O que é a Internet Periferia da rede Interior da rede · • O que é a Internet ... que controlam a emissão e recepção de mensagens local ISP company network regional ISP

1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.1

Introdução

• O que é a Internet

• Periferia da rede

• Interior da rede– Comutação de circuitos

– Comutaçao de pacotes (“store-and-forward”)

• Desempenho: perdas e atraso

• Camadas de protocolos e serviços

• Algumas notas históricas sobre a Internet


O que é a Internet: componentes

• Milhões de sistemas computacionaisinterligados,

que executam aplicações de rede (network apps)

• Canais físicos de comunicação– cobre, fibra, radio

• Nós de encaminhamento (routers),que propagam os pacotes de dados através da rede

• Protocolos,– e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

que controlam a emissão e recepção de mensagens

local ISP

companynetwork

regional ISP

router workstationserver

mobile


O que é a Internet: componentes

Internet:estrutura, hierarquicamente fraca, que

engloba todos os componentes:– Sistemas computacionais terminais

– Canais físicos de comunicação

– Nós de encaminhamento

– Protocolos

Internet standards– RFC: Request For Comments

– IETF: Internet Engineering Task Force

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router workstationserver

mobile


O que é a Internet: serviços

• A infraestrutura de comunicaçãopossibilita a execução de aplicações distribuídas:

– WWW,

– e-mail,

– comércio electrónico,

– voto electrónico

– jogos

– ...

• Serviços de comunicações:– não orientados à ligação

(connectionless)

– orientados à ligação (connection-oriented)


Estrutura de rede

• Periferia da rede:– computadores (hosts)

• aplicações

– Redes de acesso• residencial [ISDN (hoje, pouco

usado), ADSL, cabo]

• institucional [LAN – Ethernet e variantes],

• móvel [WLAN]

• Interior da rede: – nós de encaminhamento (routers)

– rede de redes


Periferia da rede

• Sistemas terminais, computadores (hosts)

executam aplicações, e.g. WWW, teleconferência, etc.

– Modelo cliente/servidora parte cliente faz pedidos que são respondidos

pelo servidor, e.g. servidor de e-mail.

– Modelo par-par (peer-peer)a interacção entre as partes é simétrica, e.g.

telefone sobre Internet


Periferia da rede: serviço de transporte

Serviço orientado à ligação• transmissão fiável (sem erros e

com garantia de preservaçãoda ordem)

• controlo de fluxo:

• controlo de congestionamento:

Internet:TCP [RFC 793] - Transmission Control

Protocol

Objectivo: transferência de dados entre sistemas terminais.

Serviço não orientado à ligação• transmissão sem garantia de

fiabilidade

• sem controlo de fluxo:

• sem controlo de congestionamento:

Internet:

UDP [RFC 768] - User Datagram Protocol


Interior da rede (network core)

• Malha de nós de encaminhamento(routers) interligados

• Como se comunicam os dados através da rede?– Comutação de circuitos: um

circuito dedicado por ligação (redetelefónica actual)

– Comutação de pacotes: blocos de dados (pacotes) são transmitidosindividualmente através da rede


Comutação de circuitos

Reserva de recursos extremo-a-extremo para cada“chamada”

• necessário o estabelecimento de cada “chamada”

• largura de banda do canal garantida (qualidade constante)

• ausência de partiha durante uma“chamada”


Comutação de circuitos

Largura de banda do canal dividida em partes

– divisão na frequência (FDM)

– divisão no tempo (TDM)


Comutação de pacotesO conjunto de dados a transmitir é dividido em pacotes• os pacotes dos diversos utilizadores partilham o mesmo canal

• cada pacote usa toda a largura de banda do canal

• os recursos são usados apenas quando é necessário

Utilização dos recursos• a procura agregada de recursos pode exceder a quantidade disponível

• congestionamento: quando os pacotes esperam em fila até seremtransmitidos no canal (em cada nó ou router)

• “store and forward”: os pacotes percorrem um salto de cada vez– transmissão numa ligação

– espera pela vez na próxima ligação


Comutação de pacotes

A

B

C10 MbsEthernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

statistical multiplexing

queue of packetswaiting for output

link


Comutação de circuitos versus Comutação de pacotes

• Ligação de 1 Mbit

• cada utilizador: – 100Kbps quando activo

– activo 10% do tempo

• comutação de circuitos: – Permitiria 10 utilizadores

• comutação de pacotes: – com 35 utilizadores, a

probabilidade > 10 activos seriamenor que .0004

Comutação de pacotes permite maior número de utilizadores!

N users1 Mbps link


Comutação de circuitos versus Comutação de pacotes

• Vantagens:– partilha de recursos

– não há necessidade de estabelecer um circuito físico

• Desvantagens:– Congestionamento excessivo: perda e atraso de pacotes

• há necessidade de definir protocolos para transmissão fiável e controlo de congestionamento

– Como fornecer um serviço garantido do tipo circuito? (problema em aberto)

A comutação de pacotes é necessariamente melhor?


Comutação de pacotes: encaminhamento

• Objectivo: transmitir pacotes entre nós desde a origem ao destino

• Rede de datagramas : – o endereço de destino determina o caminho a seguir em cada salto

– o caminho pode mudar durante uma sessão

• Rede de circuitos virtuais: – cada pacote contém um rótulo (ID do circuito virtual) que determina o caminho

– o caminho entre origem e destino é determinado no estabelecimento do circuitovirtual e mantém-se fixo

– os nós da rede guardam o estado de cada circuito virtual


Comutação de pacotes: atraso

Os pacotes sofrem atraso nacomunicação extremo a extremo

• Há 4 fontes de atraso em cadasalto

• processamento no nó: – verificação de erros

– determinação da saída

• fila de espera– depende do estado do nó

• transmissão

• propagação

A

B

propagation

transmission

nodalprocessing queueing


Internet: pilha de protocolos

• aplicação: suporte a aplicações de rede– ftp, smtp, http

• transporte: transferência de dados extremo a extremo

– tcp, udp

• rede: encaminhamento de datagramas daorigem até ao destino

– ip, algoritmos de encaminhamento

• ligação de dados: transferência de dados entreelementos de rede vizinhos

– ppp, ethernet

• físico: transferência de bits no canal físico

application

transport

network

link

physical


Internet: comunicação lógica

applicationtransportnetwork

linkphysical


linkphysical application

transportnetwork

linkphysical


linkphysical

networklink

physical

Cada camada:

contém entidadesdistribuídas queexecutam funções em cada nó trocandomensagens com osseus pares


Internet: comunicação lógica


linkphysical


linkphysical application

transportnetwork

linkphysical


linkphysical

networklink

physical

data

dataExemplo: transporte• recebe dados da

aplicação

• junta endereços, verificação de erros e forma um pacote

• envia o pacote ao seupar

• espera que o seu par lhe envie confirmação

data

transport

transport

ack


Internet: comunicação física (real)


linkphysical


linkphysical


linkphysical


linkphysical

networklink

physical

data

data


Divisão em camadasEm geral, cada camada faz o seguinte:

• recebe dados do nível acima

• junta um cabeçalho

• envia o novo conjunto de dados para o nível abaixo


linkphysical


linkphysical

source destinationMMMM

Ht

HtHnHtHnHl

messagesegmentdatagramframe


Internet History

• 1961: Kleinrock - queueingtheory shows effectiveness of packet-switching

• 1964: Baran - packet-switching in military nets

• 1967: ARPAnet conceived by Advanced Research Projects Agency

• 1969: first ARPAnet node operational

• 1972:– ARPAnet demonstrated publicly

– NCP (Network Control Protocol) first host-host protocol

– first e-mail program

– ARPAnet has 15 nodes

1961-1972: Early packet-switching principles


Internet History

• 1970: ALOHAnet satellite network in Hawaii

• 1973: Metcalfe’s PhD thesis proposes Ethernet

• 1974: Cerf and Kahn - architecture for interconnecting networks

• late 70’s: proprietary architectures: DECnet, SNA, XNA

• late 70’s: switching fixed length packets (ATM precursor)

• 1979: ARPAnet has 200 nodes

Cerf and Kahn’s internetworking principles:

– minimalism, autonomy - no internal changes required to interconnect networks

– best effort service model

– stateless routers

– decentralized control

define today’s Internet architecture

1972-1980: Internetworking, new and proprietary nets


Internet History

• 1983: deployment of TCP/IP

• 1982: smtp e-mail protocol defined

• 1983: DNS defined for name-to-IP-address translation

• 1985: ftp protocol defined

• 1988: TCP congestion control

• new national networks: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel

• 100,000 hosts connected to confederation of networks

1980-1990: new protocols, a proliferation of networks


Internet History

• Early 1990’s: ARPAnetdecomissioned

• 1991: NSF lifts restrictions on commercial use of NSFnet(decommissioned, 1995)

• early 1990s: WWW– hypertext [Bush 1945, Nelson

1960’s]

– HTML, http: Berners-Lee

– 1994: Mosaic, later Netscape

– late 1990’s: commercialization of the WWW

Late 1990’s:• est. 50 million computers on

Internet

• est. 100 million+ users

• backbone links runnning at 1 Gbps

1990’s: commercialization, the WWW


Número de sistemas terminais na Internet

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