10

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

P: Apresente outro protocolo humano!

Oi

Oi

Que horassão?

2:00

TCP connectionreply.

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

<arquivo>tempo

TCP connection request

1: Introdução 11

Uma olhada mais de perto na estrutura da rede: Borda da rede: aplicações

e hospedeiros (hosts) Núcleo da rede:

roteadores rede de redes

Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação

1: Introdução 12

A borda da rede: Sistemas finais (hosts):

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

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

atendidos pelos servidores ex.: cliente WWW (browser)/

servidor; cliente/servidor de email

Modelo peer-to-peer : interação simétrica entre os

hosts ex.: teleconferência, NAPSTER.

1: Introdução 13

Borda da rede: serviço orientado a conexões

Objetivo: transferência de dados entre hosts.

handshaking: inicializa (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 a conexão

da Internet

serviço TCP [RFC 793] transferência de dados através

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

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 14

Borda da rede: serviço sem conexão

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

UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet 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, teleconferência, telefonia Internet

1: Introdução 15

Capítulo 1: Roteiro

1. O que é a Internet?2. A borda da rede3. O núcleo da rede4. Acesso à rede e meios físicos5. Estrutura da Internet e ISPs6. Atraso e perda em redes de comutação

de pacotes7. Camadas de protocolos, modelos de

serviço8. Histórico

1: Introdução 16

O Núcleo da Rede Malha de roteadores

interconectados A pergunta fundamental:

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

circuito dedicado por chamada: rede telefônica

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

1: Introdução 17

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 garantido (como em um circuito físico)

necessita estabelecimento de conexão

1: Introdução 18

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): divisão de frequência (FDM) divisão de tempo (TDM)

1: Introdução 19

Comutação de Circuitos: FDM e TDM

FDM

freqüência

tempo

TDM

freqüencia

tempo

4 usuários

Exemplo:

1: Introdução 20

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

fim é dividido em pacotes pacotes dos usuários A e B

compartilham os recursos da rede

cada pacote usa toda a banda do canal

recursos são usados quando necessário,

Disputa por recursos: a demanda total pelos

recursos pode superar a quantidade disponível

congestionamento: pacotes são enfileirados, esperando para usar o enlace

armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa (hop) por vez transmite num enlace espera a vez no próximo

enlaceDivisão da banda em “pedaços”

Alocação dedicadaReserva de recursos

1: Introdução 21

Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes

existem outras analogias humanas?

A

B

CEthernet 10 Mbs

1,5 Mbs

45 Mbs

D E

multiplexação estatística

fila de pacotesesperando pelo enlace de saída

1: Introdução 22

Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes

Comutação de pacotes: comportamento de armazenamento e retransmissão (store and forward)

Quebra uma mensagem em pedaços menores (pacotes)

Store-and-forward: comutador espera a chegada do pacote completo e o encaminha/roteia para o próximo comutador

1: Introdução 23

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 0,004

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

N usuários

Enlace de1 Mbps

1: Introdução 24

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)

A comutação de pacotes ganha de lavada?

1: Introdução 25

Segmentação de Mensagens

Transmissão de mensagens longas como uma única unidade de transmissão store-and-forward da mensagem completa

segmentadas em uma série de pacotes transmitidos independentemente

pipeline no uso dos componentes da rede!

1: Introdução 26

Segmentação de Mensagens e Desempenho

Sem segmentação: cada mensagem precisa ser armazenada completamente em cada comutador antes de ser retransmitida longa espera em cada

comutador

Uso seqüencial dos componentes da rede desperdício de recursos

1: Introdução 27

Segmentação de Mensagens e Desempenho Com segmentação

em pacotes: cada componente da

rede pode “trabalhar” em paralelo em pacotes diferentes da mensagem

Resulta em um menor atraso total de transmissão da mensagem um fator de 3 neste

ex.!

Ver applet

http://wps.aw.com/wps/media/objects/221/227091/applets/message/messagesegmentation.html

1: Introdução 28

Redes comutadas por pacotes: roteamento Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem

até o destino serão estudados diversos algoritmos de escolha de

caminhos

redes de datagrama: o endereço do destino determina próxima etapa rotas podem mudar durante a sessão analogia: dirigir, pedindo informações

redes de circuitos virtuais: cada pacote contém uma marca (id. do circuito virtual), a

qual determina a próxima etapa caminho fixo determinado no estabelecimento da chamada,

permanece fixo durante a chamada roteadores mantêm estados para cada chamada

1: Introdução 29

Redes de Circuitos Virtuais

Cada roteador mantém uma tabela de VCs: Uma entrada para cada VC passando por ele Indicando a interface de rede através da qual

pacotes de cada VC devem ser encaminhados Cada VC recebe um número único no

contexto de um roteador O mesmo VC pode ser identificado através de

números diferentes em roteadores (e links) distintos ao longo do caminho

Pacotes são identificados pelo número do VC ao qual pertencem

1: Introdução 30

Redes de Circuitos Virtuais (cont.) Protocolo de sinalização

Usado para o estabelecimento de circuitos virtuais Antes que transferência de dados real possa ocorrer

application

transportnetworkdata linkphysical

application


5. Data flow begins 6. Receive data

1. Initiate call 2. incoming call

3. Accept call4. Call connected

1: Introdução 31

Redes de Circuitos Virtuais: Exemplo De A para B

A ---- PS1 ---- PS2 ---- B 12 22 32

Tabela de VCs em PS1:

Incoming interface

Incoming VC # Outgoing Interface

Outgoing VC #

1 12 3 22

2 63 1 18

3 7 2 17

1 97 3 87

... ... ... ...

1: Introdução 32

Redes de Datagrama

Rota determinada para cada pacote individual

Pacotes podem seguir rotas diferentes Tabela de rotas em cada roteador

indica a próxima etapa (hop) no caminho a ser seguida para se chegar a cada destino conhecido

com base no endereço de destino endereços organizados de forma hierárquica

• Ex.: rede + máquina

Análogo ao sistema postal

1: Introdução 33

Redes de Datagrama (cont.)

Não é necessário tempo inicial de preparação da conexão

Dados começam a ser transmitidos imediatamente

application


application


1. Send data 2. Receive data

1: Introdução 34

Redes de Datagrama: Exemplo de Tabela de Rotas

fmc@zeus:~> netstat -rKernel IP routing tableDestination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface200.137.197.128 apollo.inf.ufg. 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1200.137.197.192 artemis.inf.ufg 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1200.137.197.0 * 255.255.255.192 U 40 0 0 eth1200.137.197.64 * 255.255.255.192 U 40 0 0 eth0default ares.inf.ufg.br 0.0.0.0 UG 40 0 0 eth1

fmc@zeus:~>

fmc@zeus:~> netstat -nrKernel IP routing tableDestination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface200.137.197.128 200.137.197.2 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1200.137.197.192 200.137.197.6 255.255.255.192 UG 40 0 0 eth1200.137.197.0 0.0.0.0 255.255.255.192 U 40 0 0 eth1200.137.197.64 0.0.0.0 255.255.255.192 U 40 0 0 eth00.0.0.0 200.137.197.1 0.0.0.0 UG 40 0 0 eth1

fmc@zeus:~>

1: Introdução 35

Topologia da Rede Correspondente

zeus.inf.ufg.br

eth0 eth1

200.137.197.64 200.137.197.0

apollo200.18.197.2

200.137.197.128

artemis200.18.197.6

200.137.197.192

ares.inf.ufg.br

200.137.197.1

UFGNetUFGNet

1: Introdução 36

Taxonomia de Redes de Computadores

Redes deTelecomunicações

Redes de Comutaçãode Circuitos

FDM TDM

Redes de Comutaçãode Pacotes

Redes comVCs

Redes deDatagrama

• O fato de uma rede ser baseada em datagramas não implica em que ela seja orientada a conexões ou sem conexões• A Internet oferece ambos os tipos de serviço às aplicações: orientado a conexões (TCP) e sem conexões (UDP)

1: Introdução 37





1: Introdução 38

Acesso à rede e meios físicos

P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda?

redes de acesso residencial redes de acesso

institucional (escola, empresa)

redes de acesso móvel

Considere: largura de banda (bits por

segundo) da rede de acesso?

compartilhada ou dedicada?

1: Introdução 39

Acesso residencial: acesso ponto-a-ponto Discado (Dialup) via

modem acesso direto ao

roteador; até 56Kbps (teoricamente)

Inconveniente: não é possível utilizar o telefone ao mesmo tempo

RDSI/ISDN: rede digital de

serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador.

ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa-para-

roteador (provedor)• 4KHz – 50KHz

até 8 Mbps roteador-para-casa

• 50KHz – 1MHz telefone: 0KHz – 4KHz FDM: Ex.: Serviço Turbo® da

Brasil Telecom

1: Introdução 40

Acesso residencial: cable modems

HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 10Mbps

subida (upstream), 1 Mbps descida (downstream)

rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do ISP acesso compartilhado ao

roteador pelas residências questões: congestionamento,

dimensionamento

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

Aproveita a infra-estrutura das redes de TV a cabo

1: Introdução 41

Acesso residencial: cable modems

Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html

1: Introdução 42

Arquitetura de redes de TV a cabo: Visão geral

casa

cable headend

rede de distribuiçãovia cabo (simplificada)

Tipicamente: 500 a 5.000 casas

1: Introdução 43


casa

cable headend


1: Introdução 44


casa

cable headend


servidores

1: Introdução 45


casa

cable headend

rede de distribuiçãovia cabo

Canais

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

VIDEO

DATA

DATA

CONTROL

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM:

1: Introdução 46

Acesso institucional: rede local

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

Ethernet: cabos compartilhados ou

dedicados conectam o sistema final ao roteador

10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, 10Gbit Ethernet

instalação: instituições, brevemente nas residências

LANs: serão vistas no Cap. 5.

1: Introdução 47

Redes de acesso sem fio (wireless)

rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador

LANs sem fio: ondas de rádio substituem os fios 802.11b (WiFi): 11Mbps

acesso sem fio com maior cobertura GPRS: acesso sem fio ao roteador

do ISP através da rede celular• 2,5G

3G ~ 384Kbps (2Mbps???) WAP (Wireless Application

Protocol)

estação base

hosts móveis

roteador

1: Introdução 48

Redes locais residenciais

Componentes típicos de uma rede local residencial:

moden ADSL ou cable modem roteador/firewall Ethernet ponto de acesso para a rede sem fio (wireless)

wirelessaccess point

wirelesslaptops

roteador/firewall

cablemodem

de/para ocable headend

Ethernet(switched)

1: Introdução 49

Meios Físicos

enlace físico: bit de dados transmitido se propaga através do enlace

meios guiados: os sinais se propagam

em meios sólidos: cobre, fibra

meios não guiados: os sinais se propagam

livremente (através do ar), ex. rádio

Par Trançado (TP - Twisted Pair)

dois fios de cobre isolados Categoria 3: fios

tradicionais de telefonia, 10 Mbps Ethernet

Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet

1: Introdução 50

Meios físicos: cabo coaxial, fibra

Cabo coaxial: fio (transporta o sinal)

dentro de outro fio (blindagem) banda básica

(baseband): canal único no cabo

banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo

bidirecional uso comum em

Ethernet 10Mbs

Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta

pulsos de luz opera em alta velocidade:

Ethernet 100Mbps transmissão ponto a ponto

de alta velocidade (ex., 10 Gbps)

baixa taxa de erros

1: Introdução 51

Meios físicos: rádio

sinal transportado em ondas eletromagnéticas

não há “fio” físico bidirecional efeitos do ambiente

de propagação: reflexão obstrução por objetos interferência

Tipos de enlaces de rádio: microondas

ex.: canais de até 45 Mbps

LAN (ex., IEEE 802.11b) 2Mbps, 11Mbps

longa distância (ex., celular) ex. CDPD, 10’s Kbps

satélite canal de até 50Mbps (ou múltiplos canais

menores) atraso fim a fim de 270 mseg geosíncrono versus LEOS (low earth orbit

satellites)

1: Introdução 52





1: Introdução 53

Estrutura da Internet: rede de redes

quase hierárquica provedores de backbones

nacionais/internacionais (NBPs) ex. Embratel, Banco Rural,

Global One interconecta com cada um dos

outros de forma privada, ou em pontos de troca de tráfego públicos (PTTs)

ISPs regionais conectam a NBPs

ISP local, empresa conecta a um ISP regional

NBP A

NBP B

PTT PTT

ISP regional

ISP regional

ISPlocal

ISP local

1: Introdução 54


no centro da rede: ISPs da camada/nível 1 ex.: Embratel, RNP cobertura nacional / internacional treat each other as equals

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Interconexão privada entre provedores do nível (tier) 1

NAP

Interconexão entre provedores de nível 1 através de pontos de acesso à rede públicos (NAPs ou PTTs)

1: Introdução 55

Provedor de Backbone Nacionalex. Embratel

http://www.embratel.net.br/internet/index.html

1: Introdução 56

Provedor de Backbone Nacionalex. RNP

http://www.rnp.br/backbone/

1: Introdução 57


ISPs do nível 2: menores (freqüentemente regionais) Conectam-se a um ou mais ISPs do nível 1 e, possivelmente, a

outros ISPs de nível 2

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISP do nível 2 paga a um ISP de nível 1 pela conexão ao resto da Internet ISPs do nível 2 são clientes dos ISPs de nível 1

ISPs de nível 2 também podem se conectar uns com os outros de maneira privada ou via NAPs

1: Introdução 58


ISPs de nível 3 e ISPs locais rede de acesso, mais próxima dos sistemas finais (hosts)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP



Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP

ISPs de nível 3 e ISPs locais são clientes de ISPs de nível mais alto, através dos quais eles se conectam ao resto da Internet

1: Introdução 59


Um pacote passa através de várias redes!

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP



Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP

1: Introdução 60


1. O que é a Internet?2. A borda da rede3. O núcleo da rede4. Acesso à rede e meios físicos5. Estrutura da Internet e ISPs6. Atraso e perda em redes de

comutação de pacotes7. Camadas de protocolos, modelos de


1: Introdução 61

Atraso em redes comutadas por pacotesos pacotes experimentam

atraso no caminho fim a fim

quatro fontes de atraso em cada etapa (roteador)

Processamento no nó: verificação de bits com erro identif. do enlace de saída

Enfileiramento: tempo de espera no enlace de

saída até a transmissão depende do nível de

congestionamento do roteador

A

B

propagação

transmissão

processamentono nó enfileiramento

1: Introdução 62

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

enlace (bps) L=compr. do pacote

(bits) tempo para enviar os

bits no enlace = L/R

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

propagação no meio (~2x108 m/seg)

atraso de propagação = d/sNota: s e R são valores muito diferentes!

A

B

propagação

transmissão

processamentono nó enfileiramento

1: Introdução 63

Atraso fim-a-fim

Atraso em um nódnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

Atraso fim-a-fimdtotal = N(dproc + dtrans + dprop)

assumindo que o atraso de enfileiramento é desprezível (rede sem congestionamento)

pacote passa por N-1 roteadores intermediários

1: Introdução 64

Atraso de transmissão versus Atraso de propagação Transmissão: quanto tempo se gasta para

o transmissor colocar todos os bits no meio depende da taxa de transmissão do enlace e

do tamanho do pacote Propagação: quanto tempo um bit demora

para chegar ao outro lado do enlace depende da distância entre origem e destino

P: Qual dos dois será o fator dominante? Analisar duas situações especiais:

pacotes muito longos e enlaces de curta distância

pacotes curtos e enlaces de longa distância

1: Introdução 65

Atraso de transmissão versus Atraso de propagação

pacotes muito longos e enlaces de curta distância: atraso de transmissão domina

pacotes curtos e enlaces de longa distância: atraso de propagação domina

A B

A B

1: Introdução 66

Atraso de enfileiramento

R=largura de banda do enlace (bps)

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

de pacotes

intensidade de tráfego = 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! (assumindo capac. de fila infinita!)

1: Introdução 67

Perda de pacotes

Na realidade: filas dos roteadores têm tamanho limitado

O que acontece quando um pacote chega a um roteador cuja fila está cheia? O pacote é descartado (i.e., perdido)!

Taxa de perda de pacotes aumenta à medida que a intensidade do tráfego (La/R) aumenta pacotes perdidos devem ser retransmitidos

Medida de desempenho da rede (juntamente com o atraso)

Introduction 1-68

Atrasos e Rotas na Internet

Como se mostram os atrasos e perdas na Internet? Programa Traceroute : realiza medidas de atraso

da origem para cada roteador ao longo do caminho até o destino na Internet. Para todo i: envia três pacotes que chegarão ao roteador j no caminho

em direção ao destino (i.e., três experimentos distintos) roteador j retornará pacotes de resposta à origem origem mede o intervalo de tempo entre a transmissão

dos pacotes e a recepção das respostas

3 probes

3 probes

3 probes

1: Introdução 69

Atrasos e Rotas na Internet

Experimentar com o programa traceroute N-1 roteadores intermediários origem envia N pacotes especiais de

“sondagem” ao receber o n-ésimo pacote, o n-ésimo

roteador suprime o pacote e envia uma mensagem de volta para a origem

ao receber tal mensagem, a origem registra:• o tempo gasto entre o envio do n-ésimo pacote a

recepção da respectiva resposta – atraso de ida-e-volta para o n-ésimo roteador

• nome e endereço do n-ésimo roteador origem reconstrói a rota até o destino

http://www.traceroute.org

http://www.traceroute.org/

1: Introdução 70

traceroute: exemplo

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: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr

Três medidas distintas

enlace trans-oceânico

* significa sem resp. (pcte. perdido, roteador não responde)

1: Introdução 71



de pacotes7. Camadas de protocolos, modelos

de serviço8. Histórico

1: Introdução 72

“Camadas” de ProtocolosAs 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?

1: Introdução 73

Organização de uma viagem aérea

uma série de etapas

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

decolagem

roteamento do avião

bilhete (reclamação)

bagagem (recup.)

portão (desembarque)

aterrissagem



1: Introdução 74

Organização de uma viagem aérea: uma visão diferente

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

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

decolagem



bagagem (recup.)


aterrissagem



1: Introdução 75

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

1: Introdução 76

Implementação distribuída da funcionalidade das camadas

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

subida



bagagem (recup.)


aterrissagem


roteam. aviões

aero

port

o d

e

saíd

a

aero

port

o d

e

chegada

localidades intermediárias de tráfego aéreo

roteam. aviões roteam. aviões

1: Introdução 77

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 no procedimento no portão não afeta

o resto do sistema divisão em camadas é considerada prejudicial?

1: Introdução 78

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

física: bits “no fio”

aplicação

transporte

rede

enlace

física

1: Introdução 79

Camadas: comunicação lógica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

Cada camada: distribuída as “entidades”

implementam as funções das camadas em cada nó

as entidades executam ações, trocam mensagens entre parceiras

1: Introdução 80

Camadas: comunicação lógica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dadosEx.: transporte recebe dados da

aplicação adiciona endereço

e verificação 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

1: Introdução 81

Camadas: comunicação física


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

1: Introdução 82

Camadas de protocolos e dadosCada camada recebe dados da camada superior adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados

(encapsulamento) passa a nova unidade de dados para a camada inferior no destino: operação inversa: desencapsula a unidade de dados e a repassa para a

camada acima


redeenlacefísica


redeenlacefísica

fonte destino

M

M

M

M

Ht

HtHr

HtHrHe

M

M

M

M

Ht

HtHr

HtHrHe

mensagem

segmento

datagrama

quadro

1: Introdução 83





1: Introdução 84

História da Internet

1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes

1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares

1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Reearch Projects Agency)

1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet

1972: demonstração pública

da ARPAnet NCP (Network Control

Protocol) primeiro protocolo host-host

primeiro programa de e-mail

ARPAnet com 15 nós

1961-1972: Princípios iniciais de comutação de pacotes

1: Introdução 85


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: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA

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

1979: ARPAnet tem 200 nós

Princípios de interconexão de Cerf e Kahn: minimalismo,

autonomia - não é necessária nenhuma mudança interna para interconectar redes

modelo de serviço best effort

roteadores sem estados controle

descentralizadodefinem a arquitetura atual

da Internet

1972-1980: Interconexão de redes novas e proprietárias

1: Introdução 86


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

novas redes nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

100.000 hosts conectados numa conferederação de redes

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes

1: Introdução 87


início dos anos 90: ARPAnet desativada

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

início dos anos 90 : WWW hypertexto [Bush 1945,

Nelson 1960’s] HTML, http: Berners-Lee 1994: Mosaic,

posteriormente Netscape fim dos anos 90:

comercialização da Web 1996: criação do projeto

INTERNET2

Final dos anos 90: mais “killer

applications”: instant messaging, peer2peer (ex.: Napster)

importância de segurança na rede

est. mais de 50 milhões de computadores na Internet; mais de 100 milhões de usuários

enlaces de backbone operando a Gbps

Anos 90: comercialização, a WWW

1: Introdução 88

Internet/BR

RNP teve início em 1989. Aberta para uso comercial em 1994 Posição absoluta, janeiro/03:

Número de hosts: 2.237.527 9o do Mundo 3o das Américas 1o da América do Sul fonte: Network Wizards, 2003

19.700.000 de Internautas em Dez/2002 (fonte: Nielsen-NetRatings)

Mais informações: Comitê Gestor da Internet/BR http://www.cg.org.br

http://www.isc.org/ds/



http://www.cg.org.br/

http://www.cg.org.br/

1: Introdução 89

Número de Internautas

VEJA, 5/4/2000

1: Introdução 90

Capítulo 1: ResumoFoi coberta uma

tonelada de material!

visão geral da Internet o que é um protocolo? borda da rede, núcleo,

rede de acesso desempenho: perda,

atraso camadas e modelos de

serviço backbones, PTTs, ISPs história

Esperamos que agora você possua:

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

maior profundidade, detalhes posteriormente no curso

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1: Introdução1 Redes de Computadores Prof. Fábio M. Costa [email protected] fmc/TPR