Redes de Computadores e Internet

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1 Redes de Cmputadres e Internet transparências baseadas n livr Cmputer Netwrking: A Tp-Dwn Apprach Featuring the Internet James Kurse e Keith Rss 1: Intrduçã 1

2 Históric Das Redes De Cmunicaçã Primeirs cmputadres: - máquinas cmplexas, grandes, caras - ficavam em salas isladas cm ar cndicinad - peradas apenas pr especialistas - prgramas submetids em frma de jbs seqüenciais Ans 60: - primeiras tentativas de interaçã entre tarefas cncrrentes - surge técnica time-sharing, sistemas multiusuáris - usuáris cnectads a cmputadr pr terminais - terminais necessitavam técnicas de cmunicaçã de dads cm cmputadr central => inici das redes 1: Intrduçã 2

3 Sistemas Multiusuáris Terminal 4 Terminal 1 Terminal 3 Mainframe cm time-sharing OS st4 st1 st2 st3 RR Terminal 2 1: Intrduçã 3

4 Históric Das Redes De Cmunicaçã Ans 70: - surgem micrprcessadres - cmputadres muit mais barats => difusã d us Após década de 70: - cmputadres cada vez mais velzes, tamanh menr, preç mais acessível - aplicações interativas cada vez mais freqüentes - necessidade crescente de increment na capacidade de cálcul e armazenament - váris cmputadres cnectads pdem ter desempenh melhr d que um mainframe, além de cust menr - necessidade de desenvlver técnicas para intercnexã de cmputadres => redes 1: Intrduçã 4

5 Imprtância Das Redes De Cmunicaçã - Nas empresas mdernas tems grande quantidade de cmputadres perand em diferente setres. - Operaçã d cnjunt mais eficiente se estes cmputadres frem intercnectads: - pssível cmpartilhar recurss - pssível trcar dads entre máquinas de frma simples e cnfrtável para peradr - vantagens gerais de sistemas distribuíds e dwnsizing atendidas - Redes sã muit imprtantes para a realizaçã da filsfia CIM (Manufatura Integrada pr Cmput.) 1: Intrduçã 5

6 Extensã Das Redes De Cmunicaçã LAN (Lcal Area Netwrk) u Rede Lcal Industrial : intercnexã de cmputadres lcalizads em uma mesma sala u em um mesm prédi. Extensã típica: até aprx. 200 m. CAN (Campus Area Netwrk): intercnexã de cmputadres situads em prédis diferentes em um mesm campus u unidade fabril. Extensã típica: até aprx. 5 Km. MAN (Metrplitan Area Netwrk): intercnexã de cmputadres em lcais diferentes da mesma cidade. Pde usar rede telefônica pública u linha dedicada. Extensã típica: até aprx. 50 Km. WAN (Wide Area Netwrk) u Rede de Lnga Distância: intercnexã de cmputadres lcalizads em diferentes prédis em cidades distantes em qualquer pnt d mund. Usa rede telefônica, antenas parabólicas, satélites, etc. Extensã >50 Km. 1: Intrduçã 6

7 Tplgia Das Redes De Cmunicaçã - Tplgia: definiçã da maneira cm as estações estã assciadas - Duas frmas básicas: pnt-a-pnt e difusã - Canais pnt-a-pnt: rede cmpsta de diversas linhas de cmunicaçã assciadas a um par de estações de cada vez - cmunicaçã entre estações nã adjacentes feita pr estações intermediárias - plítica cnhecida cm cmutaçã de pactes - tplgia usada na mairia de redes WAN, MAN, CAN e algumas LAN 1: Intrduçã 7

8 Tplgias De Redes Pnt-a-pnt (a) (b) (c) (d) (a) estrela; (b) anel; (c) árvre; (d) malha regular; (e) malha irregular. (e) 1: Intrduçã 8

9 Tplgia Das Redes De Cmunicaçã - Canais de difusã: rede cmpsta pr uma única linha de cmunicaçã cmpartilhada pr tdas as estações - mensagens sã difundidas n canal e pdem ser lidas pr qualquer estaçã - destinatári identificad pr um endereç cdificad na mensagem - pssível enviar mensagens para tdas as estações (bradcasting) u a um cnjunt delas (multicasting) usand endereçs reservads para estas finalidades - tplgia mais cmum em LAN mas também pssível em WAN - requer mecanisms de arbitragem de acess para evitar cnflits 1: Intrduçã 9

10 Tplgias De Redes De Difusã satélite (a) (b) (c) (a) barrament; (b) satélite; (c) anel. 1: Intrduçã 10

11 Serviçs Necessáris à Cmunicaçã terminal cmputadr central CASO 1: Cm enviar infrmações entre um terminal e um cmputadr? Enviar unidades binárias (BInary unit = BIT) em série u paralel Cdificaçã ds BITs (representaçã para 0 e 1 e duraçã de cada bit) Cdificaçã ds caracteres (ex.: ASCII, EBCDIC) Sincrnizaçã entre emissr e receptr Tratament de errs de transmissã Cntrle de flux Estabelecer regras de trca de dads (prtcl) 1: Intrduçã 11

12 Serviçs Necessáris à Cmunicaçã cmputadr central terminais Múltipls terminais Surge necessidade de endereçament 1: Intrduçã 12

13 Parte I: Intrduçã Visã geral: que é Internet que é um prtcl? brda da rede núcle da rede rede de acess, mei físic desempenh: perdas, atrass camadas de prtcl, mdels de serviç backbnes, NAPs, ISPs históric 1: Intrduçã 13

14 O que é Internet: visã cmpnentes milhões de dispsitivs cmputacinais cnectads: hsts, sistemas finais wrkstatins, servidres telefnes PDAs, trradeiras executand aplicações de rede links de cmunicaçã fibra, cbre, rádi, satélite rteadres: passam adiante (frward) pactes de dads através da rede rteadr servidr ISP lcal rede crprativa estaçã trabalh móvel ISP reginal 1: Intrduçã 14

15 O que é Internet: visã cmpnentes prtcls: envi e recepçã de msgs e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: rede de redes aprximadamente hierárquica ruter server lcal ISP wrkstatin mbile Padrões Internet RFC: Request fr cmments IETF: Internet Engineering Task Frce reginal ISP cmpany netwrk 1: Intrduçã 15

16 O que é Internet: visã de serviçs infraestrutura de cmunicaçã pssibilita aplicações distribuídas: WWW, , jgs, e- cmmerce, database, vtações, cmpartilhament de arquivs (MP3) serviçs de cmunicaçã frnecids: sem cnexã rientada a cnexã 1: Intrduçã 16

17 O que é prtcl? prtcls humans: que hras sã? Eu tenh uma questã msgs específicas enviadas ações específicas tmadas quand msgs recebidas, u utrs events prtcls de rede: máquinas em vez de humans tda atividade de cmunicaçã na Internet gvernada pr prtcls prtcls definem frmats, rdens de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de rede, e ações tmadas 1: Intrduçã 17

18 O que é prtcl? um prtcl human e um prtcl cmputacinal de rede: Oi Oi Tem hras? 2:00 temp requisiçã cnexã TCP cnexã TCP respsta. Get <arq> Q: Outr prtcl human? 1: Intrduçã 18

19 Estrutura de rede: brda da rede: aplicações e hsts núcle da rede: rteadres rede de redes redes de acess, meis físics: links de cmunicaçã 1: Intrduçã 19

20 A brda da rede: sistemas finais (hsts): executam prgramas de aplicaçã e.g., WWW, situam-se na brda da rede mdel cliente/servidr cliente hst faz requisições, recebem serviçs d servidr e.g., WWW cliente (navegadr)/ servidr; cliente/servidr mdel par-a-par: interaçã simétrica entre hsts e.g.: Gnutella, KaZaA 1: Intrduçã 20

21 Brda da rede: serviç rientad a cnexã Objetiv: transferência de dads entre sistemas. handshaking: setup (prepara para) transferência de dads Alô, alô prtcl human de telefne setup estad em dis hsts se cmunicand TCP - Transmissin Cntrl Prtcl Serviç rientad a cnexões da Internet serviç TCP [RFC 793] cnfiável, transferência de dads rdenada byte-stream perdas: acknwledgements (recnheciments) e retransmissões cntrle de flux: emissr nã pde primir receptr cntrle de cngestã emissres reduzem a taxa de envi qd a rede está cngestinada 1: Intrduçã 21

22 Brda da rede: serviç sem cnexã Objetiv: transferência de dads entre sistemas finais mesm que anterir! UDP - User Datagram Prtcl [RFC 768]: serviç sem cnexã da Internet transferência de dads nã-cnfiável sem cntrle de flux sem cntrle de cngestã Aplics usand TCP: HTTP (WWW), FTP (transf. arq.), Telnet (lgin remt), SMTP ( ) Aplics usand UDP: streaming media, telecnferencing, Internet telephny 1: Intrduçã 22

23 O núcle da rede malha de rteadres intercnectads questã fundamental: cm s dads sã transferids através da rede? chaveament (cmutaçã) de circuits: circuit dedicad pr chamada: rede telefônica chaveament de pactes: dads enviads através da rede em pedaçs 1: Intrduçã 23

24 Núcle da rede: cmutaçã de circuits Recurss fim a fim reservads pr chamada largura de banda n enlace (link), capacidade n switch recurss dedicads: sem cmpartilhament desempenh garantid requer setup na chamada 1: Intrduçã 24

25 Núcle da rede: chaveament de circuits recurss de rede (e.g., largura de banda) dividida em pedaçs pedaçs alcads para chamadas pedaç d recurs idle (dispnível) se nã usad pel própri chamadr (sem cmpartilhament) dividind largura de banda: divisã de freqüências divisã de temps 1: Intrduçã 25

26 Chaveament de circuits: FDMA e TDMA FDMA Exempl: 4 usuáris freqüência TDMA temp freqüência temp 1: Intrduçã 26

27 Núcle da rede: chaveament de pactes cada stream de dads fim-a-fim dividid em pactes pactes de usuáris A, B cmpartilham recurss de redes cada pacte usa tda largura de banda d link recurss usads quand necessári Divisã de largura de banda Alcaçã dedicada Reserva de recurss cmpetiçã pr recurs: demanda pr recurs agregada pde exceder a capacidade dispnível cngestinament: fila de pactes, espera pel us d link armazena e repassa: pactes se mvem um hp vez transmitids sbre link espera a vez n próxim link 1: Intrduçã 27

28 Núcle da rede: chaveament de pactes A 10 Mbs Ethernet multiplexaçã estatística C B 1.5 Mbs fila de pactes esperand pel link de saída 45 Mbs D E Chaveament de pactes versus chaveament de circuit: analgia cm restaurante 1: Intrduçã 28

29 Núcle da rede: chaveament de pactes Chaveament de pactes: cmprtament armazena e repassa quebra mensagens em pequens pedaçs: pactes Armazena-e-repassa: switch aguarda até pedaç chegar cmpletamente, entã repassa/rteia 1: Intrduçã 29

30 Chaveament de pactes vs de circuits Chaveament de pactes permite mais usuáris usarem a rede! 1 Mbit link cada usuári: 100Kbps qd ativ ativ 10% d temp chaveament de circuit: 10 usuáris chaveament de pactes: cm 35 usuáris, prbabilidade > 10 ativs mens que.0004 N usuáris 1 Mbps link 1: Intrduçã 30

31 Chaveament de pactes vs de circuits Será chaveament de pactes grande vencedr da disputa? Excelente para dads em rajadas cmpartilhament de recurss sem setup na chamada Qd cngestinament excessiv: atrass e perdas de pactes prtcls necessáris para transferência de dads cnfiável, cntrle de cngestã Q: Cm frnecer cmprtament de circuit? aplics de áudi/víde necessitam de garantias de largura de banda esse ainda é um prblema nã reslvid! 1: Intrduçã 31

32 Redes chaveament de pactes: rteament Objetiv: mver pactes entre rteadres da rigem para destin irems estudar algritms de rteament rede datagrama: endereç de destin determina próxim hp rta pde mudar durante sessã analgia: dirigir perguntand direçã rede de circuit virtual: cada pacte carrega um tag (virtual circuit ID), que determina próxim hp caminh fix determinad em temp de setup de chamada, permanece fix durante chamada rteadres mantêm estad pr chamada 1: Intrduçã 32

33 Redes de acess e meis físics Q: Cm cnectar sistemas finais as rteadres de brda? redes de acess residencial redes de acess institucinal (escla, cmpanhia) redes de acess móveis Tenha em mente: bandwidth (bits pr segund) da rede de acess? cmpartilhads u dedicads? 1: Intrduçã 33

34 Acess residencial: acess pnt a pnt Discagem via mdem até 56Kbps acess diret a rteadr (cnceitualmente) ISDN: integrated services digital netwrk: 128Kbps cnectads a rteadr ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa-rteadr até 8 Mbps rteadr-casa ADSL ainda em desenvlviment 1: Intrduçã 34

35 Acess residencial: mdens a cab HFC: hybrid fiber cax assimétric: até 10Mbps dwnstream, 1 Mbps upstream rede de cab e fibra interliga casas a rteadr ISP acess cmpartilhad a rteadr questões: cngestinament, dimensinament dispníveis através de cmpanhias de cab 1: Intrduçã 35

36 Acess institucinal: redes lcais lcal area netwrk (LAN) cnectam sistemas finais a rteadr de brda Ethernet: cab cmpartilhad u dedicad cnecta sistema final e rteadr 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet 1: Intrduçã 36

37 Redes de acess sem fi rede de acess sem fi e cmpartilhada cnecta sistema final a rteadr wireless LANs: espectr de rádi substitui fi e.g., Lucent Wavelan 11 Mbps wider-area wireless access CDPD: acess sem fi a rteadr ISP via rede celular rteadr estaçã base hsts móveis 1: Intrduçã 37

38 Mei físic link físic: bit de dad transmitid prpaga através de um link mei guiad: sinais prpagam em mei sólid: cbre, fibra mei nã guiad: sinais prpagam livremente, e.g., rádi Par trançad (TP) dis fis de cbres Categria 3: fi de telefne tradicinal, 10 Mbps Ethernet Categria 5 TP: 100Mbps Ethernet 1: Intrduçã 38

39 Mei físic: caxial, fibra Cab caxial: fi (cndutr de sinal) dentr de fi (prtetr) baseband: canal únic n cab bradband: múltipls canais n cab bidirecinal us cmum em Ethernet 10Mbs Cab de fibra ótica: fibra de vidr cnduzind pulss de luz peraçã em alta-velcidade: Ethernet 100Mbps transmissã pnt-a-pnt de alta-velcidade (e.g., 5 Gps) baixa taxa de errs 1: Intrduçã 39

40 Mei físic: rádi sinal cnduzid n espectr eletrmagnétic sem fi físic bidirecinal efeits de prpagaçã d ambiente: reflexã bstruçã pr bjets interferência Tips de link de Rádi: micrndas e.g. canais até 45 Mbps LAN (e.g., WaveLAN) 2Mbps, 11Mbps wide-area (e.g., celular) satélite e.g. CDPD, 10 s Kbps canal até 50Mbps (u váris canais menres) atras fim-a-fim 270 Msec 1: Intrduçã 40

41 Atrass em redes de chav. de pactes pactes experimentam atrass n caminh fim-a-fim quatr fntes de atras em cada hp A transmissã prcessament n nó: checagem de bits de errs esclha d link de saída enfileirament prpagaçã temp de espera n link de saída para transmissã depende d nível de cngestinament d rteadr B prcessament n nó enfileirament 1: Intrduçã 41

42 Atrass em redes de chav. de pactes Atras de transmissã: R=link bandwidth (bps) L=tam. pacte (bits) temp de envi de bits n link = L/R Atras de prpagaçã: d = tamanh d link físic s = velc. prpagaçã n mei (~2x10 8 m/sec) atras prpagaçã = d/s A transmissã prpagaçã Obs: s e R sã quantidades muit diferentes! B prcessament n nó enfileirament 1: Intrduçã 42

43 Atras na fila (revisitad) R=link bandwidth (bps) L=tam. pacte (bits) a=taxa média de chegada de pactes intensidade de tráfeg = La/R La/R ~ 0: pequen atras médi na fila La/R -> 1: atrass se trnam grandes La/R > 1: mais trabalh chegand d que pde ser servid, atras médi infinit! 1: Intrduçã 43

44 Camadas de prtcls Redes sã cmplexas! muitas peças : hsts rteadres váris tips de links aplicações prtcls hardware, sftware Questã: Existe alguma esperança em rganizar a estrutura de rede? Ou pel mens a discussã sbre redes? 1: Intrduçã 44

45 Pr que usar camadas? Para lidar cm sistemas cmplexs: estrutura explícita permite identificar relacinament entre peças d sistema cmplex mdel de referência em camadas facilita discussã mdularizaçã facilita manutençã e atualizaçã d sistema mudança na implementaçã de serviçs de camadas transparentes para rest d sistema us de camadas pde ser prejudicial? 1: Intrduçã 45

46 Pilha de prtcls da Internet aplicaçã: suprta aplicações de rede ftp, smtp, http transprte: transferência de dads entre hsts tcp, udp rede: rteament de datagramas da rigem para destin ip, prtcls de rteament enlace: transferência de dads entre elements de rede vizinhs ppp, ethernet física: bits n fi aplicaçã transprte rede enlace física 1: Intrduçã 46

47 Camadas: cmunicaçã lógica Cada camada: distribuída entidades implementam funções de camadas em cada nó entidades executam ações, trcam mensagens cm seus pares aplicaçã transprte rede enlace física aplicaçã transprte rede enlace física aplicaçã transprte rede enlace física rede enlace física aplicaçã transprte rede enlace física 1: Intrduçã 47

48 Camadas: cmunicaçã lgica E.g.: transprte pega dads da aplic. adicina endereç, infrmaçã de cnfiabilidade p/ frmar datagrama envia datagrama para seu par espera cnfirmaçã de recepçã de seu par analgia: crrei dads aplicaçã transprt rede enlace física transprte aplicaçã transprte rede enlace física ack dads aplicaçã transprte rede enlace física rede enlace física dads aplicaçã transprt rede enlace física transprte 1: Intrduçã 48

49 Camadas: cmunicaçã física dads aplicaçã transprte rede enlace física aplicaçã transprte rede enlace física aplicaçã transprte rede enlace física rede enlace física dads aplicaçã transprte rede enlace física 1: Intrduçã 49

50 Prtcl em camadas e dads Cada camada recebe dads da camada acima adicina cabeçalh de infrmaçã para criar nva unidade de dads passa nva unidade de dads para camada abaix rigem destin Hl Ht HnHt HnHt M M M M aplicaçã transprte rede enlace física aplicaçã transprte rede enlace física Hl Ht HnHt HnHt M M M M mensagem segment datagrama frame 1: Intrduçã 50

51 Aspects Arquiteturais Estruturaçã em camadas: mdel basead em hierarquizaçã e descentralizaçã Interface camadas 6/7 Interface camadas 5/6 Sistema A Camada 7 Camada 6 Camada 5 Interface camadas 4/5 Interface camadas 3/4 Interface camadas 2/3 Interface camadas 1/2 Camada 4 Camada 3 Camada 2 Camada 1 Prtcl da camada 7 Prtcl da camada 6 Prtcl da camada 5 Prtcl da camada 4 Prtcl da camada 3 Prtcl da camada 2 Prtcl da camada 1 Sistema B Camada 7 Camada 6 Camada 5 Camada 4 Camada 3 Camada 2 Camada 1 Interface camadas 6/7 Interface camadas 5/6 Interface camadas 4/5 Interface camadas 3/4 Interface camadas 2/3 Interface camadas 1/2 Mei de Transmissã 1: Intrduçã 51

52 Aspects Arquiteturais Estruturaçã em camadas: prcess de cmunicaçã interface 6/7 TRANSMISSÃO m M prtcl da camada 7 prtcl da RECEPÇÃO interface camada 6 interface 5/6 prtcl da 5/6 M camada 5 m M M interface 6/7 H4 M1 H4 M2 prtcl da camada 4 H4 M1 H4 M2 H3 H4 M1 H3 H4 M2 prtcl da camada 3 H3 H4 M1 H3 H4 M2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M2 T2 prtcl da camada 2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M2 T2 SISTEMA FONTE SISTEMA DESTINO 1: Intrduçã 52

53 Arquitetura a Sete Camadas D RM-OSI 7 Aplicaçã Prtcl de Aplicaçã Aplicaçã APDU 6 Apresentaçã Prtcl de Apresentaçã Apresentaçã PPDU 5 Sessã Prtcl de Sessã Sessã SPDU 4 Transprte Prtcl de Transprte SUB-REDE Transprte TPDU 3 Rede Rede Rede Rede PACOTE prtcls interns da sub-rede 2 Enlace de Dads Enlace de Dads Enlace de Dads Enlace de Dads QUADRO 1 Física Física Física Física BIT SISTEMA A IMP IMP IMP - Interface Message Prcessr SISTEMA B 1: Intrduçã 53

54 Ilustraçã Da Cmunicaçã N Mdel OSI prcess emissr DADOS prcess receptr Aplicaçã prtcl de aplicaçã AH DADOS Aplicaçã Apresentaçã prtcl de apresentaçã PH DADOS Apresentaçã Sessã prtcl de sessã SH DADOS Sessã Transprte prtcl de transprte TH DADOS Transprte Rede prtcl de rede NH DADOS Rede Enlace DH DADOS Enlace Física BITS Física mei de transmissã de dads 1: Intrduçã 54

55 Estrutura da Internet: rede de redes mais u mens hierárquica natinal/internatinal backbne prviders (NBPs) e.g. Embratel, BBN/GTE, Sprint, AT&T, IBM, UUNet intercnecta cada par cm utr privativamente, u em um Netwrk Access Pint (NAP) públic ISPs reginais cnecta em NBPs (ex. Telesc) ISP lcal, cmpanhia cnecta em ISP reginal (ex. UOL, UFSC) NAP reginal ISP lcal ISP NBP B NBP A lcal ISP reginal ISP NAP 1: Intrduçã 55

56 Históric da Internet : Primeirs princípis de chaveament de pactes : Nvs prtcls, prliferaçã de redes 1983: TCP/IP 1983: DNS (traduçã nme-endereçip) 1985: prtcl ftp 1988: cntrle de cngestã TCP 1990 s: cmercializaçã, WWW 1994: Msaic, depis Netscape final de 1990: cmercializaçã d WWW Final de 1990: 50 milhões cmputadres na Internet 100 milhões+ usuáris links n backbne executand a 1 Gbps 1: Intrduçã 56

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