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1: Introdução 1
Redes de Computadores e Internet
transparências baseadas no livro“Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet”
James Kurose e Keith Rosshttp://occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbooks/kurose-ross1/
1: Introdução 2
Serviços Necessários à Comunicação
• CASO 1: Como enviar informações entre um terminal e um computador ?• Enviar unidades binárias (BInary uniT = BIT) em série ou paralelo• Codificação dos BITs (representação para 0 e 1 e duração de cada
bit)• Codificação dos caracteres (ex.: ASCII, EBCDIC)• Sincronização entre emissor e receptor• Tratamento de erros de transmissão• Controle de fluxo• Estabelecer regras de troca de dados (protocolo)
terminal
computador central
1: Introdução 3
Serviços Necessários à Comunicação
• Múltiplos terminais• Surge necessidade de endereçamento
terminais
computador central
1: Introdução 4
Parte I: IntroduçãoVisão geral:• o que é Internet• o que é um protocolo?• borda da rede• núcleo da rede• rede de acesso, meio físico• desempenho: perdas, atrasos• camadas de protocolo, modelos
de serviço• backbones, NAPs, ISPs• histórico
1: Introdução 5
O que é Internet: visão “componentes”
• milhões de dispositivos computacionais conectados: hosts, sistemas finais
o workstations, servidoreso telefones PDAs, torradeirasexecutando aplicações de
rede• links de comunicação
o fibra, cobre, rádio, satélite• roteadores: passam adiante
(forward) pacotes de dados através da rede
ISP local
redecorporativa
ISP regional
roteador estação trabalhoservidor
móvel
1: Introdução 6
O que é Internet: visão “componentes”
• protocolos: envio e recepção de msgs
o e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP• Internet: “rede de redes”
o aproximadamente hierárquica
• Padrões Interneto RFC: Request for commentso IETF: Internet Engineering
Task Force
local ISP
companynetwork
regional ISP
router workstationserver
mobile
1: Introdução 7
O que é Internet: visão “de serviços”• infraestrutura de
comunicação possibilita aplicações distribuídas:
o WWW, email, jogos, e-commerce, database, votações, compartilhamento de arquivos (MP3)
• serviços de comunicação fornecidos:
o sem conexãoo orientada a conexão
1: Introdução 8
O que é protocolo?protocolos humanos:• “que horas são?”• “Eu tenho uma
questão”
… msgs específicas enviadas
… ações específicas tomadas quando msgsrecebidas, ou outros eventos
protocolos de rede:• máquinas em vez de
humanos• toda atividade de
comunicação na Internet governada por protocolos
protocolos definem formatos, ordens de mensagens enviadas e
recebidas entre entidades de rede, e ações tomadas
1: Introdução 9
O que é protocolo?um protocolo humano e um protocolo computacional de rede:
Q: Outro protocolo humano?
Oi
Oi
Tem horas?
2:00
requisiçãoconexão TCP
conexão TCPresposta.
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
<arq>tempo
1: Introdução 10
Estrutura de rede:
• borda da rede: aplicações e hosts
• núcleo da rede:o roteadoreso rede de redes
• redes de acesso, meios físicos: links de comunicação
1: Introdução 11
A borda da rede:• sistemas finais (hosts):
o executam programas deaplicação
o e.g., WWW, e-mailo situam-se na “borda da rede”
• modelo cliente/servidoro cliente host faz requisições,
recebem serviços do servidoro e.g., WWW cliente (navegador)/
servidor; e-mail cliente/servidor
• modelo par-a-par:o interação simétrica entre hostso e.g.: Gnutella, KaZaA
1: Introdução 12
Borda da rede: serviço orientado a conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas.
• handshaking: setup(prepara para) transferência de dados
o Alô, alô protocolo humano de telefone
o setup “estado” em dois hosts se comunicando
• TCP - Transmission Control Protocol
o Serviço orientado a conexões da Internet
serviço TCP [RFC 793]• confiável, transferência de
dados ordenada byte-streamo perdas: acknowledgements
(reconhecimentos) e retransmissões
• controle de fluxo:o emissor não pode “oprimir”o
receptor• controle de congestão
o emissores “reduzem a taxa de envio” qdo a rede está congestionada
1: Introdução 13
Borda da rede: serviço sem conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais
o mesmo que o anterior!• UDP - User Datagram
Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet
o transferência de dados não-confiável
o sem controle de fluxoo sem controle de
congestão
Aplics usando TCP:• HTTP (WWW), FTP (transf.
arq.), Telnet (login remoto), SMTP (email)
Aplics usando UDP:• streaming media,
teleconferencing, Internet telephony
1: Introdução 14
O núcleo da rede
• malha de roteadores interconectados
• questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede?
o comutação (chaveamento) de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica
o comutação de pacotes:dados enviados através da rede em “pedaços”
1: Introdução 15
Núcleo da rede: comutação de circuitos
Recursos fim a fim reservados por chamada
• largura de banda no enlace (link), capacidade no switch
• recursos dedicados: sem compartilhamento
• desempenho garantido• requer setup na
chamada
1: Introdução 16
Redes de pacotes: roteamento
• Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem para destino
o iremos estudar algoritmos de roteamento• rede datagrama:
o endereço de destino determina próximo hopo rota pode mudar durante sessãoo analogia: dirigir perguntando direção
• rede de circuito virtual:o cada pacote carrega um tag (virtual circuit ID), que
determina o próximo hopo caminho fixo determinado em tempo de setup de chamada,
permanece fixo durante chamadao roteadores mantêm estado por chamada
1: Introdução 17
Redes de acesso e meios físicosQ: Como conectar sistemas finais
aos roteadores de borda?• redes de acesso residencial• redes de acesso institucional
(escola, companhia)• redes de acesso móveis
Tenha em mente: • bandwidth (bits por segundo)
da rede de acesso?• compartilhados ou dedicados?
1: Introdução 18
Acesso residencial: acesso ponto a ponto
• Discagem via modemo até 56Kbps acesso direto ao
roteador (conceitualmente)• ISDN: integrated services
digital network: 128Kbps conectados ao roteador
• ADSL: asymmetric digital subscriber lineo até 1 Mbps casa-roteadoro até 8 Mbps roteador-casao ADSL ainda em
desenvolvimento
1: Introdução 19
Acesso residencial: modens a cabo
• HFC: hybrid fiber coaxo assimétrico: até 10Mbps downstream, 1 Mbps
upstream• rede de cabo e fibra interliga casas ao
roteador ISPo acesso compartilhado ao roteadoro questões: congestionamento,
dimensionamento• disponíveis através de companhias de cabo
1: Introdução 20
Acesso institucional: redes locais
• local area network (LAN) conectam sistemas finais a roteador de borda
• Ethernet:o cabo compartilhado ou
dedicado conecta sistema final e roteador
o 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet
1: Introdução 21
Redes de acesso sem fio
• rede de acesso sem fioe compartilhada conecta sistema final ao roteador
• wireless LANs:o espectro de rádio
substitui fioo e.g., Lucent Wavelan 11
Mbps• wider-area wireless
accesso CDPD: acesso sem fio ao
roteador ISP via rede celular
estaçãobase
hostsmóveis
roteador
1: Introdução 22
“Camadas” de protocolosRedes são complexas! • muitas “peças”:
o hostso roteadoreso vários tipos de linkso aplicaçõeso protocoloso hardware, software
Questão:Existe alguma esperança em
organizar a estrutura de rede?
Ou pelo menos a discussão sobre redes?
1: Introdução 23
Por que usar camadas?Para lidar com sistemas complexos:• estrutura explícita permite identificar o
relacionamento entre peças do sistema complexoo modelo de referência em camadas facilita discussão
• modularização facilita manutenção e atualização do sistema
o mudança na implementação de serviços de camadas transparentes para o resto do sistema
• uso de camadas pode ser prejudicial?
1: Introdução 24
Organização de viagens aéreas
• uma série de passos
passagem (compra)
bagagem (entrega)
portão (embarque)
decolagem
roteamento do avião
passagem (reclama)
bagagem (recupera)
portão (desembarque)
aterrissagem
roteamento do aviãoroteamento do avião
1: Introdução 25
Organização de viagens aéreas: outra visão
Camadas: cada camada implementa um serviçoo através das ações internas da própria camadao uso dos serviços providos pela camada inferior
passagem (compra)
bagagem (entrega)
portão (embarque)
decolagem
roteamento do avião
passagem (reclama)
bagagem (recupera)
portão (desembarque)
aterrissagem
roteamento do aviãoroteamento do avião
1: Introdução 26
Viagens aéreas em camadas: serviços
entrega balcão a balcão de passageiros/bagagem
entrega de bagagem do check-in à esteira
entrega pessoas: p. embarque ao p. desembarque
entrega de avião: aeroporto a aeroporto
roteamento do avião da origem ao destino
1: Introdução 27
Implementação distribuída da funcionalidade da camada
Aer
opor
to d
e em
barq
ue
Aer
opor
to d
e de
sem
barq
ue
locais intermediários de tráfego aéreo
roteamento do avião
passagem (compra)
bagagem (entrega)
portão (embarque)
decolagem
roteamento do avião
passagem (reclama)
bagagem (recupera)
portão (desembarque)
aterrissagem
roteamento do avião
roteamento do avião
roteamento do avião
1: Introdução 28
Pilha de protocolos da Internet• aplicação: suporta aplicações de rede
o ftp, smtp, http• transporte: transferência de dados entre
hostso tcp, udp
• rede: roteamento de datagramas da origem para destino
o ip, protocolos de roteamento• enlace: transferência de dados entre
elementos de rede “vizinhos”o ppp, ethernet
• física: bits “no fio”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
1: Introdução 29
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica aplicação
transporterede
enlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
Cada camada:• distribuída• “entidades”
implementam funções de camadas em cada nó
• entidades executam ações, trocam mensagens com seus pares
1: Introdução 30
Camadas: comunicação logica
aplicaçãotransport
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica aplicação
transporterede
enlacefísica
aplicaçãotransport
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dadosE.g.: transporte• pega dados da
aplic.• adiciona endereço,
informação de confiabilidade p/ formar “datagrama”
• envia datagramapara seu par
• espera confirmação de recepção de seu par
• analogia: correio
dados
transporte
transporte
ack
1: Introdução 31
Camadas: comunicação física
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
redeenlacefísica
dados
dados
1: Introdução 32
Protocolo em camadas e dados
Cada camada recebe dados da camada acima• adiciona cabeçalho de informação para criar nova
unidade de dados• passa nova unidade de dados para camada abaixo
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
origem destinoMMMM
Ht
HtHnHtHnHl
MMMM
Ht
HtHnHtHnHl
mensagemsegmento
datagramaframe
1: Introdução 33
Estrutura da Internet: rede de redes
• mais ou menos hierárquica• national/international backbone
providers (NBPs)o e.g. Embratel, BBN/GTE,
Sprint, AT&T, IBM, UUNeto interconecta cada par com
outro privativamente, ou em um Network Access Point (NAP) público
• ISPs regionais o conecta em NBPs (ex. Telesc)
• ISP local, companhiao conecta em ISP regional (ex.
UOL, UFSC)
NBP A
NBP B
NAP NAP
regional ISP
regional ISP
localISP
localISP
1: Introdução 34
Exemplo: Backbone da Rede Nacional de Pesquisa - RNP
1: Introdução 35
História da Internet
• 1970: ALOHAnet rede via satélite em Havaí
• 1973: tese de doutorado de Metcalfe propõe Ethernet
• 1974: Cerf and Kahn -arquitetura para interligarredes
• fim dos 70: arquiteturasproprietárias: DECnet, SNA, XNA
• fim dos 70: comutação de pacotes de tamanho fixo(precursor do ATM)
• 1979: ARPAnet tem 200 nós
Cerf and Kahn: princípios de inter-redes:
o minimalismo, autonomia- nenhuma mudança interna necessária parainterligar redes
o modelo de serviço de melhor esforço
o roteadores sem estadoo controle
descentralizadodefinem a arquitectura da
Internet de hoje
1972-1980: Inter-redes, redes novas e proprietárias
1: Introdução 36
História da Internet
• 1983: implantação de TCP/IP
• 1982: definição do protocolo smtp(correio)
• 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP
• 1985: definição do protocolo ftp
• 1988: TCP: controle de congestionamento
• novas redes nacionais: Csnet, BITnet,NSFnet, Minitel
• 100,000 hospedeirosligados à confederação de redes
• Brasil - início da BITnet em 1988 (LNCC e FAPESP)
• Brasil - início da UUCP em 1989 (Alternex)
1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
1: Introdução 37
História da Internet
• Início dos 1990: fim da ARPAnet
• 1991: NSF remove restriçõesem uso comercial da NSFnet(aposentada, 1994)
• início dos 1990: WWWo hypertexto [Bush 1945,
Nelson 1960’s]o HTML, http: Berners-Leeo 1994: Mosaic, depois
Netscapeo fim dos 1990:
comercialização da WWW
Fim dos 1990:• est. 50 milhões de
computadores naInternet
• est. 100 milhões+ de usuários
• enlaces backbone funcionando em 1 Gbps
1990’s: commercialização, WWW
1: Introdução 38
A Internet no Brasil
Pequena cronologia• 1991 - rede TCP/IP
experimental (SP, RJ, RS) até 9.600 bps
• 1992 - Rede-Rio, ANSP, RNP até 64 kbps
• 1994/5 - RNPv2, com enlaces de 2 Mbps
• 1994/5 - abertura comercial, Embratel, Comitê Gestor
• 1999 - criação das ReMAVs, Rede-Rio 2, enlaces de 155 Mbps
• 1999 - novo backboneda Rede-UFF 622 Mbps
• 2000 - backbone ATM da RNP2
• 2001 - conexão internacional em 155 Mbps
1: Introdução 39
Capítulo 1: SumárioCobrimos muita
matéria!• visão geral da Internet• o que que é um protocolo?• Borda e núcleo de rede,
rede de acesso• desempenho: perdas,
retardo• modelos de camadas e
serviços• backbones, PTTs,
provedores• história• redes ATM
Com sorte, você jáadquiriu:
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