Conteúdo Programático. Redes de Computadores. Avaliação. Bibliografia. 1. Introdução e Conceitos Básicos. 2. Camada de Aplicação
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1 Conteúdo Programático 1. Introdução e Conceitos Básicos Redes de Computadores Departamento de Informática - UFPA Antônio Abelém abelem@ufpa.br 2. Camada de Aplicação 3. Camada de Transporte 4. Camada de Rede e Roteamento 5. Camada de Enlace e Redes Locais 1: Introdução 1 1: Introdução 2 Bibliografia Avaliação KUROSE & ROSSI. Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet. 2ª edição Provas Título da tradução: Redes de Computadores e a Internet. Ed. Pearson Brasil. 1ª edição TANENBAUM, A. Computer Network. 4ª edição. Prentice Hall, Trabalhos práticos e teóricos Título da tradução: Redes de Computadores. 3ª edição. PHB, COMER, D. Internetworking with TCP/IP. 4ª edição. Prentice Hall, Interligação em Rede com TCP/IP. Vol.1. Ed. Campus : Introdução 3 1: Introdução 4
2 Suporte à disciplina Parte I: Introdução Lista de discussão Página Web Menu disciplinas Meta do Capítulo: dar o contexto, visão geral e intuitiva de s profundidade e detalhes vêm mais adiante abordagem: descritiva uso da Internet como exemplo Visão geral: o que é a Internet o que é um protocolo a borda da o núcleo da de acesso, meio físico desempenho: perdas, retardo camadas de protocolo, modelos de serviço backbones, PTTs, provedores Um pouco de história 1: Introdução 5 1: Introdução 6 O que é a Internet: os componentes O que é a Internet: os componentes milhões de computadores interligados: hospedeiros, sistemas terminais PCs, estações, servidores PDAs, telefones, torradeiras executando aplicações de s de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados pela roteador servidor Provedor local Rede corporativa estação móvel Provedor regional 1: Introdução 7 protocolos: controlam envio, recepção de mensagens p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: de s aproximadamente hierárquica Internet pública contra intranet privada Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force roteador servidor Provedor local Rede corporativa estação móvel Provedor regional 1: Introdução 8
3 O que é a Internet: os serviços O que é um protocolo? Infra-estrutura de comunicação: possibilita aplicações distribuídas: WWW, correio, jogos, comércio eletrônico, bases de dados, eleições, outras? serviços de comunicação oferecidos: sem conexão orientado a conexão protocolos humanos: que horas são? queria perguntar... apresentações mensagens específicas enviadas ações específicas tomadas ao receber mensagens, ou em outros eventos protocolos de : máquinas em vez de gente toda comunicação na Internet governada por protocolos protocolos definem formato, ordem de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de, e ações tomadas ao enviar ou receber uma mensagem 1: Introdução 9 1: Introdução 10 O que é um protocolo? Detalhes sobre a estrutura da Um protocolo humano e um protocolo de : Oi! Oi! Que horas são? 2:00 Tempo P: Outro protocolo humano? TCP pedido de conexão. TCP resposta. Get <arquivo> 1: Introdução 11 Bordada: aplicações e hospedeiros núcleo da : roteadores de s s de acesso, meios físicos: s de comunicação 1: Introdução 12
4 A borda da : Borda da : serviço orientado a conexão sistemas terminais: executam aplicações p.ex. WWW, correio na borda da modelo cliente/servidor cliente solicita, recebe serviço do servidor p.ex., cliente WWW (browser)/ servidor; cliente/servidor de correio modelo entre pares (p2p): interação simétrica p.ex.: teleconferências 1: Introdução 13 Meta: transferência de dados entre sistemas handshaking : preparação para iniciar transferência protocolo humano: Oi!, Oi! criar estado em 2 sistemas em comunicação TCP - Transmission Control Protocol serviço orientado a conexão da Internet serviço TCP [RFC 793] transf. dados: fluxo de bytes ordenado, confiável perdas: reconhecimentos e retransmissões controle de fluxo: remetente não vai afogar o receptor controle de congestionamento: remetentes reduzem a taxa de envio quando congestionada 1: Introdução 14 Borda da : serviço sem conexão Núcleo da Rede Meta: transferência de dados entre sistemas mesma que antes! UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet transf. de dados não confiável sem controle de fluxo sem controle de congestionamento Aplics. usando TCP: HTTP (WWW), FTP (transf. de arquivo), Telnet (acesso remoto), SMTP (correio) Aplics. usando UDP: mídia com streaming, teleconferências, telefonia pela Internet 1: Introdução 15 malha conexa de roteadores a questão fundamental: como se transfere dados através da? comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: de telefonia comutação de pacotes: dados enviados pela em quantias discretas 1: Introdução 16
5 Núcleo da Rede: comutação de circuitos Núcleo da Rede: comutação de circuitos Recursos fim a fim reservados para a chamada banda de, capacidade de comutação recursos dedicados: não há compartilhamento desempenho como circuitos (garantido) requer fase inicial ( setup ) Rede Telefônica PBX Central PBX 1: Introdução 17 1: Introdução 18 Núcleo da Rede: comutação de circuitos Núcleo da Rede: comutação de pacotes Recursos de (p.ex., banda) retalhado em pedaços pedaços alocados a chamadas recurso ocioso se não usado pela chamada (não há compartilhamento) divisão de banda em pedaços divisão por frequência divisão por tempo Cada fluxo de dados fim a fim dividido em pacotes pacotes de usuários A, B compartilham recursos cada pacote usa banda inteira do recursos usados a demanda Retalhamento de banda Alocação dedicada Reserva de recursos Contenção por recursos: demandaagregadapode exceder os recursos disponíveis congestionamento: fila de pacotes, espera para uso do armazena, reencaminha: pacotes movem um a cada vez transmite pelo aguarda vez p/ o próx. 1: Introdução 19 1: Introdução 20
6 Núcleo da : comutação de pacotes A B Ethernet 10 Mbps fila de pacotes aguardando de saída multiplexação estatística 2 Mbps D Comutação de pacotes X comutação de circuitos: analogia humana de restaurante outras analogias humanas? C 34 Mbps E 1: Introdução 21 Comutação de pacotes X comutação de circuitos Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários! de 1 Mbit cada usuário: 100Kbps quando ativo ativo 10% do tempo N usuários comutação de circuitos: 10 users comutação de pacotes: com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0,004 de 1 Mbps 1: Introdução 22 Comutação de pacotes X comutação de circuitos Comutação de pacotes será sempre o melhor? Fantástico para dados em rajadas compartilha recursos não requer inicialização (setup) Congestionamento excessivo: retardo e perdas protocolos necessários para transferência confiável de dados, controle de congestionamento P: Como prover comportamento de circuitos? Garantias de banda necessárias para aplicações de áudio/vídeo é um problema ainda sem solução. 1: Introdução 23 Redes de pacotes: roteamento Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino estudaremos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4) de datagramas: endereço de destino determina próximo passo rotas podem mudar durante uma sessão analogia: dirigindo, perguntando o caminho de circuitos virtuais: cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo determina próximo passo rota fixa determinada em tempo de estabelecimento da chamada, permanece fixa durante a chamada roteadores mantêm estado por chamada 1: Introdução 24
7 Redes de acesso e meios físicos Acesso residencial: acesso ponto a ponto P: Como ligar sistemas terminais ao 1o roteador? s de accesso residencial s de accesso institucional (escola, empresa) s de accesso móvel Características principais: banda (bits per second) da de acesso? compartilhada ou dedicada? 1: Introdução 25 Discado via modem até 56Kbps, acesso direto ao roteador (conceitualmente) RDSI: digital de serviços integrados (DVI - Telemar): 128Kbps, conexão digital ao roteador ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa ao roteador até 8 Mbps roteador a casa disponibilidade de ADSL : Telefônica, Telemar (RJ,MG,BA, PA) 1: Introdução 26 Acesso residencial: cable modems Acesso institucional: s locais HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 10Mbps p/ a casa, 1 Mbps para a de cabo e fibra liga a casa ao roteador do provedor acesso compartilhado ao roteador pelas casas problemas: dimensionamento, congestionamento disponibilidade: via cias. de TV a cabo, p.ex., NET, TVA 1: Introdução 27 local (LAN) da empresa/univ. liga sistema terminal ao 1o roteador Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso ao roteador 10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet disponibilidade: instituições, s locais domésticas em breve s locais: cap. 5 1: Introdução 28
8 Redes de acesso sem fio Meios físicos de acesso sem fio liga ao roteador s locais sem fio: espectro de rádio substitui cabo p.ex., Wavelan 2, 11 e 54 Mbps Wavelan tb usada para ligações ponto a ponto acesso sem fio não local CDPD: acesso sem fio ao roteador do provedor via de telefonia celular roteador estação base sistemas móveis físico: bit de dados transmitido propaga através do meio guiado: sinais propagam em meios sólidos: cobre, fibra meios não guiados: sinais propagam livremente, p.ex., rádio Par trançado (TP) dois fios isolados de cobre Categoria 3: fio telefônico tradicional, ethernet de 10 Mbps Categoria 5: ethernet de 100Mbps 1: Introdução 29 1: Introdução 30 Meios físicos: cabo coaxial, fibra Meios físicos: rádio Cabo coaxial: fio (portador do sinal) dentro de um fio (blindagem) banda básica: canal único no cabo banda larga: múltiplos canais no cabo bidirecional uso era comum em Ethernet de 10Mbps Cabo de fibra ótica: fibra de vidro iluminada por pulsos de luz operação de alta velocidade: Ethernet de 100Mbps transmissão de alta velocidade ponto a ponto (p.ex., 10 Gbps) baixa taxa de erros 2 tipos de fibra: monomodo, multimodo sinal enviado pelo espectro eletromagnético sem fio físico bidirecional efeitos sobre propagação do ambiente: reflexão obstrução por objetos interferência Tipos de de rádio: microondas p.ex. canais até 155 Mbps local (p.ex., wavelan) 2Mbps, 11Mbps, 54 Mbps longa distância (p.ex., celular) p.ex. CDPD, 10 s Kbps satélite canais de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) retardo ponto a ponto de 270 ms geosíncrono X LEOS (Low Earth Orbit Satellite) 1: Introdução 31 1: Introdução 32
9 Retardo em s de pacotes Pacotes experimentam retardo em caminhos fim a fim quatro causas de retardo a cada A B transmissão Processamento no nó processamento no nó: verifica erros de bits determina saída filas tempo gasto aguardando envio no de saída depende do nível de congestionamento propagação enfileiramento 1: Introdução 33 Retardo em s de pacotes Retardo de transmissão: R=banda do (bps) L=tamanho do pacote (bits) tempo para transmitir pacote no = L/R A B transmissão Processamento no nó propagação enfileiramento Retardo de propagação: d = comprimento do s = velocidade de propagação (~2x10 8 m/sec) retardo propagação = d/s Note: s e R são quantidades muito diferentes! 1: Introdução 34 Camadas de Protocolos Organização de viagens aéreas Redes são complexas! Muitos componentes: hospedeiros roteadores s de diversos meios aplicações protocolos hardware, software Pergunta: Existe alguma esperança de organizar a estrutura da? Ou, pelo menos, organizar nossa discussão de s? passagem (compra) passagem (reclama) bagagem (entrega) bagagem (recupera) portão (embarque) portão (desembarque) decolagem aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião roteamento do avião uma série de passos 1: Introdução 35 1: Introdução 36
10 Organização de viagens aéreas: outra visão Viagens aéreas em camadas: serviços passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem 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 roteamento do avião roteamento do avião roteamento do avião da origem ao destino Camadas: cada camada implementa um serviço através das ações internas da própria camada uso dos serviços providos pela camada inferior 1: Introdução 37 1: Introdução 38 Distributed implementation of layer functionality Por quê usar camadas? Aeroporto de embarque passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem roteamento do avião locais intermediários de tráfego aéreo roteamento do avião passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem roteamento do avião roteamento do avião Aeroporto de desembarque Ao lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite identificação, relações entre componentes de sistema complexo modelo de referência para discussão modularização facilita manutenção, atualização do sistema mudanças de implementação do serviço da camada é transparente ao resto do sistema p.ex., mudança no procedimento do portão não afeta o resto do sistema roteamento do avião 1: Introdução 39 1: Introdução 40
11 Níveis, Protocolos e Interfaces Arquitetura de Rede Interface n-1/n Interface 3/4 Interface 2/3 Interface 1/2 Sistema A Nível n Protocolo de Nível n Sistema B Nível n Protocolo de Nível n-1 Nível n-1 Nível n Protocolo de Nível 4 Nível 4 Nível 4 Protocolo de Nível 3 Nível 3 Nível 3 Protocolo de Nível 2 Nível 2 Nível 2 Protocolo de Nível 1 Nível 1 Nível 1 Interface n-1/n Interface 3/4 Interface 2/3 Interface 1/2 Conjunto de convenções para interconexão de equipamentos Número, nome, conjunto de funções e serviços e o protocolo de cada nível definem uma arquitetura de. Há algum tempo os grandes fabricantes desenvolveram soluções proprietárias para a interconexão de seus equipamentos IBM - System Network Architecture (SNA) DEC - Digital Network Architecture (DNA) 1: Introdução 41 1: Introdução 42 Padronização - Vantagens Exemplos de Órgãos de Padronização Preservação de investimentos Segurança de continuidade Segurança de integração com tecnologias emergentes Maior número de fabricantes maior competitividade menor preço maior qualidade Oficiais ISO ITU (International Telecommunication Union) Não oficiais IETF Consórcios ATM Forum Frame relay Forum WAP Forum 1: Introdução 43 1: Introdução 44
12 Arquiteturas de Comunicação Modelo de Referência OSI Modelo de referência para interconexão de sistemas abertos Arquitetura IEEE 802 Conjunto de Padrões para Redes Locais Arquitetura TCP/IP (Internet) Arquitetura baseada no conceito de interligação de s Padrão de fato atual 1: Introdução 45 Modelo de Referência OSI O modelo de referência OSI concentra-se apenas na questão de interconexão de sistemas transferência de informação (transmissão) interoperabilidade (ex. representação de dados, integridade, segurança, etc.) O modelo de referência OSI não especifica implementação, tecnologia, interconexão de sistemas particulares 1: Introdução 46 Camadas do Modelo OSI Arquitetura TCP/IP (Internet) Camada 7 Camada 6 Camada 5 Camada 4 Camada 3 Camada 2 Camada 1 Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Desenvolvido pelo Departamento de Defesa Americano (DARPA) Padrão de fato Evolução da ARPANET Começo do projeto no início dos anos 70 Arquitetura baseada no conceito de inter-s 1: Introdução 47 1: Introdução 48
13 Camadas da Arquitetura TCP/IP Nós na Arquitetura TCP/IP Interface de Rede Intra-Rede ou Hardware Aplicação Transporte Inter- Rede Host A Aplicação Transporte Inter- Interface de Datagrama idêntico Quadro idêntico Rede Física 1 intra- Mensagem idêntica Pacote idêntico Roteador Interface de Inter- Interface de Datagrama idêntico Quadro idêntico Rede Física 2 intra- Host B Aplicação Transporte Inter- Interface de 1: Introdução 49 1: Introdução 50 Pilha de protocolos da Internet Camadas: comunicação lógica : suporta aplicações de ftp, smtp, http : transferência de dados entre sistemas terminais tcp, udp Inter-: roteamento de datagramas da origem ao destino ip, protocolos de roteamento Intra- (): transferência de dados entre elementos de vizinhos ppp, ethernet : bits nos fios inter- intra- 1: Introdução 51 Cada camada: distribuída entidades implementam funções da camada em cada nó entidades realizam ações, trocam mensagens com pares 1: Introdução 52
14 Camadas: comunicação lógica P.ex.: obtém dados da apl. inclui endereços, info para confiabilidade para formar datagrama envia datagrama ao par espera receber ack (reconhecimento) do par analogia: correios dados dados ack application transport network link physical dados Camadas: comunicação dados dados 1: Introdução 53 1: Introdução 54 Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior acrescenta cabeçalho com informação para criar nova unidade de dados passa nova unidade de dados para camada inferior Ht HnHt Hl HnHt M M M M origem destino Ht HnHt Hl HnHt M M M M mensagem segmento datagrama quadro 1: Introdução 55 Estrutura da Internet: de s aprox. hierárquica provedores nacionais/internacionais de backbone (PNBs) p.ex.. Embratel, RNP, IBM interconexão (peering) privada bilateral, or em Pontos de Troca de Tráfego (PTTs) provedores regionais clientes dos PNBs provedores locais, empresa clientes dos provedores regionais PTT Prov. regional Prov. local PNB B PNB A Prov. local Prov. regional PTT 1: Introdução 56
15 Provedor Nacional de Backbone - RNP História da Internet : princípios de comutação de pacotes 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficácia de comutação de pacotes 1964: Baran - comutação de pacotes em s militares 1967: ARPAnet concebida pela Advanced Reearch Projects Agency 1969: primeiro nó ARPAnet operacional 1972: ARPAnet demonstrada publicamente NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim primeiro programa de correio eletrônico ARPAnet tem 15 nós 1: Introdução 57 1: Introdução 58 História da Internet : Inter-s, s novas e proprietárias História da Internet : novos protocolos, proliferação de s 1970: ALOHAnet via satélite em Havaí 1973: tese de doutorado de Metcalfe propõe Ethernet 1974: Cerf and Kahn - arquitetura para interligar s fim dos 70: arquiteturas proprietárias: 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-s: minimalismo, autonomia -nenhumamudança interna necessária para interligar s modelo de serviço de melhor esforço roteadores sem estado controle descentralizado definem a arquitectura da Internet de hoje 1: Introdução : 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 s nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100,000 hospedeiros ligados à confederação de s Brasil - início da BITnet em 1988 (LNCC e FAPESP) Brasil - início da UUCP em 1989 (Alternex) 1: Introdução 60
16 História da Internet 1990 s: commercialização, WWW Início dos 1990: fim da ARPAnet 1991: NSF remove restrições em uso comercial da NSFnet (aposentada, 1995) início dos 1990: WWW hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960 s] HTML, http: Berners-Lee 1994: Mosaic, depois Netscape fim dos 1990: comercialização da WWW Fim dos 1990: est. 50 milhões de computadores na Internet est. 100 milhões+ de usuários s backbone funcionando em 1 Gbps 1: Introdução 61 A Internet no Brasil Pequena cronologia TCP/IP experimental (SP, RJ, RS) até bps Rede-Rio, ANSP, RNP até 64 kbps 1994/5 - RNPv2, com s de 2 Mbps 1994/5 - abertura comercial, Embratel, Comitê Gestor criação das ReMAVs, Rede-Rio 2, s de 155 Mbps novo backbone da Rede-UFF 622 Mbps backbone ATM da RNP conexão internacional em 155 Mbps 1: Introdução 62
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