1-introducao

Capítulo 1

Redes de Computadores e a Internet

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Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 2

nd

edition.

Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2002.

All material copyright 1996-2002 J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Versão em Português copyright 2003 Paulo Rogério Pereira. Introdução

1-1

Capítulo 1: Introdução Nosso Objectivo:

Sumário:

q contexto, visão geral,

q o que é a Internet?

“sentir” as redes

q mais profundidade,

detalhe ao longo do curso

q aproximação:

❍

descritiva

❍

utilizando a

Internet como exemplo

q o que é um protocolo? q periferia da rede q núcleo da rede q redes de acesso, meios físicos q estrutura da Internet/ISP q desempenho: perdas, atrasos q modelos de camadas de

protocolos e serviços

q história Introdução

1-2

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-3

O que é a Internet: componentes q milhões de sistemas

router

computacionais interligados:

❍

PCs, servidores

❍

PDAs, telefones

PC

servidor

portátil

ISP local

executam aplicações de rede q canais de comunicação

❍

fibra, cobre, rádio, satélite

❍

ritmo de transmissão

ISP regional

proporcional à

largura de banda q nós de encaminhamento

(routers): transmitem

pacotes (blocos de dados)

rede

empresarial Introdução

1-4

Equipamentos Internet “fixes”

Moldura IP http://www.ceiva.com/

Servidor web mais pequeno do mundo http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Torradeira+Estação meteorológica com interface web

Introdução

1-5

O que é a Internet: componentes q protocolos controlam o

router

envio, recepção de mensagens

❍

e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP

PC

servidor

portátil

ISP local

q Internet: “rede de redes”

❍

hierarquicamente fraca

❍

Internet pública versus

ISP regional

intranet privada

q Standards da Internet

❍

RFC: Request for comments

❍

IETF: Internet Engineering Task Force

rede

empresarial Introdução

1-6

O que é a Internet: serviços q a infra-estrutura de

comunicação permite

aplicações distribuídas:

❍

WWW, e-mail, jogos, comércio electrónico, bases de dados,

votações, partilha de ficheiros (mp3)

q serviços de comunicação

oferecidos às aplicações:

❍

sem ligação (connectionless)

❍

com ligação (connection-oriented)

q ciberespaço [Gibson]:

“uma alucinação consensual experimentada diariamente por milhões de operadores, em cada nação, ...."

Introdução

1-7

O que é um protocolo? protocolos humanos:

protocolos de rede:

q “que horas são?”

q máquinas em vez de

q “Eu tenho uma

pergunta”

q apresentações

… msgs específicas enviadas

… acções específicas realizadas quando

são recebidas msgs, ou outros eventos

humanos

q toda a actividade de

comunicação na Internet é governada por protocolos

Os protocolos definem o formato, ordem das msgs enviadas e recebidas entre as entidades de rede, e as acções na transmissão e recepção de msgs Introdução

1-8

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

Olá!

Pedido de

ligação TCP

Olá!

Aceitação de

Tens horas?

ligação TCP

2:00

Get http://www.awl.com/kurose-ross

tempo



Questão: Outros protocolos humanos? Introdução

1-9

Introdução

1-10

Estrutura da rede: q periferia da rede:

aplicações e máquinas

q núcleo da rede:

❍

routers

❍

redes de redes

q redes de acesso,

meios físicos: linhas de

comunicação

Dimensões das redes

Redes de área pessoal

Redes locais

Redes de área metropolitana Redes de área alargada A Internet

Classificação de processadores interligados pela escala.

Introdução

1-11

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-12

A periferia da rede: q sistemas terminais, (hosts):

❍

executam aplicações

❍

e.g. WWW, e-mail

❍

na “periferia da rede”

q modelo cliente/servidor

❍

o cliente faz pedidos, recebe

respostas de um servidor sempre ligado

❍

e.g. cliente WWW/servidor; cliente e-mail/servidor

q modelo par-par (peer-peer):

❍

pouco (ou nenhum) uso de servidores dedicados; interacção simétrica

❍

e.g. VoIP, Gnutella, KaZaA

Introdução

1-13

Periferia da rede: serviço com ligação Objectivo: transferência

de dados entre sistemas terminais

q handshaking: preparar

para a futura

Serviço TCP [RFC 793] q fiável, transferência de

dados como fluxo de bytes por ordem

❍

transferência de dados

❍

protocolo humano “Olá”, “Olᔠde resposta

❍

inicializa “estado” nos dois

(acknowledgements) e retransmissões

q controlo de fluxo:

❍

sistemas em comunicação q TCP - Transmission

Control Protocol

❍

Serviço com ligação da Internet

perdas: confirmações

o emissor não ultrapassa a capacidade do receptor

q controlo de congestão:

❍

emissores “reduzem o ritmo de transmissão” quando a rede está sobrecarregada

Introdução

1-14

Periferia da rede: serviço sem ligação Objectivo: transferência

de dados entre sistemas terminais

❍

tal como antes!

q UDP - User Datagram

Protocol [RFC 768]:

Serviço sem ligação da Internet

❍

transferência de

informação não fiável

❍

sem controlo de fluxo

❍

sem controlo de

Aplicações que usam TCP: q HTTP (WWW), FTP

(transferência de

ficheiros), Telnet (login remoto), SMTP (e-mail)

Aplicações que usam UDP: q fluxos de som/vídeo,

videoconferência, DNS, telefone via Internet

congestão

Introdução

1-15

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-16

O Núcleo da Rede q malha de nós de

encaminhamento (routers) interligados

q A questão fundamental: como

são transferidos os dados através da rede?

❍

comutação de circuitos: circuito dedicado por

chamada: rede telefónica

❍

comutação de pacotes:

dados enviados através da

rede em “blocos” distintos

Introdução

1-17

Introdução

1-18

Comutação de Circuitos Reserva de recursos

extremo a extremo

para cada “chamada” q largura de banda,

capacidade de comutação

q recursos dedicados: não

há partilha

q desempenho tipo circuito

(garantido)

q necessário

estabelecimento de ligação

Comutação de Circuitos recursos da rede (e.g., largura de banda)

dividida em “partes” q partes atribuídas a

q dividindo a largura de

banda das linhas em “partes”:

❍

divisão na frequência

chamadas

(FDM - Frequency

q parte de recursos

Division Multiplexing)

parada se não for

utilizada pela chamada (sem partilha)

multiplexagem por

❍

multiplexagem por divisão no tempo

(TDM - Time Division Multiplexing)

Introdução

1-19

Comutação de Circuitos: TDM e FDM

Exemplo: 4 utilizadores

FDM

frequência tempo TDM

frequência tempo

Introdução

1-20

Comutação de Pacotes cada fluxo de dados extremo a extremo é dividido em pacotes q os pacotes dos utilizadores

contenção na utilização dos recursos:

q a procura agregada de

recursos pode exceder a

A, B partilham os recursos da rede

q cada pacote usa toda a

quantidade disponível q congestão: pacotes

esperam para usar a

largura de banda da linha

q os recursos são

utilizados à

linha

q “store and forward”:

medida do necessário Divisão da banda em “partes” Recursos Dedicados Reserva de recursos

pacotes percorrem um salto de cada vez

❍

transmitir numa linha

❍

esperar a vez na

próxima linha Introdução

1-21

Multiplexagem Estatística Ethernet

A

10 Mbps

B

multiplexagem estatística

C

1.5 Mbps fila de espera de pacotes à espera de transmissão na linha

D

E

A sequência de pacotes de A & B não tem um padrão fixo

➨

multiplexagem estatística.

No TDM cada utilizador obtém o mesmo slot numa trama TDM em constante rotação.

Introdução

1-22

Comutação de pacotes versus Comutação de circuitos

A comutação de pacotes permite que mais utilizadores usem a rede!

q Linha de 1 Mbps q cada utilizador:

❍

100 kbps quando “activo”

❍

activo 10% do tempo

N utilizadores

q comutação de circuitos:

❍

10 utilizadores

Linha de 1 Mbps

q comutação de pacotes:

❍

com 35 utilizadores, a probabilidade de > 10

activos é inferior a .0004

Introdução

1-23

Comutação de pacotes versus Comutação de circuitos

A comutação de pacotes é necessariamente melhor? J

Óptimo para dados com rajadas

❍

partilha de recursos

❍

mais simples, não há necessidade de estabelecimento de ligação

L

Congestão excessiva: atraso e perda de pacotes

❍

são necessários protocolos para transferência

fiável de dados e controlo de congestionamento q Q: Como oferecer comportamento do tipo circuito?

❍

aplicações de áudio/vídeo precisam de garantias de largura de banda

❍

problema ainda por resolver (capítulo 6)

Introdução

1-24

Comutação de pacotes: store-and-forward L R

R

q Demora L/R segundos a

transmitir um pacote de

L bits numa linha de R bps q O pacote deve chegar

inteiro ao router antes de

R

Exemplo: q L = 7.5 Mbits q R = 1.5 Mbps q atraso = 15 seg

poder ser transmitido na próxima linha: store and forward q atraso = 3L/R

Comutação de Mensagens - Não há segmentação Introdução

1-25

Unidades de Medida

Nesta cadeira, 1K NUNCA são 1024.

Introdução

1-26

Comutação de pacotes:

Segmentação de Mensagens Partir a mensagem em 5000 pacotes

q Cada pacote: 1500 bits q 1 mseg para transmitir um

pacote numa linha

q pipelining: as linhas

funcionam em paralelo

q Atraso reduzido de 15 seg

para 5.002 seg

Introdução

1-27

Redes de comutação de pacotes: Encaminhamento

q Objectivo: transmitir pacotes pelos nós (routers) da

origem até ao destino

❍

serão estudados vários algoritmos de selecção de caminho (i.e. encaminhamento) (capítulo 4)

q rede por datagramas:

❍

endereço de destino num pacote determina o próximo nó

❍

os caminhos podem mudar durante uma sessão

❍

analogia: conduzir um carro, perguntar o caminho

q rede com circuitos virtuais:

❍

cada pacote leva um identificador (ID de circuito virtual), que determina o próximo nó

❍

caminho fixo determinado no estabelecimento de ligação, mantém-se fixo ao longo da ligação

❍

routers mantêm estado por ligação

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 nem com ligação nem sem ligação.

• A Internet oferece às aplicações serviços tanto com ligação (TCP) como sem ligação (UDP).

Introdução

1-29

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-30

Redes de acesso e meios físicos Q: Como ligar um sistema terminal a um router da periferia da rede? q redes de acesso residenciais q redes de acesso institucionais

(escolas, empresas)

q redes de acesso móveis

Importante: q ritmo (bits por segundo) da

rede de acesso?

q partilhado ou dedicado?

Introdução

1-31

Acesso residencial: acesso ponto a ponto q Ligação telefónica via modem

❍

até 56kbps dedicados para o

router (frequentemente menos)

❍

Não é possível surfar e telefonar ao mesmo tempo: não se pode estar “sempre ligado”

q ADSL: asymmetric digital subscriber line

❍

até 1 Mbps ascendente

(tipicamente < 256 kbps)

❍

até 8 Mbps descendente

❍

FDM: 50 KHz - 1 MHz descendente (downstream)

(tipicamente < 1 Mbps)

4 KHz - 50 KHz ascendente (upstream) 0 KHz - 4 KHz para o telefone Introdução

1-32

Acesso residencial: cable modems

q HFC: hybrid fiber coax

❍

assimétrico: até 10Mbps descendente, 1 Mbps ascendente

q redes de cabo e fibra óptica ligam as casas ao

router do ISP (Internet Service Provider)

❍

acesso ao router partilhado entre as casas

❍

tópicos: congestão, dimensionamento

q instalação: disponível através das empresas de

TV por cabo, e.g., TV Cabo

Introdução

1-33

Introdução

1-34

Acesso residencial: cable modems

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

Arquitectura da rede por cabo: Visão Geral

Tipicamente 500 a 5000 casas

raiz do cabo rede de distribuição por cabo (simplificada)

casa

Introdução

1-35

Arquitectura da rede por cabo: Visão Geral

raiz do cabo rede de distribuição por cabo (simplificada)

casa

Introdução

1-36

Arquitectura da rede por cabo: Visão Geral

servidor(es)

raiz do cabo rede de distribuição por cabo (simplificada)

casa

Introdução

1-37

Arquitectura da rede por cabo: Visão Geral FDM:

V I D E O

V I D E O

V I D E O

1

2

3

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

4

5

6

7

8

9

Canais

raiz do cabo rede de distribuição por cabo (simplificada)

casa

Introdução

1-38

Acesso empresarial: rede local q redes locais (LAN - local area

network) ligam os sistemas

terminais a routers de periferia q Ethernet:

❍

linha partilhada ou dedicada interliga os sistemas

terminais e os routers

❍

10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet

q instalação: instituições, LANs

residenciais a aparecer agora

q LANs:

capítulo 5 Introdução

1-39

Redes de acesso sem fios (Wireless) q rede de acesso sem fios

partilhada interliga sistemas terminais ao router

❍

via estação base chamada ponto de acesso (“access point”)

q LANs sem fios:

❍

802.11b (WiFi): 11 Mbps

router estação base

q acesso sem fios de área

alargada

❍

oferecido por operador de telecomunicações

❍

3G ~ 384 kbps •

❍

portáteis

O que acontecerá??

WAP/GPRS na Europa

Introdução

1-40

Redes Residenciais Componentes típicos de uma rede residencial: q ADSL ou cable modem q router/firewall/NAT q Ethernet q ponto de acesso sem fios

portáteis para/de raiz do cabo

cable

modem

sem fios

router/

firewall

ponto de acesso

Ethernet

sem fios

(comutada)

Introdução

1-41

Meios Físicos q Bit: propaga-se entre

pares emissor/receptor

q canal físico: o que está

entre o emissor e o receptor

q meio guiado:

❍

os sinais propagam-se em

meios sólidos: cobre, fibra,

Par Entrançado (TP Twisted Pair)

q dois fios de cobre

isolados

❍

Categoria 3: fios de

telefone tradicionais, Ethernet a 10 Mbps

❍

Categoria 5: Ethernet a 100Mbps

cabo coaxial

q meios não guiados:

❍

os sinais propagam-se

livremente, e.g., rádio

Introdução

1-42

Meios Físicos: cabo coaxial, fibra Cabo coaxial: q dois condutores de

cobre concêntricos

q bidireccional

Cabo de fibra óptica: q fibra de vidro transporta impulsos

de luz, cada impulso um bit

q alto débito:

❍

q banda de base:

❍

único canal no cabo

❍

antiga Ethernet

transmissão ponto a ponto de alto débito (e.g., 5 Gbps)

q baixa taxa de erros: repetidores

q banda larga:

❍

múltiplos canais no cabo

❍

HFC

afastados ; imune a ruído electromagnético

Introdução

Meios físicos: rádio q sinal transportado em

ondas electromagnéticas

q não há “cabo” físico q bidireccional q efeitos do ambiente de

propagação:

❍

reflexão

❍

obstrução por objectos

❍

interferência

1-43

Tipos de ligações rádio: q microonda terrestre

❍

e.g. canais de até 45 Mbps

q LAN (e.g. IEEE 802.11b)

❍

2Mbps, 11Mbps

q redes alargadas (e.g. celular)

❍

e.g. 3G: centenas de kbps

q satélite

❍

canais de até 50Mbps (ou

múltiplos canais mais pequenos)

❍

270 mseg de atraso extremo a extremo

❍

geoestacionário versus LEOS

Introdução

1-44

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-45

Estrutura da Internet: rede de redes q hierarquicamente fraca q no centro: ISPs de primeira linha (“tier-1”)

(e.g., UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional

❍

trata cada um dos outros como igual

Os fornecedores de 1ª linha (Tier-1)

Tier 1 ISP

interligam-se (peer)

Os fornecedores de 1ª linha

também se

NAP

privadamente

interligam em

pontos de acesso públicos (NAP -

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

network access points)

Introdução

1-46

ISP de primeira linha: Sprint Rede Americana de backbone da Sprint

Introdução

1-47

Estrutura da Internet: rede de redes q ISPs de segunda linha (“Tier-2”): ISPs mais pequenos

(frequentemente regionais)

❍

Ligam-se a um ou mais ISPs de primeira linha, possivelmente outros ISPs de segunda linha

ISPs de Os ISP de segunda linha pagam a ISPs

Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Tier 1 ISP

de primeira linha

pela conectividade ao resto da Internet q

Um ISP tier-2 é

cliente de um fornecedor tier-1

Tier 1 ISP Tier-2 ISP

segunda linha também se interligam

NAP

Tier 1 ISP

privadamente, ou no NAP

Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

Introdução

1-48

Estrutura da Internet: rede de redes q ISPs de terceiro nível (“Tier-3”) e ISPs locais

❍

redes de acesso, mais próximas dos sistemas terminais

local ISP

Os ISPs locais

Tier 3 ISP

Tier-2 ISP

e de terceiro

local

local

ISP

ISP

clientes de

ISP

Tier-2 ISP

Tier 1 ISP

nível são

local

NAP

ISPs de nível mais elevado

que os ligam ao

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

resto da

Internet local

Tier-2 ISP

ISP

local

Tier-2 ISP

local

ISP

local

ISP

Tier-2 ISP

ISP

Introdução

1-49

Estrutura da Internet: rede de redes q um pacote passa por muitas redes!

local ISP

Tier 3

local

local

ISP

Tier-2 ISP

ISP

ISP

local ISP

Tier-2 ISP local ISP

ISP

Tier-2 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

local

NAP

Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP

Tier-2 ISP local ISP

Introdução

1-50

Em Portugal: FCCN/RCTS2 q

Fundação para a

Computação Científica Nacional

http://www.fccn.pt/ q

RCTS2 - Rede Ciência, Tecnologia e Sociedade

❍

UTL ligada a

15000 kbit/s q

Gestão do serviço de

registo de domínios de .pt q

GigaPix: interliga 20 ISPs nacionais.

Introdução

1-51

Introdução

1-52

Na Europa: Rede

GEANT

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-53

Como ocorrem perdas e atrasos? os pacotes esperam em filas nos buffers do router q ritmo de chegada de pacotes excede a capacidade da linha

de saída

q pacotes esperam em fila pela vez de serem transmitidos pacote sendo transmitido (atraso)

A

B

pacotes na fila de espera (atraso) buffers livres (disponíveis): para pacotes que chegam. descartados (perdas) se não houver buffers livres

Introdução

1-54

Quatro fontes de atraso dos pacotes 1. Processamento nos nós:

2. Espera na fila

q verificar bits errados

q tempo de espera na linha de

saída pela transmissão

q determinar linha de

q depende do nível de

saída

congestão no router

transmissão

A

propagação

B

processamento no nó

espera na fila

Introdução

1-55

Quatro fontes de atraso dos pacotes 3. Atraso de Transmissão:

4. Atraso de propagação:

q R=ritmo da linha (bps)

q d = comprimento da linha (m)

q L=tamanho do pacote

q v = velocidade de propagação

q tempo para enviar os

q atraso de propagação = d/v

do meio (~2x10

(bits)

bits para a linha = L/R

transmissão

A

8

m/seg)

Nota: v e R são quantidades muito diferentes!

propagação

B

processamento no nó

espera na fila

Introdução

1-56

Analogia da Caravana 100 km caravana

de 10 carros

100 km

portagem

portagem

q Os carros “propagam-se”

a 100 Km/hr

q Tempo para

“passar” a

caravana inteira pela 1ª portagem para a auto-

q A portagem demora 12

estrada = 12*10 = 120 seg

seg a servir um carro

(tempo de transmissão)

q Tempo para o último carro

se propagar da 1ª para a 2ª

q carro~bit;

portagem:

caravana ~ pacote

100Km/(100Km/hr)= 1 hr

q Q: Quanto tempo até a

q R: 62 minutos

caravana estar alinhada antes da 2ª portagem?

Introdução

1-57

Analogia da Caravana (mais) 100 km caravana

de 10 carros

portagem

q Agora os carros

“propagam-se” a 1000 Km/hr

q Agora a portagem

demora 1 min a servir um carro

q Q: Será que chegam

carros à 2ª portagem

antes de todos os carros serem servidos na 1ª portagem?

100 km portagem

q Sim! Após 7 min, o 1º carro

na 2ª portagem e 3 carros ainda na 1ª portagem.

q O 1º bit do pacote pode

chegar ao 2º router antes do pacote ser

completamente

transmitido no 1º router!

❍

Ver a applet Transmissão no Web site AWL

Introdução

1-58

Atraso nos nós

Tatraso nó = Tproc + Tfila + Ttransm + Tprop q T

proc

❍ q T

q T

= atraso na fila de espera

depende da congestão

transm

❍ q T

tipicamente alguns microssegundos ou menos

fila

❍

= atraso de processamento

= L/R, significativo para linha de baixo ritmo

prop

❍

= atraso de transmissão

= atraso de propagação

alguns microssegundos a centenas de msegs

Introdução

1-59

Atraso nas filas (revisitado) q R=ritmo da linha (bps) q L=comprimento do

pacote (bits)

q a=taxa média de

chegada de pacotes

intensidade de tráfego:

ρ= La/R

q La/R ~ 0: atraso médio na fila pequeno q La/R -> 1: atraso torna-se grande

Tfila =

ρ L 1− ρ R

q La/R > 1: chega mais “trabalho” do que pode

ser servidor, atraso médio infinito!

Introdução

1-60

Atrasos e caminhos “reais” na Internet q Como são os atrasos e perdas na Internet “real”? q Programa

traceroute: mostra medidas de atrasos

da fonte para routers ao longo do caminho para o destino final na Internet.

❍

Para cada i:

envia três pacotes até ao router i no caminho para o destino

❍

router i

retorna os pacotes para o emissor

❍

o emissor mede o tempo entre a emissão e a resposta.

3 sondas

3 sondas

3 sondas

Introdução

1-61

Atrasos e caminhos “reais” na Internet traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr três medidas de atraso de

gaia.cs.umass.edu para cs-gw.cs.umass.edu

1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 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 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms linha 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms transoceânica 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * * significa sem reposta (pacote perdido, router não responde) 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms Introdução

1-62

Perda de pacotes q a fila de espera (buffer) antes da linha tem

capacidade finita

q quando chega um pacote e a fila está cheia,

o pacote é descartado (perda)

q os pacotes perdidos podem ser

retransmitidos pelo nó anterior, pela fonte, ou nem sequer serem retransmitidos.

Introdução

1-63

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-64

“Camadas” de Protocolos As redes são complexas! q muitas “partes”:

❍

máquinas

❍

routers

❍

ligações por vários

Pergunta: Há alguma esperança de

organizar a estrutura

meios

❍

aplicações

❍

protocolos

❍

hardware,

da rede?

Ou pelo menos a nossa

discussão de redes?

software

Introdução

1-65

Organização das viagens aéreas bilhete (compra)

bilhete (reclamar)

bagagem (entrega)

bagagem (levantar)

portões (embarque)

portões (desembarque)

levantar voo

aterrar

controlo de voo

controlo de voo controlo de voo

q uma série de passos

Introdução

1-66

Organização das viagens aéreas: uma visão diferente

bilhete (compra)

bilhete (reclamar)

bagagem (entrega)

bagagem (levantar)

portões (embarque)

portões (desembarque)

levantar voo

aterrar

controlo de voo

controlo de voo controlo de voo

Camadas: cada camada implementa um serviço

❍

via as suas próprias acções internas

❍

com base nos serviços oferecidos pela camada abaixo Introdução

1-67

Viagens aéreas em camadas: serviços entrega de pessoas+bagagem balcão a balcão entrega de bagagem balcão a balcão transferência de pessoas: portão a portão entrega de avião pista a pista

controlo de voo da origem para o destino

Introdução

1-68

Implementação distribuída das

bilhete (compra)

bilhete (reclamar)

bagagem (entrega)

bagagem (levantar)

portões (embarque)

portões (desembarque)

levantar voo

aterrar

controlo de voo

controlo de voo

aeroporto destino

aeroporto origem

funcionalidades das camadas

pontos intermédios de tráfego aéreo controlo de voo

controlo de voo

controlo de voo Introdução

1-69

Porquê dividir em camadas? Tratar de sistemas complexos: q uma estrutura explícita permite a identificação,

relacionamento de partes de sistemas complexos

❍

modelo de referência de camadas para discussão

q modularização facilita a manutenção, actualização do

sistema

❍

mudança da implementação do serviço de uma

camada transparente para o resto do sistema

❍

e.g., mudança no procedimento nos portões de embarque não afecta o resto do sistema

q divisão em camadas considerada má?

Introdução

1-70

Pilha de protocolos da Internet q aplicação: suporta as aplicações de

redes

❍

aplicação

FTP, SMTP, HTTP

q transporte: transferência de dados

transporte

extremo a extremo

❍

rede

TCP, UDP

q rede: encaminhamento de datagramas

ligação dados

(pacotes) da fonte para o destino

❍

IP, protocolos de encaminhamento

físico

q ligação de dados: transferência de

dados entre elementos de rede vizinhos

❍

PPP, Ethernet

q físico: transferência de bits no canal

Introdução

1-71

Divisão em camadas: comunicação lógica Cada camada: q “entidades”

distribuídas

implementam funções da camada em cada nó

q as entidades

realizam

acções, trocam

mensagens com entidades

aplicação

transporte rede

lig. dados físico

rede

aplicação

lig. dados

transporte

físico

rede

lig. dados físico

aplicação

aplicação

transporte

transporte

lig. dados

lig. dados

rede

físico

rede

físico

pares

Introdução

1-72

Divisão em camadas: comunicação lógica dados

E.g.: transporte q

aplicação

recebe dados da aplicação

q

junta endereço,

físico

verificação de

erros para formar um “datagrama”

envia o datagrama ao seu par

q

rede

lig. dados

informação de

q

transporte transporte

ack

aplicação

transporte

lig. dados físico

dados

rede

lig. dados

dados

físico

aplicação

aplicação

espera que o seu

transporte

transporte transporte

lig. dados

lig. dados

rede

rede

par lhe envie a confirmação q

rede

físico

físico

analogia: correios

Introdução

1-73

Divisão em camadas: comunicação física dados

aplicação

transporte rede

lig. dados físico

rede

aplicação

lig. dados

transporte

físico

rede

lig. dados físico

aplicação

dados

aplicação

transporte

transporte

lig. dados

lig. dados

rede

físico

rede

físico

Introdução

1-74

Camadas de Protocolos e dados Cada camada recebe dados de cima q junta informação no cabeçalho para criar nova unidade

de dados

q envia a nova unidade de dados para a camada abaixo

fonte M Ht

M

Hn Ht

M

Hl Hn Ht

M

aplicação

transporte rede

lig. dados físico

destino aplicação

transporte rede

lig. dados físico

M

mensagem

Ht

M

segmento

Hn Ht

M

datagrama

Hl Hn Ht

M

trama

Introdução

1-75

O modelo de referência OSI Camada Aplicação

Protocol Data Unit

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Pacote

Lig. dados

Trama

Físico

Introdução

1-76

O modelo de referência OSI q

7. Camada de aplicação

❍ q

6. Camada de apresentação

❍ q

encaminhamento da informação da fonte para o destino

2. Camada de ligação de dados

❍ q

transporte fiável de dados extremo a extremo

3. Camada de rede

❍ q

controlo do diálogo (gestão de “tokens”) e sincronização

4. Camada de transporte

❍ q

representação dos dados, sintaxe e semântica, cifra e compressão

5. Camada de sessão

❍ q

aspectos específicos da aplicação

controlo de fluxo e de erros troço a troço

1. Camada física

❍

envio e recepção de bits, codificação dos símbolos, pinos nas fichas Introdução

1-77

Conceitos importantes no modelo OSI

q Serviços

❍

cada camada oferece serviços à camada de cima

❍

define o que a camada faz, semântica da camada

q Interfaces

❍

como aceder aos serviços da camada.

❍

define parâmetros e resultados.

q Protocolos

❍

regras governando o formato e significado das mensagens trocadas entre entidades pares da mesma camada.

Introdução

1-78

Capítulo 1: Sumário 1.1 O que é a Internet? 1.2 Periferia da rede 1.3 Núcleo da Rede 1.4 Redes de acesso e meios físicos 1.5 A estrutura da Internet e ISPs 1.6 Perdas e atrasos em redes de pacotes 1.7 Modelos de camadas de protocolos e serviços 1.8 História da Internet

Introdução

1-79

História da Internet 1961-1972: Primeiros princípios da comutação de pacotes q

1961: Kleinrock - teoria

das filas de espera mostra a eficácia da comutação de pacotes q

1964: Baran - comutação

q

1972:

❍

publicamente

❍

protocolo máquina a

militares

1967: ARPAnet concebida pela Advanced Research

máquina

❍

1969: primeiro nó da

ARPAnet operacional

primeiro programa de correio electrónico

Projects Agency q

NCP (Network Control Protocol) primeiro

de pacotes nas redes

q

ARPAnet demonstrada

(e-mail)

❍

ARPAnet tem 15 nós

Introdução

1-80

História da Internet 1972-1980: Interligação de redes, redes novas e proprietárias q

1970: rede de satélite ALOHAnet no Hawai

q

1973: tese de doutoramento

princípios de interligação de redes de Cerf e Kahn:

❍

de Metcalfe’s propõe a

- não são necessárias

Ethernet q

modificações internas

1974: Cerf e Kahn -

para interligar redes

arquitectura para interligar

❍

redes q

XNA

fim anos 70: comutação de pacotes de tamanho fixo (precursor do ATM)

q

modelo de serviço de melhor esforço

fim anos 70: arquitecturas

proprietárias: DECnet, SNA,

q

minimalismo, autonomia

❍

routers sem estado

❍

controlo

descentralizado definem a arquitectura da Internet de hoje

1979: ARPAnet tem 200 nós

Introdução

1-81

História da Internet 1980-1990: novos protocolos, proliferação das redes q 1983: instalação do

TCP/IP

q 1982: definido protocolo

de correio electrónico SMTP

q 1983: definido o DNS

para tradução de

para endereços IP

q novas redes nacionais:

Csnet, BITnet,

NSFnet, Minitel q 100 000 máquinas

ligadas à confederação de redes

nomes

q 1985: definido o

protocolo FTP

q 1988: controlo de

congestão de TCP

Introdução

1-82

História da Internet 1990, 2000’s: comercialização, WWW, novas aplicações q

Início dos anos 90: fim da ARPAnet

q

1991: NSF levanta restrições ao uso comercial da NSFnet (fim, 1995)

q

Início dos anos 90: WWW

❍

hipertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s]

❍

HTML, HTTP: Berners-Lee

❍

1994: Mosaic, depois Netscape

❍

fim dos anos 90:

comercialização da Web

Fim dos anos 90 – 2000: q mais aplicações na moda:

mensagens instantâneas,

partilha de ficheiros parpar (peer2peer) (e.g., Napster)

q segurança nas redes como

prioridade

q estimativa de 50 milhões

de máquinas, +100 milhões de utilizadores

q linhas do núcleo funcionam

a Gbps

Introdução

1-83

Capítulo 1, Introdução: Sumário Coberta uma “tonelada” de matéria!

q visão geral da Internet q o que é um protocolo?

q periferia da rede, núcleo da

rede, redes de acesso

❍

Agora tem:

q contexto, visão geral

de redes

q segue-se maior

profundidade, detalhe!

comutação de pacotes versus

comutação de circuitos

q estrutura da Internet/ISP

q desempenho: perdas, atrasos q modelos de camadas e

serviços

q história

Introdução

1-84