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Técnico de Manutenção e Suporte em Informática Fundamentos de Redes de ComputadoresUnidade 1– Redes de Computadores e a Internet
Prof. Leandro Cavalcanti de [email protected]
@leandrocalmeidaEsta apresentação é uma adaptação do material disponibilizado por James F. Kurose e Keith W. Ross
Livro Texto
O que é a Internet?
Componentes de hardware e software
Oferece serviços para aplicações distribuídas
Componentes
Sistemas finais, servidores, telefones, ISPs, roteadores, fibra óptica, satélite,
comutadores, rotas,aplicações, links, pacotes,...
Componentes
IP picture framehttp://www.ceiva.com/
Web-enabled toaster +weather forecaster
World’s smallest web serverhttp://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Internet phones
Serviços para aplicações ditribuídas
Serviço de AplicaçõesDistribuídas
SERVIDORCLIENTE
Requisição
Resposta
Modelo Cliente-Servidor
HTTP
Protocolo
Protocolo“Um protocolo define o formato e a
ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais entidades comunicantes,
bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento de
uma mensagem ou outro evento”James F. Kurose and Keith W. Ross
Tempo Tempo
Oi
Oi
Que horas são, por favor?
Oi
2h00
Tempo Tempo
Solicitação de conexão TCP
GET www.site.com/index.html
<index.html>
Resposta de conexão TCP
Periferia da Internet - Borda
Periferia da Internet - Borda
- Sistemas finais:- Executam aplicações:
web, email,...- Programas cliente/servidor: requisições de clientes,...- P2P
- Skype, BitTorrent
client/server
peer-peer
Periferia da Internet - Borda
Redes de Acesso- Dial up- DSL- Cabo- FTTH- Ethernet- Wifi- ...
client/server
peer-peer
Dial-up (Discado)ComputadorResidencial
Modem Discado residencial
Rede Telefônica
Modem do ISP
InternetCaracterísticas- Linha telefônica analógica- O modem converte o sinal analógico em digital e vice-versa- Taxa máxima de 56 kbps - Acesso bloqueia a linha telefônica
DSL – Digital Subscriber Line
ComputadorResidencial
Modem DSL
Telefone Residencial
DSLAM
Rede Telefônica
Internet
Características- Linha digital- Possui um multiplexador digital de acesso (DSLAM)- Velocidades de até 55 Mpbs- Acesso não bloqueia a linha telefônica
Cabo
home
cable headend
cable distributionnetwork (simplified)
Características- Cabos coaxiais- Utiliza a infraestrutura de televisão a cabo- Utiliza o modem a cabo- Canal é compartilhado- Assimétrico
FTTH – Fiber To The HomeCaracterísticas- Fibra em casa
-Redes óticas ativas- Redes óticas passivas- Internet, TV e telefone
- Altas velocidades
ONT
ONT
ONTDistribuidor ótico
OLT
Rede do ISP
InternetONT = Terminal de Rede óticaOLT = Terminal de Linha ótica
Fibra
EthernetISP
Características- Redes locais conectam os sistemas finais ao roteador da periferia- Comutador ethernet- Altas velocidades
WifiInternet
Características- Padrão IEEE 802.11- Versões a, b, n, g,...- Canal compartilhado- Problemas com segurança- Alguns metros de alcance
Meios FíscosGuiados
Não Guiados
Guiados
Núcleo da Internet - Core
Núcleo da Internet - CoreQuestão fundamental...
Como os dados são transferidos na Internet?
Comutação de CircuitosX
Comutação de Pacotes
Núcleo da Internet - Core
Comutação de Circuitos● Recursos(buffer, taxa de transmissão,
enlaces,...) pré-alocados● Mantém o circuito ocupado até o fim da
comunicação● Utiliza multiplexação por divisão de
frequência(FDM) ou por tempo(TDM)● FDM: o enlace reserva uma banda de
frequência para cada conexão● TDM: o tempo é dividido em quadros de
duração fixa, e cada quadro é dividido em números de compartimentos(slots)
Núcleo da Internet - Core
Comutação de Circuitos
FDM
frequency
time
TDM
frequency
time
4 users
Example:
Núcleo da Internet - Core
Comutação de Circuitos
PerguntaQuanto tempo leva para enviar um arquivo de 640.000 bits do host A para o host B através de uma rede de comutação de circuitos?- Todos os links são 1,536 Mbps- Cada link utiliza TDM com 24 slots por segundo- 500 ms para estabelecer de ponta a ponta de circuito
Núcleo da Internet - Core
Comutação de Circuitos
Resposta.:- Tx = (1,536 Mbps)/24 = 64kbps, ou seja, cada circuito possui uma taxa de transmissão de 64kbps.- T= 640 kbps/64 kbps = 10s, ou seja, o tempo para transmitir um arquivo de 640.000 bps em um link de 64 kpbs é de 10 segundos.
Núcleo da Internet - CoreComutação de Pacotes
● Recursos alocados em tempo de execução, por demanda
● Cada pacote pode seguir caminhos independentes
● Surgimento de filas e atrasos● Utilização de buffers em
comutadores● Método mais inteligente
A
B
C100 Mb/sEthernet
1.5 Mb/s
D E
statistical multiplexing
queue of packetswaiting for output
link
Núcleo da Internet - CoreCalculando o atraso de fila nos comutadores...
Suponha que existe Q enlaces entre dois sistemas finais, cada um com uma taxa de Rbps. Você precisa enviar um pacote de L bits de um sistema A para outro B.1º enlace: A = L/Rpróximos enlaces: deve ser armazenado e reenviado Q – 1 vezes, logo... Q*L/R
Comutação de Pacotes
Estruturada Internet
ISP nível 1
ISP nível1
ISP nível 1
Interconexão entre provedores de nivel 1
Estrutura da InternetISP de nível 1- Grupo relativamente pequeno- Cobertura internacional- Velocidades altíssimas – Gbps- AT&T, Verizon,...
Estrutura da InternetISP de nível 2- ISPs menores- Cobertura regional- Se conectam a um ou mais ISPs de nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP nível 2
ISP nível 2 paga ao IPS nível 1 para se conectar ao restante da Internet
ISP nível 2 é cliente do provedor nível 1
ISPs de nível 2 também olham privadamente uns com os outros
Estrutura da InternetISP de nível 3- ISPs locais- Redes de acesso- Mais próxima dos sistemas finais
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP nível 2
localISP
localISP
localISP
localISP
localISP
ISP nível 3
localISP
localISP
localISP
ISPs locais de nível 3 são clientes de ISPs de camada mais alta, conectando-se ao restante da Internet
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISPTier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
localISPlocal
ISPlocalISP
localISP
localISP Tier 3
ISP
localISP
localISP
localISP
Estrutura da InternetUm pacote passa por muitas redes na Internet
Atrasos - Processamento Nodal- Fila- Transmissão- Propagação
A
B
Processamento nodal
Atraso de Processamento - Tempo para analisar o cabeçalho do pacote - Determinar para onde direcioná-lo - Verfificação e controle de erros em bits
Atrasos
A
B
Processamento nodal
Atraso de Fila - Tempo esperando no buffer de saída - Depende do tamanho da fila - Função da intensidade e da natureza do tráfego
Fila
Atrasos
A
B
Processamento nodal
Atraso de Transmissão - Tempo requerido para “empurrar” todos os bits do pacote para o enlace - O pacote só entra no atraso de transmissão depois que sair do atraso da fila - É L/R, onde L, tamanho do pacote, e R velocidade do enlace
Fila Transmissão
Atrasos
A
B
Processamento nodal
Atraso de Propagação - Tempo que o pacote leva de um roteador até o outro - O pacote se propaga na velocidade de propagação do enlace- É d/s, onde d é a distância e s é a velocidade de propagação
Fila Transmissão
Propagação
Atrasos
A
B
Processamento nodal
Fila Transmissão
Propagação
Atrasos
dnodal = dproc + dfila + d trans + dprop
dfaf = N(dproc + dtrans + dproc)
Onde,N -> nº de roteadores, dtrans=L/R -> L é o tamanho do pacote e R é a taxa de transmissão
Atraso fim a fim
Vazão está ligado com a taxa de transferência
Vazão nas Redes
Rs Rc
É a taxa (em bits/s) em que os bits são transferidos entre um emissor e receptorVazão Média = F/T, onde F é p tamanho do arquivo e T é o tempo
Ex.: Rs = Taxa do enlace servidor/roteadorRc = Taxa do enlace roteador/clienteSe Rs < Rc, então a vazão = RsSe Rs > Rc, então a vazão = Rc
Logo, a vazão é min{Rs,Rc} = Taxa do enlace de gargalo
Arquitetura em camadas
ticket (purchase)
baggage (check)
gates (load)
runway (takeoff)
airplane routing
departureairport
arrivalairport
intermediate air-trafficcontrol centers
airplane routing airplane routing
ticket (complain)
baggage (claim
gates (unload)
runway (land)
airplane routing
ticket
baggage
gate
takeoff/landing
airplane routing
Viagem de avião
Aplicação Aplicação
Transporte Transporte
Rede Rede
Enlace Enlace
Fisíca Fisíca
Modelo de camadas na Internet
Camada de Aplicação
- Transfere mensagens das aplicações de rede- FTP, SMTP, HTTP,...
Camada de Transporte
Transferência de segmentos fim a fim- TCP, UDP
Camada de Rede
- Roteamento de datagramas entre origem e destino
Camada de Enlace
Transferência de quadros entre elementos vizinhos da rede- PPP, Ethernet
Camada Física
Transferência de bits de um elemento para outro
Encapsulamento