Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações

Transcrição

1 1 Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações TL Redes IP Evandro Luís Brandão Gomes ( evandro@inatel.br ) 2016

2 2 Capítulo 1 Introdução ao Protocolo TCP/IP Padronização do TCP/IP Arquitetura do Protocolo TCP / IP

3 3 Introdução ao TCP / IP TCP / IP(Transmission Control Protocol / Internet Protocol Suite) Internetwork - Interligação de Redes com diferentes tecnologias e velocidades

4 4 Introdução ao TCP / IP Características Principais: Desenvolvido para interligação de redes: Diferentes tecnologias; Diferentes velocidades; Independente da topologia de rede: Transportado sobre outras tecnologias: IP sobre Ethernet; IP sobre ATM; IP sobre Frame Relay; etc. IP sobre tudo!

5 5 Introdução ao TCP / IP Aplicações das Redes IP: Dados (Arquivos de texto, Figuras, Programas, etc) Vídeo (Streaming de Vídeo, VoD - Vídeo on Demand, IPTv) Voz (VoIP) Tudo sobre IP!

6 6 Introdução ao TCP / IP Histórico: 1969 Início da ARPANET 1981 Definição do IPv4 na RFC ARPANET adota o TCP/IP 1990 Primeiros estudos sobre o esgotamento dos endereços 1993 Internet passa a ser explorada comercialmente Intensifica-se a discussão sobre o possível esgotamento dos endereços livres e do aumento das tabelas de roteamento.

7 7 Padronização do TCP / IP Conjunto de protocolos com arquitetura aberta: Não existe um dono do protocolo. Informações disponíveis para qualquer pessoa. ISOC ( IAB Internet Architecture Board ( Internet Engineering Task Force ( RFC (Request for Comments) ( ( IRTF Internet Research Task Force (

8 8 Padronização do TCP / IP RFCs (Request For Comment): Já foram publicadas mais de 7000 RFCs Alguns exemplos de RFCs: RFC 793: Protocolo TCP. RFC 768: Protocolo UDP. RFC 959: Protocolo FTP. RFCs podem ter os seguintes status: S: Internet Standard, OS: Proposed Standard, DS: Draft Standard, BCP: Best Current Practices, E: Experimental, I: Informational e H: Historic

9 9 Padronização do TCP / IP O endereçamento na Rede Pública (Internet) é gerenciado e controlado pelo IANA. O IANA se divide em 5 Centros Regionais (RIR - Regional Internet Registry) Fonte

10 10 Modelo TCP / IP (4 camadas): Aplicação Aplicação Transporte Transporte Inter-Rede Inter-Rede Interface Interface de de Rede Rede Intra-Rede Intra-Rede Interface com as aplicações de Rede Conversões de formatos ou códigos e criptografia Estabelecimento e manutenção das sessões Assegura a entrega dos dados (ponto-a-ponto) Estabelecimento de rotas através da rede Formato dos dados na conexão e verificação de erros Interface com os meios físicos

11 Modelos OSI e TCP/IP Modelo OSI Aplicação Apresentação Aplicação Sessão Transporte Rede Enlace Física Transporte Inter-Rede Interface de Rede Intra-Rede

12 12 TCP / IP (Camadas e Protocolos) Aplicação Aplicação Telnet HTTP FTP POP3 SMTP SNMP DNS DHCP Transporte Transporte TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) Inter-Rede Inter-Rede ARP RARP IP (Internet Protocol) ICMP Interface Interface de de Rede Rede Intra-Rede Intra-Rede Ethernet Wi-Fi FrameRelay X.25 MEIO MEIO FÍSICO FÍSICO (UTP, (UTP, Coaxial, Coaxial, Fibra Fibra Óptica, Óptica, RF, RF, etc) etc)

13 13 TCP / IP - Interações entre as Camadas e Protocolos Aplicação Aplicações Transporte TCP / UDP Inter-Rede IP ICMP ARP / RARP Interface de Rede Interface de Rede

14 14 Usuários ~1,5 bilhões Redes ~10 4 AS INTERNET A grande Rede Roteadores ~10 7 s por dia ~10 10 Google ~10 5 p/ seg YouTube ~10 8 p/ dia

15 15 Internet Elementos Básicos enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite taxa de transmissão = largura de banda roteadores: encaminham pacotes protocolos controle de envio e recepção de mensagens na rede. Exemplos: TCP, IP, HTTP, Ethernet, etc Fonte Kurose, Ross Redes de Computadores e a Internet

16 16 Internet Estrutura da Rede borda da rede: aplicações e hospedeiros (clientes e Servidores) redes de acesso, meios físicos: enlaces de comunicação com e sem fio que interligam as redes de clientes nos ISPs núcleo da rede: roteadores interconectados rede de redes ISPs (Internet Service Provider) Fonte Kurose, Ross Redes de Computadores e a Internet

17 17 Internet Borda da Rede sistemas finais (hospedeiros): Executam os programas de aplicação Ex: Web, Sempre na borda da rede modelo cliente/servidor hospedeiro cliente solicita, recebe serviço de servidor. Ex: navegador/servidor Web; cliente/servidor de modelo peer-peer: uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados Ex: Skype, BitTorrent Fonte Kurose, Ross Redes de Computadores e a Internet

18 18 Internet Núcleo da Rede Estrutura da Internet: rede de redes (Backbone) Topologia aproximadamente hierárquica

19 19 Internet Núcleo da Rede Estrutura da Internet: rede de redes (Backbone) No centro (Backbone) ISPs de nível 1 - cobertura nacional/internacional

20 20 Internet Núcleo da Rede Estrutura da Internet: rede de redes (Backbone) ISPs de nível 2 interconexão regional conectam a um ou a mais ISPs de nível 1, possivelmente outros ISPs de nível 2

21 21 Internet Núcleo da Rede Estrutura da Internet: rede de redes (Backbone) ISPs de nível 3 ou ISPs locais rede do último salto ( acesso ), mais próxima dos sistemas finais (usuários)

22 22 Atrasos na Transmissão de um Pacote São 4 formas de atraso de pacotes: 1. processamento nodal: verificar erros de bit determinar enlace de saída (rota) 2. enfileiramento tempo esperando por transmissão no enlace de saída depende do nível de congestionamento do roteador

23 23 Atrasos na Transmissão de um Pacote 3. atraso de transmissão: R = largura de banda do enlace (bps) L = tamanho do pacote (bits) tempo para enviar bits no enlace = L/R 4. atraso de propagação: d = tamanho do enlace físico s = vel. de propagação no meio (de 2x10 8 m/s até 3x10 8 m/s) atraso de propagação = d/s Nota: s e R são quantidades muito diferentes!

24 24 Atrasos na Transmissão de um Pacote Atraso Total na Transmissão de um Pacote entre Dois Nós da Rede d total = d proc + d fila + d trans + d prop d proc = atraso de processamento normalmente, poucos microssegundos ou menos d fila = atraso de enfileiramento depende do congestionamento d trans = atraso de transmissão = L/R, significativo para enlaces de baixa velocidade d prop = atraso de propagação alguns microssegundos a centenas de ms

25 25 Perda de Pacotes Acontece quando: pacote chegando à uma fila (buffer do enlace) cheia Por filtros (regras e/ou políticas de segurança/qos) Por erro de bit (detectado através de FCS)!"#

26 26 Vazão (Throughput ) Vazão (throughput): taxa (bits/unidade de tempo) em que os bits são transferidos entre emissor/receptor Pode ser traduzido como a taxa de transferência efetiva de um sistema (pode ser menor que a taxa de transmissão devido às perdas e atrasos no sistema) instantânea: taxa em determinado ponto no tempo média: taxa por período de tempo maior $%& % ' ( ) # ' % ( ) #

27 27 Vazão (Throughput ) R s < R c Qual é a vazão média de fim a fim? R s > R c Qual é a vazão média de fim a fim? % *

28 Exercício: A sonda Phoenix foi enviada ao espaço pela agência espacial norte-americana em 4 de agosto de 2007 e, desde que pousou em Marte, no dia 25 de maio de 2008, envia fotos para a Terra. Uma foto transmitida tinha o tamanho de 8x10 6 bytes e, quando enviada, a distância entre os dois planetas era de 60 bilhões de metros (60x10 9 m). Assumindo que o enlace de comunicação entre a sonda e a base da missão na Terra é de 128kbps, que não há elementos intermediários, e que a velocidade de propagação do sinal é a velocidade da luz (3x10 8 m/s), quanto tempo, em segundos, se passou entre o início do envio da foto até ela ser recebida completamente na Terra? Ttotal = Tpn + Ten + Ttx + Tpr... Tpn=0, Ten=0 Ttx = 8x10 6 * 8 / 128x10 3 = 64x10 6 / 128x10 3 = 500 seg Tpr = 60x10 9 / 3x10 8 = 200 seg Ttotal = = 700 seg