Mestrado em Engenharia e Gestão da Tecnologia

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1 Mestrado em Engenharia e Gestão da Tecnologia Pedro M. Ferreira pedro.ferreira@isr.ist.utl.pt Redes fixas e móveis para da dados e voz: perspectiva tecnológica Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

2 Agenda Tecnologias de informação e comunicação: Apoiadas por redes de computadores Ideias fundamentais do seu funcionamento Conceitos fundamentais de arquitectura Conceitos fundamentais de transmissão dados Modelo OSI: Nível físico, data link, rede e transporte Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

3 Previsões Famosas I think there is a world market for maybe five computers Thomas Watson IBM Chairman 1943 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

4 Previsões Famosas There is no reason anyone would want a computer in their home Ken Olson DEC President 1977 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

5 Previsões Famosas 640K ought to be enough for anybody Bill Gates CEO, Microsoft Corp Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

6 Moore s Law Na generalidade, a complexidade dos sistemas duplica todos os anos Gordon Moore, Intel, 1965 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

7 Comunicações de Dados Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

10 Computadores como apoio para a partilha de recursos Partilha de informação: Tipos de informçaão: Dados críticos para a missão (e.g. simulações) Dados utilizados frequentemente (e.g. apresentação) Manuais de procedimentos (e.g. especificações tarefas) Quem acede a que informação: Permissão de actualização ( update ) Permissão só de escrita ( read-only ) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

11 Computadores como apoio para a partilha de recursos Partilha de equipamentos (hardware): Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

12 Computadores como apoio para a partilha de recursos Partilha de aplicações (software): Aplicações instaladas centralmente, acessíveis LAN Uma única instalação central para actualizações Configuração central e consistente do sistema Mecanismo único de gestão de acessos Partilha de cópias de segurança (backups): Cópia central automatizada Infelizmente, ponto único de falha Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

13 Papéis dos computadores Clientes: Utilizam os recursos da rede, sem fornecer recursos adicionais Utilizam o seu sistema operativo próprio Servidores: Componentes dedicados a fornecer serviços/recursos à rede Executam e gerem os tarefas requeridas pelos clientes Peers (clientes & servidores): Utilizam e fornecem recursos à rede Comportam-se como servidores e como clientes Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

14 Tipos de redes de computadores Cliente / Servidor: Mistura de clientes e servidores que os suportam Servidores dedicados a classes de serviço Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

15 Tipos de redes de computadores Peer to Peer : Rede de computadores que partilham recursos Sem servidores dedicados Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

16 Redes baseadas no modelo cliente/servidor Vantagens: Segurança central fortalecida Centralização de serviços (e.g. file system, backup) Gestão central do hardware e software partilhados Optimização de servidores para serviços específicos Possibilidade de gestão de utilizadores Desvantagens: Hardware e software caros Necessidade de administrador de rede Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

17 Redes Peer to peer Vantagens: Fácil instalação Inexistência de hardware ou software extra Inexistência de administrador de rede Utilizadores controlam uso dos recursos partilhados Custos reduzidos para redes pequenas Desvantagens: Maior carga nos computadores Inexistência de organização centralizada Segurança reduzida (operada por cada utilizador) Inexistência de gestão centralizada coerente Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

18 Segurança das redes Peer to peer : Redes menos seguras, cada recurso tem a sua password Segurança controlada por acesso a directoria partilhada Utilizadores gerem o acesso directo aos recursos Cliente / Servidor: Utilizadores fazem login na rede Permissões directas aos utilizadores individuais para acesso definidas centralmente pelo administrador de rede Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

19 Topologia de rede Forma como se interligam os vários equipamentos Topologia Bus Componentes ligados a um tronco principal Todos os componentes recebem todas as mensagens Apenas o componente destino aceita a mensagem Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

20 Topologia Bus Vantagens: Simples, bom funcionamento em redes pequenas De fácil utilização Requer pouca cablagem De fácil extensão (e.g. basta um repetidor) Desvantagens: Performance piora consideravelmente com tráfego Cada ligação reduz o sinal Difícil de reparar Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

21 Topologia de rede Forma como se interligam os vários equipamentos Topologia Ring Cada componente liga-se aos seus vizinhos Usa-se transmissão por meio de token Apenas o nó com o token pode transmitir Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

22 Topologia Ring Vantagens: Todos os nós têm acesso igual à rede Funciona bem mesmo com muito tráfego Desvantagens: Falha de um nó pode causar falha de toda a rede De difícil manutenção Adicionar ou remover nós pode parar a rede Tipicamente mais cara do que a topologia star Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

23 Topologia de rede Forma como se interligam os vários equipamentos Topologia Star Componentes interligados através de nó central Cada componente comunica apenas com o nó central Nó central gere a retransmissão das mensagens Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

24 Topologia Star Vantagens: Fácil de modificar Fácil de diagnosticar problemas Baixa de um computador não afecta o resto da rede Pode utilizar múltiplos tipos de cabos Desvantagens: Hub central é ponto único de falha Topologia mais cara do que a topologia bus Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

25 Topologia de rede Forma como se interligam os vários equipamentos Topologia Mesh Cada par de componentes liga-se directamente Cara par de componentes comunica directamente Cada componente responsável por gerir sessões Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

26 Topologia Mesh Vantagens: Extremamente resistente a falhas De fácil manutenção Desvantagens: Topologia que requer mais cablagem Tipicamente a topologia mais cara Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

27 Comparativo das Topologias Menos Mais barata Mais difícil Menor Menor CABLAGEM CUSTOS MANUTENÇÃO COMPLEXIDADE ROBUSTEZ Mais Mais cara Mais fácil Maior Maior Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

28 Serviço da rede de computadores: encapsular tarefas de baixo nível Alguns exemplos de problemas de rede : Erros ao nível dos bits: interferências eléctricas confundem zeros e uns Erros ao nível dos pacotes: congestionamento da rede leva à perda de pacotes Erros ao nível das mensagens: entregues com atrasos excessivos e fora da ordem de envio Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

29 Taxonomia de serviços Connection-Oriented : Caminho fim-a-fim com controlo de qualidade Connectionless : Mensagens distribuídas por pacotes Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

30 Taxonomia de serviços Connection-Oriented : Connectionless : Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

31 Modelo de camadas para redes de computadores Modelo Open Systems Interconnection (OSI) Desenvolvido pela Organization for Standardization Standard globalmente aceite para modelar redes Define regras para/sobre: Como os componentes das redes contactam entre si Como os componentes das redes comunicam entre si Quem tem o direito a utilizar os canais de transmissão Verificação da correcção das transmissões efectuadas Garantir que a informação é correctamente representada Garantir que se comunica a velocidades correctas Garantir que as redes são fisicamente interligadas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

32 Modelo de camadas para redes de computadores Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

33 Modelo Open Systems Interconnection Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

34 Modelo simplificado: Princípio da ampulheta Nível Internet: Comutação de pacotes Serviço connectionless Máquinas injectam pacotes para a rede que a atravessam por caminhos independentes Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

35 Modelo simplificado: Princípio da ampulheta Nível Transporte: Permite que pares de máquinas estabeleçam uma ligação fim-a-fim TCP: connection-oriented Comunicação sem erros de mensagens ordenadas; UDP: connectionless Sem controlo de fluxo, tipicamente utilizado para aplicações real-time Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

36 Modelo simplificado: Princípio da ampulheta Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

37 Modelo TCP/IP: Serviço fim-a-fim Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

38 Nível Físico (osi 1) Transmite, bit a bit as mensagens fornecidas pelo nível data link (nível 2) Especificações: Interfaces mecânicas e eléctricas Portos e fios para interligação Níveis de voltagem (+5V e -5V) Técnicas de codificação Velocidade de transmissão Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

39 Transmissão de sinal Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

40 Sinais digitais Representam bits: estado on ou off Transição imediata entre estados Codificação dos dados: Voltagem positiva pode indicar 0, 1 ou vice-versa Voltagem indica o valor actual dos dados Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

41 Sinais analógicos Representados por ondas electromagnéticas Sinais contínuos com valores num intervalo Características das ondas representam 0, 1 Especificações: Amplitude: intensidade máxima da onda Comprimento: distância entre duas ondas Frequência: número de ondas por segundo Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

42 Sinais analógicos Wavelength Amplitude Frequency (cycles in 1 second) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

43 Espectro electromagnético Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

44 Equações fundamentais λ = c / f λ: comprimento de onda c: velocidade da luz ( m/seg) F: frequência mdt = 2 f log 2 (#níveis) mdt: velocidade máxima de transmissão #níveis: número de níveis a diferenciar (digital:2) Exemplo: bandwidth=3100hz 2 log 2 (16)=24800 bps Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

45 Efeitos de propagação: Atenuação A amplitude de um sinal gerado decai com a distância à fonte qualquer que seja o canal de comunicação utilizado Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

46 Efeitos de propagação: Atenuação Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

47 Sinais analógicos vs. digitais Vantagens da comunicação digital: Mais robusto a erros de transmissão Pode eliminar-se a distorção entre fonte e receptor voltage voltage time time voltage analogue signal voltage digital signal time time analogue signal + digital signal + Pedro Ferreira 2006 noise MEGT 9 Ed noise 47

48 Sinais analógicos vs. digitais Vantagens da comunicação digital: Pode reconstruir-se sinais parcialmente destruídos Pode facilmente corrigir-se erros de transmissão Pode facilmente encriptar-se as mensagens Pode facilmente comprimir mensagens Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

49 Exemplos de canais de comunicação Unshielded Twisted Pair (UTP): pares de cobre entrelaçados revestidos por plástico Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

50 Exemplos de canais de comunicação Shielded Twisted Pair (STP): pares de cobre entrelaçados revestidos por alumínio Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

51 Exemplos de canais de comunicação Cabo Colaxial: dois condutores que partilham o mesmo eixo, centro axial sólido revestido pelo segundo condutor Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

52 Largura de Banda Capacidade de transporte de informação de um canal de comunicação (ciclos/segundo -1 ) Medido tipicamente em bits/segundo (e.g. redes Ethernet têm 10 Mbps de largura de banda) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

53 Fibras ópticas Lâminas muito finas de vidro Transmitem laser por meio de reflexão total Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

54 Fibras ópticas Fraca atenuação com a distancia Elevada largura de banda Dispersão da luz: Attenuation (db/km) μ band 1.30μ band 1.55μ band 1.5 Diferentes particulas de luz viajam por caminhos com tamanhos diferentes. Os pulsos de luz podem misturar-se Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed Wavelength (microns)

55 Redes de fibras ópticas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

56 Comparativo de canais com fios Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

57 Comunicações sem fios Utilizam a atmosfera para conduzir o sinal Tipos principais: Ondas de rádio Micro-ondas ( satélites ) Infra-vermelhos Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

58 Comunicações rádio Baixa frequência Alta frequência Para comunicar é necessário obter uma licença do regulador Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

59 Micro-ondas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

60 Micro-ondas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

61 Micro-ondas Principais bandas utilizadas com satélites Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

62 Aumentar a capacidade de transmissão dos canais Combinar vários sinais no mesmo meio de comunicação com possibilidade de distinção entre eles por parte do receptor Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

63 Multiplexagem Combinar a informação de várias fontes de dados num só canal Tipos de multiplexagem: Divisão na frequência (FDM) Divisão no tempo (TDM) Divisão no código (CDM) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

64 Divisão na frequência (FDM) O espectro da largura de banda é dividido em canais lógicos e cada conversa ocorre num canal dedicado (e.g. estações de rádio) A capacidade do sistema édefinidapelamargem de segurança necessária entre os canais Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

65 Wavelength Division Multiplexing (WDM) Em fibras ópticas cada canal tem um comprimento de onda diferente Cada utilizador usa uma cor diferente As cores são naturalmente misturadas e separadas através de prismas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

66 Wavelength Division Multiplexing (WDM) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

67 Divisão no tempo (TDM) A cada utilizador é atribuído um slot no tempo para transmitir Todos os utilizadores usam o meio em round robin Se um utilizador não desejar transmitir pode passar-se ao próximo Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

68 Sistemas combinados A largura de banda de um canal de comunicação pode ainda ser aumentada por exemplo utilizando FDM sobre TDM É atribuido um slot a cada grupo de utilizadores. Dentro desse slot cada utilizador do grupo tem associada uma frequência Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

69 Exemplos de Aplicação: Tecnologias de rede local com fios Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

70 Exemplos de Aplicação: Tecnologias de rede local com fios λ 3 λ 1 λ 2 λ 4 λ 5 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

71 Nível Data Link (osi 2) Responsável pela comunicação eficiente e fiável sobre o nível físico, através da transmissão correcta de frames (sequências de bits): Sincronização de frames: Identificação clara dos limites das frames Controlo de fluxo: Garantir que a fonte transmite a uma velocidade que o receptor pode processar Controlo de erros: Detectar e corrigir erros nas transmissões Endereçamento: Identificar as máquinas envolvidas na comunicação Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

72 Sincronização de frames Traduzir as sequências de bits do nível físico para grupos de bits com significado ( frames ) Principal problema: identificar as fronteiras (início e fim) das frames Métodos para o fazer: Contagem do tamanho das frames Preenchimento de bits (bit stuffing) Codificação por pulsos Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

73 Contagem do tamanho das frames Grande desvantagem: se a indicação do tamanho é incorrectamente transmitida perde-se por completo a sincronização entre emissor e receptor Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

74 Bit-stuffing Delimitar as frames através de uma flag : Data Problema: garantir que a flag delimitadora não aparece nos dados a transmitir Algoritmo utilizado: Fonte insere 0 depois de cinco 1s consecutivos nos dados O Receptor verifica se recebe cinco 1s seguidos e: Se o próximo bit for 0, remove este bit Se os próximos bits forem 10, detecta-se a flag Se os próximos bits forem 11, detecta-se um erro Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

75 Bit-stuffing : exemplo Dados a transmitir: Após stuffing e framing : Operação do receptor (sempre depois de cinco 1s): flag de-stuffing flag Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

76 Contagem do tamanho das frames Representar 1 por um pulso negativo, representar 0 por um pulso positivo. Representar o inicio e o fim das frames por manutenção do pulso Vantagem: não necessita de banda para stuffing Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

77 Controlo de erros A transmissão de frames pode sofrer dois tipos de erros: frames perdidas ou frames recebidas mas com bits trocados Métodos para controlo de erros: Acknowledgements Temporizadores Números de sequência Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

78 Acknowledgements O receptor envia uma mensagem de controlo para o emissor quando recebe correctamente as frames Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

79 Temporizadores Ainda assim, uma frame perdida tem de ser reenviada, o que acontece quando um temporizador expira Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

80 Números de sequência O sistema com re-transmissão de frames pode transmitir a mesma frame mais do que uma vez pelo que as frames são identificadas com um número de ordem Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

81 Detecção e correcção de erros Método mais simples de detecção de erros por paridade: Exemplo de paridade par Se o receptor receber uma frame com um número ímpar de 1s então certamente ocorreu um erro na transmissão Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

82 Detecção e correcção de erros Paridade por blocos (método mais eficaz) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

83 Controlo de fluxo Os protocolos de controlo de fluxo permitem que os receptores das mensagens informem os emissores sobre como adaptar a velocidade de transmissão Método mais simples: stop-and-wait: O emissor só envia mais frames depois de receber acknowledgment de todas as frames previamente enviadas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

84 Eficiência do Stop-and-wait t_prop: tempo de propagação t_frame: tempo para transmissão (t_ack): tempo para transmissão do ACK Ignorando t_ack (tipicamente reduzido): Tempo total: 2*t_prop + t_frame Eficiência: E=t_frame/(tempo_total) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

85 Eficiência do Stop-and-wait Exemplo #1: Canal com 4 Kbps e um atraso de propagação de 20 ms. Qual o tamanho das frames para garantir uma eficiência de pelo menos 50%? Resposta: E=0.5=t_frame/(t_frame + 2*t_prop) t_frame=2*t_prop=2*20 ms = 40 ms Tamanho da frame = R t_frame Tamanho da frame = =160 bits Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

86 Eficiência do Stop-and-wait Exemplo #2: Um laboratório tem 200 computadores ligados numa rede de R=10Mbps com tamanho de d=1500m. As frames têm L=800 bits. A velocidade de propagação neste meio é de V= m/s. Quantas frames pode cada computador transmitir por segundo? Resposta: t_prop/t_frame = (d/v) /(L/R)= / E=1/(1+2*t_prop/t_frame)=0.84 #frames=e R/L=0.84* /800=10500 frames/s #frames/computador=10500/200=525 frames/s Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

87 Protocolos de janelas deslizantes Melhor protocolo para transmitir mensagem em redes de computadores: Garante fiabilidade através de acknowledges e timeouts Garante ordem correcta das mensagens Garante controlo de fluxo Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

88 Nível de Rede (osi 3) Responsável por: Encaminhamento de pacotes Controlo de congestionamento Interligação entre diferentes redes Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

89 Encaminhamento de pacotes Os pacotes de informação devem partir do emissor e chegar ao receptor através de nós intermédios que os encaminham ( routers ) O encaminhamento de pacotes pode ser realizado sob uma de duas formas: Circuitos virtuais Datagrams Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

90 Circuitos virtuais Ligação Connection Oriented Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

91 Circuitos virtuais É utilizado um caminho estabelecido à partida Ainda assim, os pacotes têm de esperar nos routers Garante que os pacotes são entregues ao receptor na ordem correcta Útilpara conversasões longas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

92 Encaminhamento de datagrams Cara pacote é encaminhado independentemente Não necessita de prédefinir o caminho Rede mais flexível para resposta a falhas e ataques Não é garantido que os pacotes cheruem ao receptor pela ordem correcta Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

93 Comparação Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

94 Estratégias de encaminhamento Encaminhamento fixo: todos os routers têm a mesma tabela Vantagem: Simples Desvantagem: Não é flexível Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

95 Encaminhamento pelo caminho mais curto Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

96 Encaminhamento adaptativo Estratégias de encaminhamento dinâmico que reajem às mudanças e às condições oferecidas pela rede Estas estratégias: São mais complexas Requerem mais processamento nos routers Principalmente requerem que o estado da rede seja transmitido entre os seus nós, aumentando portanto o tráfego que deve ser transmitido Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

97 Encaminhamento adaptativo Dois métodos para encaminhamento dinâmico: Distance Vector Routing Cada router troca as sua tabela de encaminhamento com os routers vizinhos periodicamente Cria bastante tráfego adicional na rede e as tabelas podem ficar facilmente desactualizadas Link State Routing Cada router envia para todos os routers a sua tabela de encaminhamento quando entra na rede Cada router comunica aos outros routers quaisquer alterações que existam na sua tabela de encaminhamento Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

98 Nível de rede: o nível IP IP: Internet Protocol, desenvolvido em 1973: Define o tipo de datagrams a utilizar na Internet Define a forma como os datagrams são transmitidos Define o espaço de endereçamento na Internet Vint Cerf, Chairman ICANN Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

99 Datagram IP (cabeçalho) Versão de IP Tempo de vida do datagram Endereço da máquina de chegada Tamanho Datagram Endereço da máquina de origem Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

100 Nível de rede: o nível IP Equipamento que ao longo da rede transmite os pacotes de informação Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

101 Estrutura da rede IP Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

102 O Border Gateway Protocol (BGP) Permite aos ISPs trocar informação sobre a estrutura da rede, tipicamente sobre acordos de interligação Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

103 Espaço de endereçamento IP Cada interface de uma máquina ligada à Internet possuí um endereço IP Endereço IP tem tipicamente 32 bits e é da forma AAA.BBB.CCC.DDD (eg ) O endereço IP identifica: A sub-rede onde a interface se liga A máquina específica dessa interface Os endereços IP são um recurso escasso! Os endereços IP são atribuídos por classes Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

104 Classes de endereços IP Poucas redes muito grandes (256 redes) Muitas redes mais pequenas (256 máquinas) máquinas Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

105 Mobile IP Objectivo: permitir mobilidade às interfaces Critérios para o desenho da solução: Cada máquina deve poder usar o seu endereço IP tradicional mesmo estando fora da rede habitual O software dos routers não deve ser alterado, nomeadamente na operação das máquinas fixas Não deve haver sobrecarga quando a máquina se encontra ligada à rede habitual Os pacotes para máquinas fora da rede habitual devem seguir ao máximo o caminho mais directo Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

106 Componentes do Mobile IP Router na nova rede que fornece mobilidade Router na rede habitual utilizado para fornecer mobilidade Rede habitual da máquina Nova rede onde a máquina aparece Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

107 Funcionamento do Mobile IP Pacote enviado para o endereço típico da máquina O emissor estabelece um túnel directamente para a nova localização do máquina Home agent sabe que a máquina mudou-se para a rede do Foreign agent Indicação explícita do novo agente de rede É apenas necessário que quando a nova máquina se regista na nova rede o foreign agent indique o home agent que sabe onde a máquina se encontra Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

108 Nível de Transporte (osi 4) Responsável por: Encaminhamento de pacotes fim-a-fim Simula uma ligação directa emissor-receptor Nível visível aos developers de aplicações Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

109 Facilidade de utilização Os níveis mais baixos do modelo OSI são transparentes ao nível de transporte Ao nível do desenvolvimento das aplicações a operação é extremamente simples: Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

110 Facilidade de utilização Node Application AP Socket interface Transport Network Creates a new end point; allocates table space for it within the transport layer (pp ) Identification of application (port #) Identifies the node Data Link Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed Frames

111 Protocolos de Transporte: Modelo TCP/IP WWW (HTTP) TCP, UDP IP ADSL CABO SATÉLITE Wi-Fi Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

112 TCP vs. UDP TCP: Transmission Control Protocol: Connection-oriented Fiável, sem erros de transmissão, com controlo de fluxo UDP: User Datagram Protocol: Connectionless Sem garantias de fiabilidade, sem controlo de fluxo Útil para transmissões onde a entrega atempada da informação é mais importante que a sua correcção (eg. Video, Audio) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

113 Tarefas fundamentais do TCP Estabelecimento de uma sessão fim-a-fim para transmissão fiável de dados Garantir que os pacotes são correctamente entregues entre a fonte e o destino Cada pacote é entregue uma única vez e na ordem correcta Resultado: O modelo TCP/IP empresta alguma qualidade à fraca performance BEST-EFFORT da Internet Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

114 Protocolo TCP Cabeçalho do TCP: Sequencenumber Acknowledge number Window size Principais características: Controlo de fluxo Controlo de congestionamento Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

115 Controlo de fluxo vs. Controlo de congestionamento Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

116 Curva de performance da rede Pacotes começam a ficar nas filas de espera dos routers A retransmissão de pacotes leva ao colapso total Primeiras versões de TCP/IP (Postel, 1981) não implementavam controlo de congestionamento e a Internet colapsou drásticamente em 1986 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

117 Controlo de congestionamento (TCP) Janela de transmissão é aumentada de 1 por cada pacote correctamente entregue ao receptor até se atingir um nível pré-definido ou verificar-se perda de pacotes, caso em que a janela reduz-se para metade e passa a crescer linearmente Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

118 Sessão típica de TCP/IP Crescimento exponencial inicial Congestão atingida (reduz janela para metade) Incremento aditivo (segunda fase) Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

119 Controlo de congestionamento (TCP) TCP é um protocolo Additive Increase Mutliplicative Decrease TCP é um protocolo que converge para alocações eficientes e justas R1 Linha de eficiência: R1 + R2 = 100% Linha de justiça: R1 = R2 Objectivo Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed R2

120 Controlo de congestionamento (TCP) TCP é um protocolo Additive Increase (AI) Mutliplicative Decrease (MD) TCP é um protocolo que converge para alocações eficientes e justas R1 Injustiça: R1 > R2 Congestão MD: janela/2 Sem congestão AI: janela+1 Injustiça: R2 > R1 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed R2

121 Controlo de congestionamento (TCP) TCP é um protocolo Additive Increase Mutliplicative Decrease TCP é um protocolo que converge para alocações eficientes e justas X 1 X 3 X 0 X 4 X 2 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

122 Controlo de congestionamento (TCP) TCP é um protocolo Additive Increase Mutliplicative Decrease TCP é um protocolo que converge para alocações eficientes e justas X 3 X 4 X 1 X 2 X 0 Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

123 Próxima Sessão Perspectiva Histórica Caracterização do estado actual (Portugal, EU, EUA) O Futuro Próximo Indústria das Telecomunicações Conceitos fundamentais: Economias de escala Externalidades de rede Principais tendências: Convergência tecnológica Tecnologias emergentes Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

124 Mestrado em Engenharia e Gestão da Tecnologia Pedro M. Ferreira pedro.ferreira@isr.ist.utl.pt Políticas de telecomunicações e estrutura da indústria: perspectiva histórica Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

125 Alguns conceitos fundamentais de economia aplicados a redes de computadores Curvas de procura e de oferta Cálculo de receitas e custos Mercados em equilíbrio Ineficiência dos mercados Tecnologias com economias de escala Tecnologias com externalidades de rede Monopólios naturais Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

126 Curva de procura Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

127 Curva de oferta Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

128 Mercado em equilíbrio Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

129 Receitas, custos e valor Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

130 Ineficiência do mercado Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

131 Preço de um monopolista Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

132 Custos marginais Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

133 Custos médios Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

134 Economias de escala Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

135 Economias de escala Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

136 Monopólio natural Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed

137 Regular um monopólio natural Pedro Ferreira 2006 MEGT 9 Ed