Curso de Redes de Computadores

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1 Curso de Redes de Computadores Adriano Mauro Cansian Capítulo 1 Parte 2 Atrasos e Protocolos Atrasos / Delays Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1

2 Atrasos em s de pacotes Pacotes experimentam atraso em caminhos fim a fim. q Quatro causas de atraso a cada : q Transmissão. q Propagação. q Processamento. q Enfileiramento. A transmissão propagação B Processamento no nó enfileiramento Rotas e atrasos na Internet real Traceroute: adriano@angel:~$ traceroute traceroute to shepard.unesp.br ( ), 30 hops max, 52 byte packets 1 * * * 2 thunder ( ) ms ms ms 3 cis-lab-ibilce.net.unesp.br ( ) ms ms ms 4 nap-sjrp.net.unesp.br ( ) ms ms ms 5 nap2-nap.net.unesp.br ( ) ms ms ms 6 shepard.unesp.br ( ) ms ms ms Trace completed adriano@angel:~$ Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 2

3 Atrasos ou retardos (delays) Enquanto um pacote viaja de um nó (seja um host ou router) até o nó subseqüente, o pacote sofre diversos tipos diferentes de atraso em cada nó ao longo do trajeto. Os mais importantes atrasos são: Atraso de processamento nodal (referente a cada nó) à d proc Atraso de enfileiramento à d queue Atraso de transmissão à d trans Atraso de propagação à d prop Atraso nodal total à d nodal. Atraso de Processamento (d proc ) Atraso de Processamento: O tempo requerido para examinar o cabeçalho do pacote e determinar onde enviar o pacote. O atraso de processamento pode também incluir outros fatores, tais como o tempo necessário para verificar se há erros eventualmente ocorridos ao transmitir o pacote do host ao router A. Os atrasos de processamento em routers de alta-velocidade estão tipicamente na ordem dos microsegundos ou menores. Após este processamento, o router envia o pacote à fila que precede a ligação até o router B. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 3

4 Atraso de Fila Uma vez na fila, o pacote experimenta um atraso de enfileiramento d queue enquanto espera para ser transmitido na ligação. Variável: O atraso de enfileiramento de um pacote depende da quantidade de outros pacotes, que chegaram antes, e que estão na fila aguardando a transmissão através do link. Se a fila estiver vazia, e nenhum outro pacote estiver sendo transmitido no momento, então o atraso de enfileiramento do pacote é zero. Já se o tráfego for pesado, e muitos outros pacotes também estiverem esperando para ser transmitidos, o atraso de enfileiramento será longo. Atraso de Transmissão (1) d trans depende da LARGURA de BANDA (velocidade) do. Pacotes são transmitidos de maneira first-come-first-serve. Se o comprimento do pacote por L bits, e a taxa da transmissão do link do router A ao router B de R bits/sec. A taxa R é a taxa da transmissão da ligação entre os routers. Ethernet 100 Mbps à R = 100 Mbps Wi-fi g à R = 54 Mbps Atraso de transmissão d trans = L/R à é a quantidade de tempo para transmitir todo o pacote no link. Na prática, os atrasos da transmissão estão tipicamente na ordem dos microsegundos, ou menos. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 4

5 Atraso de Transmissão (2) q R = banda do (bps) q L= tamanho do pacote (bits) q Tempo (atraso) para transmitir pacote no d trans = L/R ATENÇÃO! Cuidado para não confundir com atraso de propagação (visto a seguir) A transmissão propagação B Atraso de Propagação (1) ( d prop ) PROPAGAÇÃO: Uma vez que um bit seja empurrado no link, ele precisa se deslocar para o roteador seguinte. O tempo gasto para propagar do começo do link até o router B é o atraso da propagação. A velocidade da propagação depende do meio físico do link (isto é, fibra ótica, cabo coxial, cabo par-trançado, e assim por diante) e está na escala de 2x10 8 m/s a 3x10 8 m/s ( velocidade de luz). O atraso da propagação é a distância entre dois routers dividida pela velocidade da propagação do sinal no link. d prop = S / v Em s WAN, os atrasos da propagação estão na ordem dos microsegundos. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 5

6 Atraso na PROPAGAÇÃO (2) Retardo de propagação: q s = distância do q v = velocidade de propagação. (~2x10 8 metros/sec) q Atraso de propagação = s/v Note: v e R são quantidades muito diferentes! R = banda do (bps) A transmissão propagação B Processamento no nó enfileiramento Comparando atrasos de propagação e de transmissão Importante entender a diferença entre o atraso de transmissão e o atraso de propagação. A diferença é sutil, mas importante. Atraso da transmissão: quantidade de tempo exigida para o router EMPURRAR o pacote. Depende do comprimento do pacote e da taxa da transmissão do link, mas não tem nada fazer com a distância entre os dois routers. Atraso da propagação: tempo que um bit leva para propagar de um router ao seguinte. É uma função da distância entre os dois routers, mas não tem nada ver com o comprimento do pacote, nem com a taxa da transmissão da ligação. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 6

7 Em s de pacotes q O mesmo ocorre em s packet-switched: os primeiros bits em um pacote podem chegar em um router quando muitos dos bits restantes no pacote ainda esperam para ser transmitidos pelo router precedente à já discutido em s de comutação de pacotes q Considerando d proc, d queue, d trans, e d prop denotando respectivamente o atraso de processamento, o atraso de enfileiramento, o atraso de transmissão, e atraso de propagação, o atraso nodal total é dado por d nodal = d proc + d queue + d trans + d prop A contribuição destes componentes do atraso pode variar significativamente. Queue delay - o atraso de fila (1) q Ao contrário de outros três atrasos (a saber, d proc, d trans, e d prop ) o atraso de fila pode variar de pacote para pacote. q Exemplo: se 10 pacotes chegarem em uma fila vazia ao mesmo tempo, o primeiro pacote transmitido não sofrerá nenhum atraso de fila, enquanto o último pacote transmitido sofrerá um atraso de fila relativamente grande (enquanto espera outros nove pacotes serem transmitidos). q Ao caracterizar o atraso de fila, usa-se medidas estatísticas, tais como o atraso médio da fila, a variância do atraso, e a probabilidade que o atraso de fila exceda algum valor específico. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 7

8 Queue delay - o atraso de fila (2) q Denote como sendo a a taxa média em que os pacotes chegam à fila. ( a é pacotes/seg). q Suponha também, para simplicidade, que todos os pacotes consistem em L bits. q Então a taxa média em que os bits chegam à fila é (La) bits/seg Queue delay - o atraso de fila (3) q R é a taxa da transmissão, isto é, a taxa em que os bits são eliminados da fila (em bits/seg). q Suponha que a fila é muito grande, e pode acomodar essencialmente um número infinito dos bits. (Claro que isso não é verdade: próximo slide) q Então a relação La/R, é chamada de intensidade do tráfego à representa papel importante para estimar o atraso da fila. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 8

9 Descarte ( Drop ) de pacotes q A capacidade da fila não é infinita, os atrasos de pacote não se aproximam realmente a infinito à os pacotes se perdem. q Um pacote pode chegar e encontrar uma fila cheia. Sem ter lugar para armazenar ou tratar o pacote, o router descarta o pacote à drop do pacote. Ou seja: o pacote será perdido. q A fração de pacotes perdidos aumenta enquanto a intensidade do tráfego aumenta. Conseqüentemente, o desempenho em um nó é medido não somente nos termos do atraso, mas também nos termos da probabilidade da perda do pacote. Camadas de Protocolos Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 9

10 Camadas de Protocolos Redes são complexas! q Muitos componentes: Hosts. Roteadores. Links de diversos meios. Aplicações. Protocolos. Hardware, software... Pergunta: Como organizar a estrutura da? Comunicação entre autoridades Presidente Chinês Tradutor Chinês - Inglês Envia Carta Via Correio roteamento da mensagem Presidente Russo Tradutor Russo - Inglês Recebe Carta Pelo Correio roteamento da mensagem q Uma série de passos... Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 10

11 Por que usar camadas? Ao lidar com sistemas complexos: q Estrutura permite identificação e relações entre componentes de um sistema complexo. Forma-se um modelo de referência. q Modularização facilita manutenção e atualização do sistema. Mudanças de implementação do serviço da camada são invisíveis ao resto do sistema. Exemplo: mudança nos tradutores não afeta o resto do sistema. Pilha de protocolos da Internet q Aplicação: suporta aplicações de FTP, SMTP, HTTP, TELNET, etc... q Transporte: transferência de dados entre sistemas terminais TCP ou UDP. q Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP = protocolos de roteamento. q Enlace: transferência de dados entre elementos de vizinhos PPP, frame relay, ethernet. q Física: bits nos cabos. Na verdade: variação do meio (ondas). Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 11

12 Camadas: comunicação lógica Cada camada: q Distribuída. q Entidades implementam funções da camada em cada nó. q Entidades realizam ações, trocam mensagens com pares. Camadas: comunicação lógica q Recebe dados da. q Inclui endereços, e outras informações para formar datagrama. q Envia datagrama ao par. q Usa os serviços da camada de baixo. dados Exemplo: camada de dados ack application transport network link physical Entidade-par de origem se comunica logicamente com entidade-par no destino dados Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 12

13 Camadas: comunicação real () dados dados Camadas de protocolos e dados q Cada camada recebe dados da camada superior. q Acrescenta cabeçalho com informação para criar nova unidade de dados. q Entrega a 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 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 13

14 Relação da pilha e os PDUs Backbones, NAPs e ISPs Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 14

15 Backbones, NAPs e ISPs (1) q Internet é hierárquica. q De cima para baixo: a hierarquia consiste nos sistemas de extremidade (PCs, hosts, servers, etc...) conectados aos provedores de serviço locais da Internet (Internet Service Providers - ISPs). q Os ISPs locais são conectados a ISPs regionais, que são conectados a ISPs nacionais e internacionais. q Os ISPs nacionais e internacionais são conectados juntos no topo do nó mais elevado na hierarquia. Os novos nós podem ser adicionados apenas como uma parte nova de Lego pode ser unida a uma construção existente de Lego. Backbones, NAPs e ISPs (2) q No ponto mais alto da hierarquia os ISPs nacionais, que são chamados os provedoresde serviço nacionais de backbone (National Service Providers - NSPs). q Os NSPs formam uma espinha dorsal (backbone) de s independentes que se espalham no país (e muitas vezes se estendem também ao exterior). Da mesma forma que existem várias companhias telefônicas de longa distância (interurbanas), há vários NSPs que competem entre si pelo o tráfego e pelos clientes. q Os NSPs existentes incluem Embratel, GlobalOne, NetStream (AT&T), COMSAT, Diveo, IMPSAT, RNP, Brasil Telecom, Telemar, Telefônica, dentre outros. q Os NSPs têm links de transmissão de alta velocidade, geralmente usando fibras óticas de grande capacidade de tráfego. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 15

16 Backbones, NAPs e ISPs (3) q O NSPs devem ser interconectados entre si. Exemplo: Suponha um ISP regional CapivaraNet, é conectado ao NSP Trashfônica. Outro ISP regional BadyNet, é conectado a NSP Embracéu. Como pode haver tráfego entre a CapivaraNet e a BadyNet? q Solução: introduzir centros do comutação (switching), chamados os Pontos de Troca de Tráfego (PTT) Também chamados de NAPS (Network Access Points). q Interconectam o NSPs, permitindo que cada ISP regional passe o tráfego a todo o outro ISP regional. ISP Regional CapivaraNET ISP Regional BadyNET ISP TrashFônica? ISP EmbraCéu Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 16

17 ISP Regional CapivaraNET ISP Regional BadyNET ISP TrashFônica ISP EmbraCéu ISP outro PTT / NAP switch fabric ISP maisum Backbones, NAPs e ISPs (4) q Por exemplo, a Telefônica tem um NAP em São Paulo, e Brasil Telecom tem um NAP em Brasília. q Além de se conectarem em NAPs, os NSPs podem se conectar também através dos pontos de troca privativos (Private Peering Points). Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 17

18 UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1 Backbones, NAPs e ISPs (5) q NAPs ou PTT (ponto de troca de tráfego) transmitem e comutam volumes tremendos de tráfego de Internet eles são s de comutação de alta-velocidade, muito complexas. Veja: q Tipicamente concentradas em uma área geográfica pequena (por exemplo, um único edifício, normalmente chamado de teleporto ). q Frequentemente, os NAPs usam tecnologia avançadas de comutação e roteamento. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 18

19 UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 19

20 Peering X Transit (1) q Peering: voluntary interconnection of administratively separate Internet networks for the purpose of exchanging traffic between the customers of each network. The pure definition of peering is settlement-free or "sender keeps all," meaning that neither party pays the other for the exchanged traffic. Peering X Transit (2) q Transit: the advertisement by an Internet service provider (ISP) of routes to a customer's Internet Protocol addresses to the other ISPs who constitute the rest of the Internet, thereby soliciting inbound traffic from them on behalf of the customer; and the advertisement of a default route, or a full set of routes to all of the destinations on the Internet, to the ISP's customer, thereby soliciting outbound traffic from them. You pay money (or settlement) to another network for Internet access. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 20

21 Exemplo provedor nacional: Sprint U.S.A. backbone network História da Internet (1) : princípios de comutação de pacotes q 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficácia de comutação de pacotes. q 1964: Baran - comutação de pacotes em s militares. q 1967: ARPAnet concebida pela Advanced Reearch Projects Agency. q 1969: Primeiro nó ARPAnet operacional. q 1972: ARPAnet demonstrada publicamente. NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim. Primeiro programa de correio eletrônico. ARPAnet tem 15 nós. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 21

22 História da Internet (2) : Inter-s, s novas e proprietárias q 1970: ALOHAnet via satélite em Havaí. q 1973: Tese de doutorado de Metcalfe propõe Ethernet. q 1974: Cerf & Kahn - arquitetura para interligar s. q fim dos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA. q fim dos 70: comutação de pacotes de tamanho fixo (precursor do ATM). q 1979: ARPAnet tem 200 nós Cerf & Kahn: princípios de inters: Minimalismo, autonomia: nenhuma mudança interna necessária para interligar s. Modelo de serviço de melhor esforço (besteffort). Roteadores sem estado. Controle descentralizado ð Definem a arquitetura da Internet de hoje! História da Internet (3) : novos protocolos, proliferação de s q 1983: implantação de TCP/IP. q 1982: definição do protocolo smtp ( ). q 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP. q 1985: definição do protocolo ftp. q 1988: TCP: controle de congestionamento. q Novas s nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel. q 100,000 hosts ligados à confederação de s. q Brasil - início da BITnet em 1988 (LNCC e FAPESP) q Brasil - início da UUCP em 1989 (Alternex) Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 22

23 História da Internet (4) 1990 s: comercialização, WWW, e-business... q Início dos 1990: fim da ARPAnet q 1991: NSF remove restrições em uso comercial da NSFnet (aposentada, 1994). q Início dos 1990: WWW Hypertexto [Vanemar Bush 1945, Nelson 1960 s] HTML, http: Berners-Lee 1994: Mosaic, depois Netscape fim dos 1990: comercialização da WWW. Fim dos 1990: q Estimado em 50 milhões de computadores na Internet. q Estimado em mais de 100 milhões de usuários. q Enlaces backbone funcionando em 1 Gbps. A Internet no Brasil Pequena cronologia q TCP/IP experimental (SP, RJ, RS) até bps q Rede-Rio, ANSP, RNP até 64 kbps q 1994/5 - RNPv2, com s de 2 Mbps q 1994/5 - abertura comercial, Embratel, Comitê Gestor q criação das ReMAVs, Rede-Rio 2, s de 155 Mbps q novo backbone da Rede-UFF 622 Mbps q backbone ATM da RNP2 q conexão internacional em 155 Mbps Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 23

24 Capítulo 1: Sumário Cobrimos muita matéria! q Visão geral da Internet. q O que que é um protocolo? q Borda e núcleo de, de acesso. q Desempenho: perdas, retardo. q Modelos de camadas e serviços. q Backbones, PTTs, provedores. q História q Redes ATM. Até aqui, desenvolvemos: q Contexto, visão geral, intuição de s. q Profundidade e detalhes maiores, mais adiante no curso... Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 24