Infra-Estrutura de Comunicação (IF678)cin.ufpe.br/~pasg/if678/modulo-1.pdf · 2013-01-18 · Introdução 1-3 Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Extremidade da rede 1.3 Núcleo

Introdução 1-1

Infra-Estrutura de Comunicação (IF678)

Módulo I

Fonte: kurose Adaptações : Prof. Paulo Gonçalves

[email protected] CIn/UFPE

Introdução 1-2

Introdução

Nosso Objetivo: terminologia Detalhamentos

durante 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, modelos

de serviço Modelagem de redes

Introdução 1-3

Agenda

1.1 O que é a Internet?

1.2 Extremidade da rede

1.3 Núcleo da rede

1.4 Rede de acesso e meio físico

1.5 Estrutura da Internet e ISPs

1.6 Atraso & perda em redes de comutação de pacotes

1.7 Camadas de protocolo, modelos de serviço

1.8 História

Introdução 1-4

O que é a Internet: infra-estrutura Milhões de dispositivos

computacionais conectados: hosts = end systems = extremidade

execuçao de aplicações de rede

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

banda passante

roteadores: encaminhamento de pacotes (pedaços de dados)

ISP local

Rede de uma empresa

ISP regional

roteador workstation

servidor 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 de uma empresa

ISP regional

roteador workstation

servidor 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, compartilhamento de arquivos

Serviços de comunicação proporcionados 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 tomadas quando msgs são recebidas ou outros eventos ocorrem

Protocolos de rede:

Máquinas ao invés de humanos

Toda atividade de comunicação na Internet é governada por protocolos

protocolos definem o formato, a ordem das

msgs enviadas e recebidas entre entidades de rede e

ações tomadas sobre transmissão e recepção

de msgs

Introdução 1-9

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

Q: Outros protocolos humanos?

Olá

Olá

Que horas são?

14:00

Pedido de conexão TCP

Resposta ao pedido de conexão

Get http://www.cin.ufpe.br

<arquivo>

tempo

Introdução 1-10

Agenda



1.3 Núcleo da rede


1.5 Estrutura Internet e ISPs



1.8 História

Introdução 1-11

Zoom na infra-estrutura de rede:

Extremidade da rede: 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):

Executam programas/aplicações

e.g. Web, email

na “extremidade da rede”

Modelo cliente/servidor Host cliente requisita/recebe

serviços 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 à conexão

Objetivo: transferência de dados entre end systems

handshaking: preparação (setup) para a transferência de dados Cumprimento entre

humanos

Estabelecimento de “estado” nos dois hosts comunicantes

TCP - Transmission Control Protocol Serviço orientado à

conexão 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 está congestionada

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



1.3 Núcleo da rede





1.8 História

Introdução 1-16

O núcleo da rede

Mesh de roteadores interconectados

a questão fundamental: como dados são transferidos através da rede?

Comutação de circuito: circuito dedicado por chamada: rede telefônica

Comutação de pacote: dados enviados através da rede em “pequenos pedaços”

Introdução 1-17

O núcleo da rede: Comutação de circuitos

Recursos fim-à-fim reservados para a “chamada”

Banda passante do enlace, capacidade de comutação

Recursos dedicados: não há compartilhamento

Desempenho garantido (semelhante a um circuito)

Estabelecimento de chamada (setup) necessário

Introdução 1-18

Núcleo da rede: Comutação de circuitos Recursos de rede (e.g.,

banda passante) dividido em “partes”

Partes alocadas às chamadas

Parte do recurso livre (idle) se não utilizada por quem fez a chamada (sem compartilhamento)

Divisão da banda passante do enlace em “partes”

Divisão de Frequência

Divisão de Tempo

Introdução 1-19

Comutação de circuitos: FDM e TDM

FDM – Frequency Division Multiplexing

frequência

tempo

TDM – Time Division Multiplexing

frequência

tempo

4 usuários

Exemplo:

Introdução 1-20

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? Enlace de 1.536 Mbps

O enlace usa FDM com 24 canais (frequências)

500 ms para estabelecer um circuito fim-à-fim

Um canal é alocado para cada par comunicante

Tentem calcular!

Introdução 1-21

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? Enlace de 1.536 Mbps

O enlace usa TDM com 24 slots/segundo

500 ms para estabelecer um circuito fim-à-fim

1 slot/segundo é alocado na comunicação de A para B

Tentem calcular!

Introdução 1-22

Núcleo da Rede: Comutação de pacotes Cada fluxo de dados fim-à-fim é

dividido em pacotes

Pacotes dos usuários A e B compartilham recursos de rede

Cada pacote usa a banda passante máxima do enlace

Recursos são usados quando necessário somente

Contenção de recursos:

Demanda agregada de recursos pode exceder a quantidade disponível

congestionamento: fila de pacotes, espera para uso do enlace

store and forward: pacotes atravessam um salto (hop) por vez Nó recebe um pacote

completo antes de reencaminhá-lo

Divisão da banda passante em “partes”

Alocação dedicada

Reserva de recursos

Introdução 1-23

Comutação de pacotes: Multiplexação Estatística

Sequência 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

C 100 Mb/s Ethernet

1.5 Mb/s

D E

Multiplexação estatística

Fila dos pacotes aguardando envio

Introdução 1-24

Comutação de pacotes versus comutação de 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 é menor que .0004

Comutação de pacotes permite que mais usuários utilizem a rede!

N usuários

Enlace de 1 Mbps

Q: como se chegou ao valor 0.0004?

Introdução 1-25


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 transferência confiável de dados, controle de congestionamento

Q: Como prover um comportamento semelhante aos circuitos?

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 para transmitir um pacote de L bits no enlace (R bps)

O pacote inteiro deve chegar ao roteador antes de poder ser transmitido para o próximo enlace: store and forward

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

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

R R R

L

Mais sobre atraso em breve …

Introdução 1-27

Redes de comutação de pacotes: encaminhamento (forwarding) Objetivo: “enviar” pacotes através dos roteadores

da origem até o destino Função do roteamento (estabelecimento de rotas)

Rede de datagramas: Endereço de destino no pacote determina o próximo salto

rotas 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 Redes

Redes de Telecomunicações

Redes de Comutação de Circuitos

FDM TDM

Redes de Comutação de Pacotes

Redes com VCs

Redes de Datagramas

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

Introdução 1-29

Agenda



1.3 Núcleo da rede


1.5 Estrutura da Internet e ISPs



1.8 História

Introdução 1-30

Redes de Acesso e Meio físico Q: Como conectar end

systems à roteadores de borda?

Redes de acesso residencial

Redes de acesso institucional (escola, empresas)

Redes de acesso móvel

Mantenha em mente:

Banda passante (bits por segundo) da rede de acesso?

Compartilhada ou dedicada?

Introdução 1-31

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

até 56Kbps no acesso direto ao roteador (frequentemente menos)

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 downstream 4 kHz - 50 kHz for upstream

0 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 ao roteador 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


casa

cable headend

cable distribution

network (simplificado)

Introdução 1-37


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 conecta end system à roteadores de borda

Ethernet: Enlace compartilhado ou

dedicado que conecta end system e roteadores

10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet

LANs: + em breve

Introdução 1-39

Redes de Acesso Sem Fio

acesso sem fio compartilhado conecta 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 geograficamente distribuído (wider-area wireless access) Serviço oferecido por operador

telecom

3G ~ 320 à 1100 kbps

GPRS/EDGE no Brasil • Quando chegaremos lá?

Ponto De

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 acesso Sem fio

Laptops com placa de acesso sem

fio

roteador/ firewall

cable modem

de/para cable

headend

Ethernet Geralmente integrados

em um único

equipamento

Introdução 1-41

Meio Físico

Bit: propagados entre pares de transmissores/receptores

Enlace físico: ligação entre o transmissor e o receptor

Meio guiado: sinais se propagam em meio

sólido: cobre, fibra, coaxial

Meio não guiado: sinais se propagam

livremente, e.g., rádio

Par trançado (TP – twisted pair)

2 fios de cobre isolados Categoria 3: fios de

telefone tradicionais, Ethernet 10 Mbps

Category 5: Ethernet 100Mbps (4 pares trançados mas apenas 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 vidro

transportando pulsos de luz, cada pulso 1 bit

Operação para altas velocidades: Transmissões ponto-à-

ponto de alta velocidade (e.g., 10’s-100’s Gbps)

Baixa taxa de erro: repetidores ao longo da linha; imune ao ruído eletromagnético

Introdução 1-43

Meio Físico: rádio

Sinal transportado no espectro eletromagnético

Nenhum fio “físico”

bidirecional

Efeitos do ambiente na propagação: 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 (ou

múltiplos canais menores)

Atraso fim-a-fim de 270 ms

geossícronos versus de baixa altitude

Introdução 1-44

Agenda



1.3 Núcleo da rede





1.8 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), cobertura nacional/internacional

Tratam outros como iguais

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

provedores Tier-1 se interconectam privadamente (peer)

NAP

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

Introdução 1-46

ISP Tier-1: e.g., Sprint

Rede backbone da Sprint US

Seattle

Atlanta

Chicago

Roachdale

Stockton

San Jose

Anaheim

Fort Worth

Orlando

Kansas City

Cheyenne New York

Pennsauken Relay Wash. 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

http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=MKmJrDs0nnk

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 ISP Tier-2 ISP


Tier-2 ISP

ISP Tier-2 paga ISP tier-1 para ter conectividade com o resto da Internet ISP tier-2 é cliente do provedor tier-1

ISPs Tier-2 também se interligam de forma privada entre si, se interconectam na 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 ISP

ISP local ISP

local ISP local

ISP local

ISP

local Tier 3 ISP

ISP local

ISP local

ISP local

ISPs locais end tier- 3 são clientes de ISPs tier de maior hierarquia que os conecta ao resto da Internet

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 ISP

ISP local ISP

local ISP local

ISP local

ISP local Tier 3

ISP

ISP local

ISP local

ISP local

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



1.3 Núcleo da rede





1.8 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 são descartados (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

Processamento no nó fila

2. fila Tempo aguardando

transmissão pelo enlace de saída

depende do grau de congestionamento do roteador

Introdução 1-56

Atraso em redes de comutação de pacotes 3. 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 propagação no meio (~2x108 m/sec)

Atraso de propagação = d/s

Nota: “s” e “R” são coisas completamente diferentes!

A

B

propagação

transmissão

Processamento no nó fila

Introdução 1-57

Analogia da caravana

Carros “se propagam” a 100 km/h

Pedágio leva 12 sec para servir um carro (tempo de transmissão)

carro~bit; caravana ~ pacote

Q: Quanto tempo leva para a caravana se alinhar antes do 2º pedágio?

Tempo para a caravana passar pelo 1º pedágio = 12*10 = 120 sec

Tempo até o último carro se propagar do 1º ao 2º pedágio: 100km/(100km/h)= 1 hr

Resp.: 62 minutos

pedágio pedágio Caravana de 10 carros

100 km 100 km

Introdução 1-58

Analogia da caravana (continuação)

Carros se “propagam” a 1000 km/h

Pedágio leva 1 min para servir um carro

Q: Carros chegarão ao 2º pedágio antes de todos os carros serem servidos no 1º pedágio?

Sim! Após 7 min, 1º carro no 2º pedágio e 3 carros ainda no 1º pedágio.

1º bit de um pacote pode chegar ao 2º roteador antes do pacote ser completamente transmitido pelo 1º roteador!

pedágio pedágio Caravana de 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 chegada de pacotes

Intensidade de tráfego = La/R

La/R ~ 0: atraso médio na fila é pequeno

La/R -> 1: atraso começa a se tornar significativo

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

Atraso médio

na fila

Introdução 1-61

Atraso, perdas e rotas na Internet “Real”

3 probes

3 probes

3 probes

Como é o atraso e a perda na Internet “real”?

Programa Traceroute: provê medidas de atraso de ida e volta

da fonte até cada roteador no caminho para o destino

Para cada roteador i:

envia 3 probes (pacotes) que alcançarão o roteador i no caminho para o destino

para cada probe recebido*, roteador i retorna uma resposta (pacote) para o emissor

Emissor marca tempo entre transmissão e chegada da resposta

Introdução 1-62

Atrasos e rotas da Internet “Real”

traceroute: cin para www.g1.com.br 3 medidas de atraso (probes)

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

C:\>tracert www.g1.com.br

Rastreando a rota para www.g1.com.br [186.192.90.5]

com no máximo 30 saltos:

1 <1 ms <1 ms <1 ms 172.20.3.254

2 1 ms <1 ms <1 ms 200.133.31.1

3 9 ms <1 ms <1 ms mxpe-lanpe-10g-int.bkb.rnp.br [200.143.255.193]

4 7 ms 4 ms 4 ms pe-al-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.122]

5 11 ms 8 ms 8 ms al-se-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.117]

6 19 ms 13 ms 13 ms se-ba-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.114]

7 30 ms 30 ms 30 ms ba-es-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.93]

8 40 ms 40 ms 40 ms es-rj-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.85]

9 44 ms 43 ms 43 ms as28604.rj.ptt.br [200.219.138.17]

10 * * * Esgotado o tempo limite do pedido.

11 41 ms 41 ms 41 ms 186.192.90.5

Rastreamento concluído.

Introdução 1-63

Perda de pacotes

fila (buffer) precedendo enlace possui capacidade finita

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

Pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pela fonte (end system) ou não ser retransmitido

Introdução 1-64

Agenda



1.3 Núcleo da rede





1.8 História

Introdução 1-65

“Camadas/Pilhas” de Protocolos

Redes são complexas!

muitas “partes”:

hosts

roteadores

Enlaces de diversos tipos

aplicações

protocolos

hardware, software

Pergunta: Há alguma esperança de

conseguirmos organizar a estrutura da rede?

Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?

Introdução 1-66

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 1-67

ticket (purchase)

baggage (check)

gates (load)

runway (takeoff)

airplane routing

Partida do aeroporto Chagada ao aeroporto Centros 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 camada inferior

Introdução 1-68

Por que organizar em camadas?

Lidando com sistemas compelxos: Estrutura explícita permite a identificação e relacionamento

das 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 é transparente para o resto do sistema

e.g., mudança no procedimento no portão de embarque não afeta o resto do sistema

Divisão em camadas pode ser considerada prejudicial?

Introdução 1-69

Pilha de protocolos Internet

aplicação: dá supoorte às aplicações da rede FTP, SMTP, HTTP

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

rede: roteamento de datagramas da fonte 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 1-70

mansagem segmento

datagrama

quadro

fonte aplicação transp. rede

enlace física

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht M

M

destino

aplicação transp. rede

enlace físico

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht M

M

rede enlace física

enlace física

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht Hn Hl M

Ht Hn M

Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M

roteador

Switch Ou comutador

Encapsulamento

Introdução 1-71

Agenda



1.3 Núcleo da rede





1.8 História

Introdução 1-72

História da Internet

1961: Kleinrock – teoria de filas mostra a efetividade da comutação de pacotes

1964: Baran – comutação de pacotes em redes militares

1967: ARPAnet concebida pela Advanced Research Projects Agency

1969: 1º nó operacional da ARPAnet

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 1-73


1970: rede de satélite ALOHAnet satellite no Hawaii

1974: Cerf and Kahn - arquitetura para interconexão de redes

1976: Ethernet na Xerox PARC

Fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA

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

1979: ARPAnet atinge 200 nodes

Princípios de interconexão de redes de Cerf e Kahn: minimalismo, autonomia –

nenhuma mudança interna necessária para interconectar redes

Modelo de serviço de melhor esforço (best effort)

Roteadores sem estado (stateless routers)

Controle descentralizado define a arquitetura atual da

Internet

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

Introdução 1-74


1983: desenvolvimento do TCP/IP

1982: definição do protocolo smtp para e-mail

1983: definição do DNS para tradução de nomes para endereços IP

1985: definição do protocolo ftp

1988: controle de congestionamento TCP

Novas redes: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

100.000 hosts conectados em uma confederação de redes

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes

Introdução 1-75


Início dos anos 90: ARPAnet encerrada

1991: NSF aumenta restrições sobre 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 da Web

Final dos anos 90 – início de 2000:

“killer apps”: mensagem instantânea, compartilhamento de arquivos P2P

Segurança de rede em destaque

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

Enlaces do backbone oferecendo Gbps

1990, 2000: comercialização, Web, novas aplicações

Introdução 1-76

Introdução 1-77

Foto de satélite mostra os Estados Unidos durante a noite, com concentração de

luzes na Costa Leste (Foto: NASA Earth Observatory/Reuters) - 2012

Alguma semelhança?

Introdução 1-78

História da Internet Brasileira

Objetivo: construção de uma infra-estrutura de rede Internet 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 atualizada para suportar aplicações avançadas Desde então o backbone RNP

possui pontos de presença em todos os estados

2005: Modernização do backbone com enlaces ópticos operando a vários gigabits por segundo

2010: Nova atualização do backbone com capacidade agregada aumentada em 280% e 24 dos 27 PoPs contam com enlaces de mais de 1 Gbps

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

Introdução 1-79

Mapa do Backbone da RNP

Fo

nte: h

ttp://w

ww

.rnp

.br/b

ackb

on

e/ Mapa do backbone RNP em 2006

Introdução 1-80

Mapa do Backbone da RNP

Fo

nte: h

ttp://w

ww

.rnp

.br/b

ackb

on

e/ Mapa do backbone RNP em 2011

Introdução 1-81

Atrasos e rotas da Internet “Real”

traceroute: cin para www.g1.com.br 3 medidas de atraso (probes)

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

C:\>tracert www.g1.com.br

Rastreando a rota para www.g1.com.br [186.192.90.5]

com no máximo 30 saltos:

1 <1 ms <1 ms <1 ms 172.20.3.254

2 1 ms <1 ms <1 ms 200.133.31.1

3 9 ms <1 ms <1 ms mxpe-lanpe-10g-int.bkb.rnp.br [200.143.255.193]

4 7 ms 4 ms 4 ms pe-al-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.122]

5 11 ms 8 ms 8 ms al-se-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.117]

6 19 ms 13 ms 13 ms se-ba-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.114]

7 30 ms 30 ms 30 ms ba-es-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.93]

8 40 ms 40 ms 40 ms es-rj-10g-oi.bkb.rnp.br [200.143.252.85]

9 44 ms 43 ms 43 ms as28604.rj.ptt.br [200.219.138.17]

10 * * * Esgotado o tempo limite do pedido.

11 41 ms 41 ms 41 ms 186.192.90.5

Rastreamento concluído.

Introdução 1-82

Estatística de Tráfego no Backbone RNP (Pernambuco)

Fonte:http://www.rnp.br (22-08-2011)

Panorama do tráfego

Introdução 1-83 22-08-2011

Introdução 1-84

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


Estrutura Internet/ISP

desempenho: perda, atraso

Modelos de serviço e camadas

história

Você possui agora: contexto, visão geral

e “sentimento” sobre redes

Mais detalhes posteriormente no curso!

TESTE SEUS CONHECIMENTOS

Introdução 1-85

Exercício 01

Introdução 1-86

10 Mbps

10 Mbps

Host A

Host B

Host C R1

100 Mbps

1 ms 10 ms

10 ms

Considere a rede de comutação de pacotes como apresentada na figura. Dois hosts A e

B estão conectados ao roteador R1, que por sua vez está conectado ao host C. A taxa

de transmissão de cada enlace e os atrasos de propagação são apresentados na figura.

Os roteadores são do tipo “store-and-forward” e possuem memória de 10 Kbytes para

armazenamento de pacotes na fila. Assuma que o tempo de processamento por pacote

em cada roteador seja de 1 μs e que este tempo seja somente gasto quando o pacote

alcançar o início da fila.

Exercício 01

Introdução 1-87

10 Mbps

10 Mbps

Host A

Host B

Host C R1

100 Mbps

1 ms 10 ms

10 ms

Assuma que inicialmente a rede esteja completamente vazia. O host A envia

consecutivamente dois pacotes de 1 KByte para o host C. Pergunta-se :

a) Qual o atraso total de propagação, em milisegundos, sofrido pelo primeiro pacote?

b) Qual o atraso total de transmissão, em milisegundos, sofrido pelo primeiro pacote?

c) Qual o atraso total de fila, em milisegundos, sofrido pelo primeiro pacote?

d) Qual o atraso total de processamento, em milisegundos, sofrido pelo primeiro

pacote?

Exercício 01

Introdução 1-88

10 Mbps

10 Mbps

Host A

Host B

Host C R1

100 Mbps

1 ms 10 ms

10 ms

e) Após quantos milisegundos, o primeiro pacote chega ao seu destino?

Exercício 01

Introdução 1-89

10 Mbps

10 Mbps

Host A

Host B

Host C R1

100 Mbps

1 ms 10 ms

10 ms

f) Qual o atraso total de propagação, em milisegundos, sofrido pelo segundo pacote?

g) Qual o atraso total de transmissão, em milisegundos, sofrido pelo segundo pacote?

h) Qual o atraso total de fila, em milisegundos, sofrido pelo segundo pacote?

i) Qual o atraso total de processamento, em milisegundos, sofrido pelo segundo pacote?

Exercício 01

Introdução 1-90

10 Mbps

10 Mbps

Host A

Host B

Host C R1

100 Mbps

1 ms 10 ms

10 ms

j) Após quantos milisegundos do início de sua transmissão, o segundo pacote chega ao

seu destino?

Exercício 02

Introdução 1-91

100 Mbps

100 Mbps

Host A

Host B

Host C R1

10 Mbps

10 ms 1 ms

1 ms

Repita o Exercício 01 considerando a rede abaixo.

Exercício 03

Considere os seguintes dados: O roteador R1 recebe em média 50 pacotes por segundo

Cada pacote possui tamanho de 1 KByte

O enlace de saída do roteador R1 é de 1 Mbps

O enlace de 1 Mbps está congestionado? Justifique matematicamente sua resposta.

Introdução 1-92

R1

1 Mbps

Exercício 04

Considere os seguintes dados: O roteador R1 recebe em média 110 pacotes por segundo

Cada pacote possui tamanho de 1 KByte

O enlace de saída do roteador R1 é de 1 Mbps

O enlace de 1 Mbps está congestionado? Justifique matematicamente sua resposta.

Introdução 1-93

R1

1 Mbps

Exercício 04

Para cada um dos seguintes destinos, execute 3 traceroutes em horas diferentes (manhã, tarde, noite) a partir de um mesmo computador. Destino 1: www.ufpe.br (Recife) // Destino 2: www.ufrj.br (Rio de Janeiro) // Destino 3: www.lip6.fr (Paris/França) // Destino 4: www.u-tokyo.ac.jp (Tókio/Japão). Guarde em arquivo os resultados.

a) Para cada destino, compare os três testes, verificando se o número de roteadores no caminho e as rotas permaneceram iguais. Caso tenha havido alteração, apresente uma possível justificativa para o ocorrido.

b) Para cada destino, calcule a média e o desvio padrão dos RTTs observados para o último salto

c) Compare a ordem de grandeza dos RTTs médios obtidos no item (b). Comente as diferenças observadas, tentando apresentar motivos plausíveis.

d) A partir de um dos testes para o Japão, tente identificar quais países estão na rota para este destino.

e) Explique o porquê da ocorrência de eventuais * na saída do traceroute.

f) Explique o porquê do RTT para um salto i+1 ser eventualmente menor do que o RTT observado para o salto i

Introdução 1-94

Dica: Pode ser necessário usar os serviços do site http://whois.domaintools.com

http://www.ufpe.br/

http://www.ufrj.br/

http://www.lip6.fr/

http://www.u-tokyo.ac.jp/



Exercício 05

Todas as rotas na Internet são bidirecionais (o caminho de ida é igual ao de volta) ? Justifique sua resposta.

Introdução 1-95

Exercício 06

Explique com suas próprias palavras o que é:

A. Internet

B. Protocolo de Comunicação

C. Controle de Fluxo (TCP)

D. Controle de Congestionamento (TCP)

E. Comutação de Circuitos (cite vantagens/desvantagens)

F. Comutação de Pacotes (cite vantagens/desvantagens)

Introdução 1-96

Documents

Infra-Estrutura de Comunicação (IF678)cin.ufpe.br/~pasg/if678/modulo-1.pdf · 2013-01-18 · Introdução 1-3 Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Extremidade da rede 1.3 Núcleo