Redes de Computadores e a Internet

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Sebastião Baltazar Garrau Barbosa
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1 Redes de Computadores e a Internet Magnos Martinello Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Departamento de Informática - DI Laboratório de Pesquisas em Redes Multimidia - LPRM

2 Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da Rede Sistemas finais, redes de acesso, enlaces 1.3 Núcleo da Rede Comutação de circuito, comutação de pacote, estrutura da Internet e s 1.4 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 2

3 Taxonomia da rede Taxonomia de Redes de Telecomunicações Rede de datagramas não é orientada à conexão A Internet provê serviços orientados à conexão (TCP) e serviços não orientados à conexão (UDP) 3

4 Redes de comutação de pacotes Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino Algoritmos de seleção de caminhos (capítulo 4) Redes datagrama: O endereço de destino determina o próximo salto Rotas podem mudar durante uma sessão Analogia: dirigir perguntando o caminho Rede de circuitos virtuais: Cada pacote leva um número (virtual circuit ID), o número determina o próximo salto O caminho é fixo e escolhido no instante de estabelecimento da conexão, permanece fixo durante toda a conexão Roteadores mantêm estado por conexão 4

o caminho Rede de circuitos virtuais: Cada pacote leva um número (virtual circuit ID), o número determina o próximo salto O caminho é

5 Estrutura da Internet e s Fracamente hierárquica No centro: s de zona-1 (ex.: RNP, Sprint, AT&T) cobertura nacional/internacional Características: Conectam-se diretamente a cada um dos outros s de nível 1 Conectam-se a um grande número de nível 2 Têm cobertura internacional A Zona-1 provê interconexão (peer) de modo privativa Zona-1 Zona-1 NAP Zona-1 A Zona-1 també provê intercone nos pontos de acesso (NAPs) d rede pública 5

dos outros s de nível 1 Conectam-se a um grande número de nível 2 Têm cobertura internacional A Zona-1

6 Backbone da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa - RNP 6

7 Estrutura da Internet e s s de Zona-2 : s menores (freqüentemente regionais) Conectam-se a um ou mais s de Zona-1, possivelmente a outros s de Zona-2 de Zona-2 paga ao de Zona-1 pela conectividade ao resto da Internet de Zona-2 é cliente do provedor de Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 NAP Zona-1 Zona-1 Zona-2 Zona-2 s de Zona-2 também provêem conexão entre si Zona-2 7

conectividade ao resto da Internet de Zona-2 é cliente do provedor de Zona-1 Zona-2 Zona-1

8 Estrutura da Internet e s s de Zona-3 e s locais Última rede de acesso ( hop ) (mais próxima dos sistemas finais) s locais e de Zona-3 são clientes dos s de zonas mais altas conectando-os ao resto da Internet Zona-3 Zona-2 Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 NAP Zona-1 Zona-2 Zona-2 8

Zona-3 são clientes dos s de zonas mais altas conectando-os ao resto

9 Estrutura da Internet e s Um pacote passa através de muitas redes Zona-3 Zona-2 Tier-2 Zona-1 NAP Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 Zona-2 9

10 Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da Rede Sistemas finais, redes de acesso, enlaces 1.3 Núcleo da Rede Comutação de circuito, comutação de pacote, estrutura da Internet e s 1.4 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 10

11 Quatro fontes de atraso de pacote 1. Processamento nodal 2. enfileramento A checar bit errors Determinar enlace de saída transmissão propagação Tempo esperando pela transmissão no enlace de saída Depende do nível de congestionamento no roteador B processamento enfileramento 11

transmissão propagação Tempo esperando pela transmissão no enlace de

12 Como atrasos e perdas ocorrem? Filas de pacotes em buffers de roteadores Taxa de chegada de pacotes ao link ultrapassa a capacidade do link de saída Fila de pacotes esperam por sua vez pacote sendo transmitido (atraso) A B enfileiramento de pacotes (atraso) Espaço no buffer livre (disponíveis): pacotes chegando descartados (perda) se não houver espaço livre 12

capacidade do link de saída Fila de pacotes esperam por sua vez pacote sendo transmitido

13 Quatro fontes de atraso de pacote 3. Atraso de transmissão: R = largura de banda do link (bps) L = tamanho do pacote (bits) Tempo para enviar bits ao link = L/R 4. Atraso de propagação: d = comprimento do link físico s = velocidade da luz de propagação no meio (~2x10 8 m/s) Atraso de propagação = d/s Observar: s e R são medidas muito diferentes! 13

14 Analogia da Caravana 100 km 100 km caravana pedágio de 10 carros Carros se propagam a 100 km/h Pedágios levam 12 s para atender um carro (tempo de transmissão) Carro = bit; caravana = pacote P.: Quanto tempo levará até a caravana ser alinhada antes do 2 o pedágio? Tempo para empurrar a caravana toda pelo pedágio até a estrada = = 120 s Tempo para o último carro se propagar do 1 o ao 2 o pedágio: 100 km/(100 km/h) = 1 h R.: 62 minutos pedágio 14

: Quanto tempo levará até a caravana ser alinhada antes do 2 o pedágio?

15 Analogia da Caravana 100 km 100 km caravana de 10 carros pedágio pedádio Agora os carros se propagam a km/h Agora o pedágio leva 1 min para atender um carro P.: Os carros chegarão ao 2 o pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1 o pedágio? R.: Sim! Após 7 min, o 1 o carro está no 2 o pedágio e ainda restam 3 carros no 1 o pedágio 1 o bit do pacote pode chegar ao 2 o roteador antes que o pacote seja totalmente transmitido pelo 1 o roteador! Veja: mission/delay.html 15

: Os carros chegarão ao 2 o pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1 o pedágio? R.: Sim!

16 Atraso Nodal d no =d proc +d fila +d trans +d prop d proc = atraso de processamento Tipicamente uns poucos microssegundos ou menos d fila = atraso de fila Depende do congestionamento d trans = atraso de transmissão = L/R, significante para links de baixa velocidade d prop = atraso de propagação Uns poucos microssegundos a centenas de milissegundos 16

congestionamento d trans = atraso de transmissão = L/R, significante para links de

17 Atraso na fila R = largura de banda do link (bps) L = tamanho do pacote (bits) A = taxa média de chegada de pacotes Intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: atraso médio de fila pequeno La/R -> 1: atraso se torna grande La/R > 1: mais trabalho chega do que a capacidade de transmissão. O atraso médio cresce indefinidamente! 17

médio de fila pequeno La/R -> 1: atraso se torna grande La/R > 1: mais trabalho

18 Atraso na fila Como são os atrasos e perdas na Internet real? Programa Traceroute: fornece medidas do atraso da fonte para o roteador ao longo de caminhos fim-a-fim da Internet até o destino. Para todo i: Envia três pacotes que alcançarão o roteador i no caminho até o destino O roteador i retornará pacotes ao emissor O emissor cronometra o intervalo entre transmissão e resposta 3 probes 3 probes 3 probes 18

19 Atrasos e rotas na Internet Traceroute: gaia.cs.umass.edu to Três medidas de atraso de gaia.cs.umass.edu para csgw.cs.umass.edu 1 cs-gw ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu ( ) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu ( ) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at wor.vbns.net ( ) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so wae.vbns.net ( ) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu ( ) 22 ms 22 ms 22 ms ( ) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net ( ) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net ( ) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net ( ) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr ( ) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr ( ) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr ( ) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net ( ) 135 ms 128 ms 133 ms ( ) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr ( ) 132 ms 128 ms 136 ms * sem resposta (perda de probe, roteador não responde) link transoceânico 19

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 8 62.

20 Perda de Pacotes A fila que precede o link possui capacidade finita Quando um pacote chega a uma fila cheia, ele é descartado (isto é, perdido) O pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pelo sistema final do emissor, ou não ser retransmitido 20

(isto é, perdido) O pacote perdido pode ser retransmitido pelo

21 Throughput Throughput: taxa (bits/unidade de tempo) na qual os bits são transferidos entre o emissor/receptor Instantaneo : taxa em um dado ponto no tempo Médio: taxa sobre um período longo do tempo Servidor server, envia with (fluido) file of em F bits um to send tubo to client Tubo link pode capacity carregar fluído R bits/sec s a taxa R bits/seg s Tubo link pode capacity carregar R bits/sec c R bits/seg) c 21

22 Throughput (Vazão) R s < R c Qual é a vazão média fim a fim? R s bits/sec R c bits/sec R s > R c Qual é a vazão média fim a fim? Enlace gargalo R s bits/sec R c bits/sec Enlace no caminho fim-a-fim que limita a vazão 22

23 Throughput na Internet Vazão fim a fim porconexão: min(r c,r s,r/10) Na prática: R c ou R s é frequentemente o gargalo R s R s R s R R c R c R c 10 conexões (justamente) compartilham um enlace do backbone de capacidade R bits/seg 23

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