Introdução 1-1

Infra-Estrutura de Comunicação(IF678)

Módulo I

Fonte: kuroseAdaptações : Prof. Paulo Gonçalves

pasg@cin.ufpe.brCIn/UFPE

Introdução 1-2

IntroduçãoNosso Objetivo:� terminologia� Detalhamentosdurante o curso

� abordagem:� Uso da Internet como exemplo

Agenda:� O que é a Internet� O que é um protocolo?� Extremidade da rede� Núcleo da rede� Rede de acesso, meio físico� Internet/estrutura de um ISP� desempenho: perda, atraso� Camadas de protocolo, modelosde serviço

� Modelagem de redes

Introdução 1-3

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura da Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-4

O que é a Internet: infra-estrutura� Milhões de dispositivoscomputacionaisconectados: hosts = end systems = extremidade

� execuçao de aplicaçõesde rede

� enlaces de comunicação� fibra, cobre, rádio, satélite� Taxa de transmissão =

banda passante

� roteadores:encaminhamento de pacotes (pedaços de dados)

ISP local

Rede deumaempresa

ISP regional

roteador workstationservidor

mobile

Introdução 1-5

Dispositivos internet interessantes

Menor servidor web do mundo

http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Quadro de fotografias IP

http://www.ceiva.com/

Torradeira com acesso WEB +

Previsão do tempo

Telefones Internet

Introdução 1-6

O que é a Internet: infra-estrutura� protocolos – controle de envio, recebimento de msgs� e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

� Internet: “rede das redes”� Fracamanente hierárquica� Internet pública versus intranet privada

� Padrões Internet� RFC: Request for comments� IETF: Internet Engineering Task Force

ISP local

Rede deumaempresa

ISP regional

roteador workstationservidor

mobile

Introdução 1-7

O que é a Internet: ponto-de-vista de serviço� A infra-estrutura de comunicação permite “rodar”aplicações distribuídas:� Web, email, jogos, e-commerce, compartilhamentode arquivos

� Serviços de comunicaçãoproporcionados às aplicações:� Sem conexão e não confiável� Orientado à conexão confiável

Introdução 1-8

O que é um protocolo?Protocolos humanos:� “que horas são?”� “Tenho uma pergunta”� Se apresentar

… msgs específicas enviadas… ações específicas tomadasquando msgs sãorecebidas ou outroseventos ocorrem

Protocolos de rede:� Máquinas ao invés de humanos

� Toda atividade de comunicação na Internet égovernada por protocolos

protocolos definem o formato, a ordem das

msgs enviadas e recebidasentre entidades de rede e ações tomadas sobretransmissão e recepção

de msgs

Introdução 1-9

O que é um protocolo?Um protocolo humano e um protocolo de redes de computadores:

Q: Outros protocoloshumanos?

Olá

OláQue horas

são?14:00

Pedido de conexão TCP

Resposta aopedido de conexãoGet http://www.cin.ufpe.br

<arquivo>tempo

Introdução 1-10

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-11

Zoom na infra-estrutura de rede:

� Extremidade darede: aplicações e hosts

�Núcleo da rede:� roteadores� Rede das redes

� Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação

Introdução 1-12

A extremidade da rede:� end systems (hosts):

� Executamprogramas/aplicações

� e.g. Web, email� na “extremidade da rede”

�Modelo cliente/servidor� Host cliente requisita/recebeserviços de servidores (always-on)

� e.g. Web browser/servidor; email cliente/servidor

�Modelo peer-to-peer model:� uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados

� e.g. Skype, BitTorrent, KaZaA

Introdução 1-13

Extremidade da redes: serviço orientado àconexãoObjetivo: transferênciade dados entre end systems

� handshaking:preparação (setup) para a transferênciade dados� Cumprimento entrehumanos

� Estabelecimento de “estado” nos dois hosts comunicantes

� TCP - Transmission Control Protocol � Serviço orientado àconexão da Internet

Serviço TCP [RFC 793]� Transferência de dados confiável, em ordem� perda: acknowledgements (acks) e retransmissões

� Controle de fluxo:� Emissor (sender) respeitará a capacidade de recebimento de dados do receptor

� Controle de congestionamento:� emissor “reduz a taxa de envio” quando a rede estácongestionada

Introdução 1-14

Extremidade da rede: serviço não-orientado à conexão

Objetivo tranferência de dados entre end systems� Como antes!

� UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: � Não orientado à conexão� Transferência de dados não confiável

� Nenhum controle de fluxo� Nenhum controle de congestionamento

Apps que usam TCP:� HTTP (Web), FTP (file transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)

Apps que usam UDP:� Streaming de vídeo, teleconferência, DNS, Telefonia na Internet (VoIP)

Introdução 1-15

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-16

O núcleo da rede

� Mesh de roteadoresinterconectados

� a questão fundamental: comodados são transferidosatravés da rede?� Comutação de circuito:circuito dedicado porchamada: rede telefônica

� Comutação de pacote:dados enviados através darede em “pequenospedaços”

Introdução 1-17

O núcleo da rede: Comutação de circuitosRecursos fim-à-fimreservados para a “chamada”

� Banda passante do enlace, capacidade de comutação

� Recursos dedicados: não hácompartilhamento

� Desempenho garantido(semelhante a um circuito)

� Estabelecimento de chamada (setup) necessário

Introdução 1-18

Núcleo da rede: Comutação de circuitosRecursos de rede (e.g., banda passante) dividido em “partes”

� Partes alocadas àschamadas

� Parte do recurso livre(idle) se não utilizadapor quem fez a chamada(sem compartilhamento)

� Divisão da bandapassante do enlace em“partes”� Divisão de Freqüência� Divisão de Tempo

Introdução 1-19

Comutação de circuitos: FDM e TDM

FDM – Frequency Division Multiplexing

freqüência

tempo

TDM – Time Division Multiplexing

freqüência

tempo

4 usuários

Exemplo:

Introdução 1-20

Exemplo Numérico

�Quanto tempo leva para transmitir um arquivo de 640 kb de um host A a um host B através de uma rede de comutação de circuitos?� Enlaces de 1536 Mbps� Cada enlace usa TDM com 24 slots/sec� 500 ms para estabelecer um circuito fim-à-fim

Tentem calcular!

Introdução 1-21

Outro exemplo numérico

�Quanto tempo leva para transmitir um arquivo de 640 kb de um host A a um host B através de uma rede de comutação de circuitos?� Enlaces de 1536 Mbps� Cada enlace usa FDM com 24 canais (freqüências)� 500 ms para estabelecer um circuito fim-à-fim

Tentem calcular!

Introdução 1-22

Núcleo da Rede: Comutação de pacotesCada fluxo de dados fim-à-fim édividido em pacotes

� Pacotes dos usuários A e B compartilham recursos de rede

� Cada pacote usa a bandapassante máxima do enlace

� Recursos são usados quandonecessário somente

Contenção de recursos:� Demanda agregada de recursos pode excedera quantidade disponível

� congestionamento: filade pacotes, esperapara uso do enlace

� store and forward: pacotes atravessam um salto (hop) por vez� Nó recebe um pacotecompleto antes de reencaminhá-lo

Divisão da banda passante em“partes”

Alocação dedicadaReserva de recursos

Introdução 1-23

Comutação de pacotes: MultiplexaçãoEstatística

Seqüência de pacotes de A & B não possui padrão fixo(compartilhamento sob demanda) � multiplexação estatística

TDM: cada host recebe o mesmo slot em um quadro (frame) TDM.

A

B

C100 Mb/sEthernet

1.5 Mb/s

D E

Multiplexação estatística

Fila dos pacotes aguardando envio

Introdução 1-24

Comutação de pacotes versus comutaçãode circuitos

� Enlace : 1 Mb/s� Cada usuário:

� 100 kb/s quando “ativo”� ativo 10% do tempo

� Comutação de circuito: � 10 usuários

� Comutação de pacotes: � Com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos émenor que .0004

Comutação de pacotes permite que mais usuários utilizem a rede!

N usuáriosEnlace de 1 Mbps

Q: como se chegou ao valor 0.0004?

Introdução 1-25

Comutação de pacotes versus comutaçãode circuitos

� Bom para dados enviados em rajadas (bursty data)� Compartilhamento de recursos� simples, não requer estabelecimento de chamada

� Congestionamento excessivo: atraso dos pacotes e perdas� Necessidade de protocolos para transferênciaconfiável de dados, controle de congestionamento

� Q: Como prover um comportamento semelhante aoscircuitos?� Garantia de bw para apps de áudio/vídeo� Problema ainda sem solução na Internet

Quem é melhor? Comutação de pacotes?”

Q: analogias humanas para a reserva de recursos(comutação de circuitos) versus alocação sob demanda(comutação de pacotes)?

Introdução 1-26

Comutação de pacotes: store-and-forward

� Leva L/R seconds paratransmitir um pacote de L bits no enlace (R bps)

� O pacote inteiro devechegar ao roteador antes de poder ser transmitido parao próximo enlace: store and forward

� atraso = 3L/R (assumindoatraso de propagação zero)

Exemplo:� L = 7.5 Mbits� R = 1.5 Mbps� atraso = 15 sec

R R RL

Mais sobre atraso em breve …

Introdução 1-27

Redes de comutação de pacotes: encaminhamento (forwarding)� Objetivo: “enviar” pacotes através dos roteadoresda origem até o destino� Função do roteamento (estabelecimento de rotas)

� Rede de datagramas:� Endereço de destino no pacote determina o próximo salto� routas podem mudar durante uma sessão� analogia: dirigir, pedir informações

� Rede de circuito virtual:� Cada pacote carrega uma etiqueta (tag - virtual circuit ID), a tag determina o próximo salto

� Caminho fixo determinado no meomento do setup e permanece fixo durante todo o processo

� roteadores mantêm estado por “chamada”

Introdução 1-28

Taxonomia de RedesRedes de

Telecomunicações

Redes de Comutaçãode Circuitos

FDM TDM

Redes de Comutaçãode Pacotes

Redes comVCs

Redes deDatagramas

• Uma rede de datagramas não é orientada à conexão nem não orientada à conexãos.• A Internet provê ambos serviços às aplicações: orientado à conexão (TCP) e não orientado à conexão (UDP).

Introdução 1-29

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura da Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-30

Redes de Acesso e Meio físicoQ: Como conectar end systems à roteadoresde borda?

� Redes de acessoresidencial

� Redes de acessoinstitucional (escola, empresas)

� Redes de acesso móvel

Mantenha em mente: � Banda passante (bits por segundo) da rede de acesso?

� Compartilhada oudedicada?

Introdução 1-31

Acesso residencial: acesso ponto-à-ponto� Dialup via modem

� até 56Kbps no acesso diretoao roteador (frequentementemenos)

� Impossível de navegar e telefonar ao mesmo tempo: não pode estar “always on”

� ADSL: asymmetric digital subscriber line� até 1 Mbps upstream (hoje em dia tipicamente < 256 kbps)

� até 8 Mbps downstream (hoje em dia tipicamente < 1 Mbps)

� FDM: 50 kHz - 1 MHz for downstream4 kHz - 50 kHz for upstream0 kHz - 4 kHz for ordinary telephone

Introdução 1-32

Acesso residencial: cable modems

� HFC: hybrid fiber coax� asymmetric: até 30Mbps downstream, 2 Mbps upstream

� rede de cabos e fibras que liga a casa aoroteador do ISP� Casas compartilham acesso ao roteador

� disponível através de companhia de TV a cabo

Introdução 1-33

Acesso residencial: cable modems

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

Introdução 1-34

Arquitetura da Rede a cabo: Overview

casa

cable headend

cable distribution

network (simplificado)

Tipicamente de 500 a 5000 casas

Introdução 1-35

Arquitetura da rede a cabo: Overview

casa

cable headend

cable distribution

network

servidor(es)

Introdução 1-36

Arquitetura da rede a cabo: Overview

casa

cable headend

cable distribution

network (simplificado)

Introdução 1-37

Arquitetura da rede a cabo: Overview

casa

cable headend

cable distribution

network

Channels

V

I

D

E

O

V

I

D

E

O

V

I

D

E

O

V

I

D

E

O

V

I

D

E

O

V

I

D

E

O

D

A

T

A

D

A

T

A

C

O

N

T

R

O

L

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM:

Introdução 1-38

Acesso para Empresas/Universidades: Redes Locais (LANs)� Redes locais (LANs – Local Area Networks) de empresas/univs conectaend system à roteadoresde borda

� Ethernet:� Enlace compartilhado oudedicado que conectaend system e roteadores

� 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet

� LANs: + em breve

Introdução 1-39

Redes de Acesso Sem Fio� acesso sem fio compartilhadoconecta end systems à roteadores� via estação rádio base aka “ponto de acesso”

� wireless LANs:� 802.11b/g (WiFi): 11 Mbps/54 Mbps

� Acesso sem fio geograficamentedistribuído (wider-area wireless access)� Serviço oferecido por operadortelecom

� 3G ~ 320 à 1100 kbps� GPRS/EDGE no Brasil

• Quando chegaremos lá?

PontoDe

acesso

Hosts móveis

roteador

Introdução 1-40

Redes Residênciais

Componentes típicos de uma rede residencial: � ADSL ou cable modem� roteador/firewall/NAT� Ethernet� Ponto de acesso sem fio

Ponto de acessoSem fio

Laptopscom placa de acesso sem

fioroteador/firewall

cablemodem

de/paracableheadend

EthernetGeralmente integrados

em um único

equipamento

Introdução 1-41

Meio Físico

� Bit: propagados entrepares de transmissores/receptores

� Enlace físico: ligaçãoentre o transmissor e o receptor

� Meio guiado:� sinais se propagam em meiosólido: cobre, fibra, coaxial

� Meio não guiado:� sinais se propagamlivremente, e.g., rádio

Par trançado (TP –twisted pair)

� 2 fios de cobreisolados� Categoria 3: fios de telefone tradicionais, Ethernet 10 Mbps

� Category 5: Ethernet 100Mbps (4 pares trançados masapenas 2 utilizados)

Introdução 1-42

Meio Físico: coaxial, fibra

Cabo coaxial:� Dois condutores de cobre concêntricos

� bidirecional� Banda-básica:

� Apenas um canal no cabo� legado Ethernet

� Banda-larga:� múltiplos canais no cabo� HFC (hibrid fiber-coaxial)

Cabo de fibra óptica:� Fibra de vidrotransportando pulsos de luz, cada pulso 1 bit

� Operação para altasvelocidades:� Transmissões ponto-à-ponto de alta velocidade(e.g., 10’s-100’s Gbps)

� Baixa taxa de erro: repetidores ao longo dalinha; imune ao ruídoeletromagnético

Introdução 1-43

Meio Físico: rádio

� Sinal transportado no espectroeletromagnético

� Nenhum fio “físico”� bidirecional� Efeitos do ambiente napropagação:� reflexão� Obstrucão por objetos� interferência

Tipos de enlace de rádio:� Microondas terrestre

� e.g. canais de até 45 Mbps

� LAN (e.g., Wifi)� 11Mbps, 54 Mbps

� wide-area (e.g., celular)� e.g. 3G: centenas de kbps

� satélite� Canais de Kbps a 45Mbps (oumúltiplos canais menores)

� Atraso fim-a-fim de 270 ms� geossícronos versus de baixaaltitude

Introdução 1-44

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-45

Estrutura Internet: rede das redes

� aproximadamente hierárquica� no centro: ISPs “tier-1” (e.g., Embratel, MCI, Sprint, AT&T, Cable and Wireless), coberturanacional/internacional� Tratam outros como iguais

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

provedoresTier-1 se interconectamprivadamente(peer)

NAP

Provedores Tier-1 também se interconectam a pontos de acessode redes públicas(network access points - NAPs)

Introdução 1-46

ISP Tier-1: e.g., SprintRede backbone da Sprint US

Seattle

Atlanta

Chicago

Roachdale

Stockton

San Jose

Anaheim

Fort Worth

Orlando

Kansas City

CheyenneNew York

PennsaukenRelayWash. DC

Tacoma

DS3 (45 Mbps)

OC3 (155 Mbps)

OC12 (622 Mbps)

OC48 (2.4 Gbps)

…

De/para clientes

peering

do/para o backbone

…

.

………

POP: point-of-presence

Introdução 1-47

Estrutura Internet: redes das redes� ISPs “Tier-2” : ISPs menores (geralmente regionais)

� Se conectam a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente através de outros ISPs tier-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 Tier-2 pagaISP tier-1 paraterconectividadecom o resto daInternet� ISP tier-2 écliente do provedor tier-1

ISPs Tier-2 também se interligam de forma privadaentre si, se interconectamna NAP

Introdução 1-48

Estrutura Internet: redes das redes

� ISPs “Tier-3”e ISPs locais� Última rede de acesso (mais próxima aos end systems)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISPlocalISP

localISPlocal

ISPlocal

ISPlocal Tier 3

ISP

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

ISPs locaisend tier- 3 sãoclientes de ISPs tier de maiorhierarquia queos conecta aoresto daInternet

Introdução 1-49

Rede do Campus da UMass

Introdução 1-50

Estrutura Internet: rede das redes

� Um pacote passa através de muitas redes!

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISPlocalISP

localISPlocal

ISPlocal

ISPlocal Tier 3

ISP

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

Introdução 1-51

Provedor de Backbone Nacional (e.g. Embratel)

http://www.embratel.net.br/Embratel02/cda/portal/0,2997,MG_P_951,00.html

Introdução 1-52

Enlaces Internacionais do Backbone da Embratel

http://www.embratel.net.br/Embratel02/cda/portal/0,2997,MG_P_951,00.html

Introdução 1-53

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-54

Como ocorrem perdas e atrasos?Pacotes são enfileirados (“bufferizados”) nos roteadores� Taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a capacidade do link de saída

� Pacotes são colocados na fila, aguardam ser transmitidos

A

B

Pacote sendo transmitido (atraso)

Pacotes na fila (atraso)

Espaço disponível na fila: pacotes que chegam sãodescartados (perda) se não há mais espaço na fila

Introdução 1-55

4 fontes de atraso de pacotes

� 1. processamento no nó:� Verificação de erros (bit errors)

� Determinação do enlace de saída

A

B

propagação

transmissão

Processamentono nó fila

� 2. fila� Tempo aguardandotransmissão pelo enlace de saída

� depende do grau de congestionamento do roteador

Introdução 1-56

Atraso em redes de comutação de pacotes3. Atraso de transmissão:� R=banda passante do enlace (bps)

� L= tamanho do pacote(bits)

� Tempo para enviar os bits pelo enlace = L/R

4. Atraso de propagação:� d = tamanho do enlace físico� s = velocidade de propagaçãono meio (~2x108 m/sec)

� Atraso de propagação = d/s

Nota: “s” e “R” são coisascompletamentediferentes!

A

B

propagação

transmissão

Processamentono nó fila

Introdução 1-57

Analogia da caravana

� Carros “se propagam” a 100 km/h

� Pedágio leva 12 sec paraservir um carro (tempo de transmissão)

� carro~bit; caravana ~ pacote

� Q: Quanto tempo levapara a caravana se alinharantes do 2º pedágio?

� Tempo para a caravanapassar pelo 1º pedágio = 12*10 = 120 sec

� Tempo até o último carrose propagar do 1º ao 2ºpedágio: 100km/(100km/h)= 1 hr

� Resp.: 62 minutos

pedágiopedágioCaravanade 10 carros

100 km 100 km

Introdução 1-58

Analogia da caravana (continuação)

� Carros se “propagam” a 1000 km/h

� Pedágio leva 1 min paraservir um carro

� Q: Carros chegarão ao2º pedágio antes de todos os carros seremservidos no 1º pedágio?

� Sim! Após 7 min, 1º carrono 2º pedágio e 3 carrosainda no 1º pedágio.

� 1º bit de um pacote podechegar ao 2º roteadorantes do pacote ser completamentetransmitido pelo 1ºroteador!

pedágiopedágioCaravanade 10 carros

100 km 100 km

Introdução 1-59

Atraso nodal (nodal delay)

� dproc = atraso de processamento� Tipicamente poucos microsegundos ou menos

� dqueue = atraso de fila (queue)� Depende do congestionamento

� dtrans = atraso de transmissão� = L/R é significante pata enlaces de baixa velocidade

� dprop = atraso de propagação� Poucos microsegundos a centenas de milisegundos

proptransqueueprocnodal ddddd +++=

Introdução 1-60

Atraso na Fila (revisitado)

� R=banda passante do enlace (bps)

� L=tamanho do pacote (bits)� a=taxa média de chegadade pacotes

Intensidade de tráfego = La/R

� La/R ~ 0: atraso médio na fila é pequeno� La/R -> 1: atraso começa a se tornarsignificativo

� La/R > 1: mais “trabalho” chegando do quepode ser feito, atraso médio infinito!

Atraso médio

na fila

Introdução 1-61

Atraso, perdas e rotas na Internet “Real”� Como é o atraso e a perda na Internet “real”? � Programa Traceroute: provê medidas de atrasoda fonte até cada roteador no caminho para o destino. Para cada roteador i:� envia 3 pacotes que alcançarão o roteador i no caminhopara o destino

� roteador i retorna pacotes para o emissor� Emissor marca tempo entre transmissão e chegada de resposta (reply).

3 probes

3 probes

3 probes

Introdução 1-62

Atrasos e rotas da Internet “Real”

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 to www.eurecom.frThree delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu

* means no response (probe lost, router not replying)

trans-oceaniclink

Introdução 1-63

Atrasos e rotas da Internet “Real”

C:\DOCUME~1\PASG>tracert www.g1.com.br

Rastreando a rota para www.g1.com.br [201.7.176.59]

com no máximo 30 saltos:

1 <1 ms <1 ms <1 ms bighead.cin.ufpe.br [172.17.33.254]

2 3 ms 3 ms 11 ms 200.133.0.45

3 1 ms <1 ms <1 ms ge-2-0-0-r1-pe.bkb.rnp.br [200.143.252.241]

4 9 ms 9 ms 9 ms so-1-0-0-r1-ba.bkb.rnp.br [200.143.252.37]

5 28 ms 27 ms 27 ms so-0-0-0-r1-rj.bkb.rnp.br [200.143.252.34]

6 33 ms 33 ms 33 ms so-0-1-0-r1-sp.bkb.rnp.br [200.143.252.21]

7 48 ms 51 ms 50 ms as10429.sp.ptt.br [200.219.130.8]

8 96 ms 81 ms * 200-153-6-62.bbone.tdatabrasil.net.br [200.153.6.62]

9 62 ms 63 ms 65 ms 200-159-18-42.customer.tdatabrasil.net.br [200.159.18.42]

10 * * * Esgotado o tempo limite do pedido.

11 * * * Esgotado o tempo limite do pedido.

12 129 ms 64 ms 61 ms 201.7.176.59

Rastreamento concluído.

traceroute: cin para www.g1.com.br3 medidas de atraso (probes)

* Significa sem resposta (probe perdido, roteador nãorespondeu, roteador não respondeu no tempo esperado)

Introdução 1-64

Perda de pacotes

� fila (buffer) precedendo enlace possuicapacidade finita

�Quando pacote chega e a fila está cheia, ele é descartado (lost/perda)

� Pacote perdido pode ser retransmitido pelonó anterior, pela fonte (end system) ou nãoser retransmitido

Introdução 1-65

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-66

“Camadas/Pilhas” de ProtocolosRedes são complexas! � muitas “partes”:

� hosts� roteadores� Enlaces de diversos tipos

� aplicações� protocolos� hardware, software

Pergunta:Há alguma esperança de conseguirmos organizara estrutura da rede?

Ou pelo menos a nossadiscussão sobre redes?

Introdução 1-67

Organização de uma viagem aérea

�Uma série de etapas

bilhete (compra)

bagagem (check-in)

portão (embarque)

decolagem

Roteamento do avião(aérovias)

bilhete (reclamação)

bagagem (recuperação)

portão (desembarque)

aterrissagem

Roteamento do avião (aérovias)

Roteamento do avião

Introdução 1-68

ticket (purchase)

baggage (check)

gates (load)

runway (takeoff)

airplane routing

Partida do aeroporto Chagada ao aeroportoCentros de controle

intermediários de tráfego aéreo

airplane routing airplane routing

ticket (complain)

baggage (claim

gates (unload)

runway (land)

airplane routing

ticket

baggage

gate

takeoff/landing

airplane routing

Camadas na funcionalidade aérea

Camadas: cada camada implementa um serviço� Através de suas próprias ações internas� Conta com serviços providos pela camadainferior

Introdução 1-69

Por que organizar em camadas?Lidando com sistemas compelxos:� Estrutura explícita permite a identificação e relacionamentodas partes do sistema complexo� Modelo de referência em camadas para discussão

� modularização facilita a manutenção e atualização do sistema� Mudança da implementação do serviço de uma camada étransparente para o resto do sistema

� e.g., mudança no procedimento no portão de embarque nãoafeta o resto do sistema

� Divisão em camadas pode ser considerada prejudicial?

Introdução 1-70

Pilha de protocolos Internet� aplicação: dá supoorte às aplicaçõesda rede� FTP, SMTP, HTTP

� transporte: transfefência de dados entre hosts (end systems)� TCP, UDP

� rede: roteamento de datagramas dafonte ao 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

Introdução 1-71

mansagemsegmento

datagramaquadro

fonteaplicaçãotransp.redeenlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

destino

aplicaçãotransp.redeenlacefísico

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

redeenlacefísica

enlacefísica

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M

HtHn M

HtHnHl M HtHnHl M

roteador

SwitchOucomutador

Encapsumento

Introdução 1-72

Agenda

1.1 O que é a Internet?1.2 Extremidade da rede1.3 Núcleo da rede1.4 Rede de acesso e meio físico1.5 Estrutura Internet e ISPs1.6 Atraso & perda em redes de comutaçãode pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço1.8 História

Introdução 1-73

História da Internet

� 1961: Kleinrock – teoria de filas mostra a efetividadeda comutação de pacotes

� 1964: Baran – comutaçãode pacotes em redesmilitares

� 1967: ARPAnet concebidapela Advanced Research Projects Agency

� 1969: 1º nó operacional daARPAnet

� 1972:� Demonstração pública da ARPAnet� Primeiro protocolo host a host -NCP (Network Control Protocol)

� 1º programa de e-mail� ARPAnet alcança 15 nós

1961-1972: início dos princípios da comutação de pacotes

Introdução 1-74

História da Internet

� 1970: rede de satéliteALOHAnet satellite no Hawaii

� 1974: Cerf and Kahn -arquitetura para interconexãode redes

� 1976: Ethernet na Xerox PARC

� Fim dos anos 70: arquiteturasproprietárias: DECnet, SNA, XNA

� Fim dos anos 70: comutaçãode pacotes de tamanho fixo(precursor ATM)

� 1979: ARPAnet atinge 200 nodes

Princípios de interconexão de redes de Cerf e Kahn:� minimalismo, autonomia –nenhuma mudança internanecessária parainterconectar redes

� Modelo de serviço de melhor esforço (best effort)

� Roteadores sem estado(stateless routers)

� Controle descentralizadodefine a arquitetura atual da

Internet

1972-1980: Interconexão de redes, redes novas e proprietárias

Introdução 1-75

História da Internet

� 1983: desenvolvimento do TCP/IP

� 1982: definição do protocolo smtp para e-mail

� 1983: definição do DNS para tradução de nomespara endereços IP

� 1985: definição do protocolo ftp

� 1988: controle de congestionamento TCP

� Novas redes: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

� 100.000 hosts conectadosem uma confederação de redes

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes

Introdução 1-76

História da Internet

� Início dos anos 90: ARPAnet encerrada

� 1991: NSF aumenta restriçõessobre o uso comercial da NSFnet(encerrado, 1995)

� Início dos anos 90: Web� hypertext [Bush 1945, Nelson anos 60]

� HTML, HTTP: Berners-Lee� 1994: Mosaic, Netscape� Fim dos anos 90: commercialização daWeb

Final dos anos 90 – iníciode 2000:

� “killer apps”: mensageminstantânea, compartilhamento de arquivos P2P

� Segurança de rede emdestaque

� Estimação de 50 milhões de hosts, + de 100 milhões de usuários

� Enlaces do backbone oferecendo Gbps

1990, 2000: comercialização, Web, novas aplicações

Introdução 1-77

Introdução 1-78

História da Internet Brasileira

� Objetivo: construção de umainfra-estrutura de redeInternet nacional para a comunidade acadêmica

� 1991: a rede começa a ser montada

� 1994: rede atinge todas as regiões do país

� 2000-2001: a rede é atualizadapara suportar aplicaçõesavançadas� Desde então o backbone RNP possui pontos de presença emtodos os estados

2005:� Modernização do backbone com enlaces ópticosoperando a vários gigabits por segundo

1989 – Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) cria a RNP

Introdução 1-79

Mapa do Backbone da RNPF

on

te: http

://ww

w.rn

p.b

r/back

bo

ne/

Mapa atual do backbone RNP

Introdução 1-80

Estatística de Tráfego no Backbone RNP (Pernambuco)

Fonte:http://www.rnp.br (22-10-2006)

Introdução 1-81

Introdução: Sumário

Foi coberto uma tonelada de material!

� Visão geral da Internet� O que é um protocolo?� Borda e núcleo da rede, rede de acesso� Comutação de pacotes versus comutação de circuitos

� Estrutura Internet/ISP� desempenho: perda, atraso� Modelos de serviço e camadas� história

Você possui agora:� contexto, visão gerale “sentimento” sobreredes

� Mais detalhesposteriormente no curso!