Exercícios Rede de Computadores

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGICAS DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA Exercícios Rede de Computadores Marcelo Santos Daibert Juiz de Fora Minas Gerais Brasil 2007

2 1 1. Explique por que o controle de fluxo de protocolos como o TCP não funcionam em redes de alta velocidade. O controle de fluxo de protocolos como o TCP (Transmission Control Protocol) é baseado em janelas.o próprio TCP utiliza o mecanismo de janela deslizante, onde o destino deve retornar um aviso de janela (window advertisement) para indicar o tamanho do seu buffer, de forma a regular a quantidade de dados (janela) que o transmissor pode enviar sem receber reconhecimento. No entanto, este mecanismo se torna ineficiente em redes de alta velocidade, pois o tempo de envio seria curto, enquanto o tempo de recepção do reconhecimento seria mais muito mais longo, não utilizando todo o recurso disponibilizado pelo meio. Ex.: uma linha de 10km operando a 622 Mbps usando o mecanismo de janelas do TCP/IP (máximo de 64kbps). O envio demoraria 0,8ms enquanto que a recepção do reconhecimento demoraria 66ms. 2. Explique porque aplicações multimídia não necessitam de aplicar os mecanismos de correção de erro (baseado em retransmissão) e de ordenação da informação usados no TCP. O mecanismo de correção de erro baseado em retransmissão requer informação apenas o suficiente no fluxo de dados para que o nó receptor possa detectar um erro ocorrido durante a transmissão. O nó receptor pode solicitar ao emissor a retransmissão daquela unidade de dados. Desta forma, o nó receptor fornece ao emissor informação de retorno sobre os quadros recebidos (ACK). Confirmação positiva sginifica um quadro recebido corretamente; confirmação negativa (ou ausência de confirmação) indica um quadro que não foi recebido corretamente. Confirmação negativa indica que o nó emissor precisa retransmitir o quadro. Observe que a prática explicada acima não é interessante em aplicações multimídia uma vez que o tempo de retransmissão e então ordenação das informações tornaria inviável a utilização da rede para aplicações multimidia. Em uma transmissão de vídeo, por exemplo, é necessário uma continuidade dos pacotes para que não ocorra o travamento das imagens. Desta forma, caso haja alguma perda, esta perda é descartada a fim de viabilizar a exibição do vídeo.

3 2 3. Suponha uma aplicação de vídeo que utilize 20 quadros por segundo, sendo cada quadro um retângulo de 800x600 pixels e cada pixel representado por 24 bits. Qual a taxa em bits por segundo que seria gerada por esta aplicação, supondo que não haja nenhum mecanismo de compactação? E se as cores passassem a ser representadas em 256 tons de cinza? Cada Frame: 800 x 600 x 24 = bits Taxa Gerada: x 20 = bits/s 256 tons de cinza = 2 x X = 8 bits Cada Frame: 800 x 600 x 8 = bits Taxa Gerada: x 20 = bits/s 4. O que significa ATM? Quais são os campos do cabeçalho de uma célula ATM e qual afunção de cada um deles. ATM (Assynchronous Transfer Mode) é uma tecnologia de comunicação de dados de alta velocidade usada para interligar redes locais, metropolitanas e de longa distância para aplicações de dados, voz, áudio, e vídeo. Basicamente a tecnologia ATM fornece um meio para enviar informações em modo assíncrono através de uma rede de dados, dividindo essas informações em pacotes de tamanho fixo denominados células (cells). Cada célula carrega um endereço que é usado pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino. A tecnologia ATM utiliza o processo de comutação de pacotes, que é adequado para o envio assíncrono de informações com diferentes requisitos de tempo e funcionalidades, aproveitando-se de sua confiabilidade, eficiência no uso de banda e suporte a aplicações que requerem classes de qualidade de serviço diferenciadas. Cabeçalho: Uma célula ATM contém 53 bytes (o valor 53 bytes é um compromisso entre os 64 bytes pedidos pelos EUA e os 32 bytes pretendidos pela Europa e Japão). As células possuem um cabeçalho de 5 bytes e os restantes 48 para transporte de dados. A estrutura do cabeçalho é a seguinte:

4 3 O formato dos cabeçalhos varia ligeiramente conforme se trate de uma transmissão entre um nó final (UNI) e um comutador (parte superior da figura) ou se trate de transmissões entre comutadores no interior da rede (NNI - "Network Node Interface") (parte inferior da figura). GFC Generic Flow Control Apenas existe nos nós UNI, será futuramente usado para implementação de controlo de fluxo entre a rede e um nó final. VPI Virtual Path Identifier Identificador de caminho virtual com 8 bits (máximo 256 caminhos por nó). Os VPI são atribuidos nó a nó, o valor não se mantém ao longo da rede. Nas UNI o VPI não é geralmente usado, sendo colocado a zero. Numa célula NNI o VPI é de 12 bits (4096 caminhos virtuais) VCI Virtual Channel Identifier Identificador de canal virtual com 16 bits (máximo canais por nó). Os VCI são atribuidos nó a nó, o valor não se mantém ao longo da rede. PT Payload Type É geralmente combinado com o bit seguinte (RES) dando origem a um identificador de 3 bits (PTI - "Payload Type Identifier"). Indica se os 48 bits de dados contêm informação do utilizador ou informação de controlo da rede, no primeiro caso o valor para este campo é 0. RES Reserved Ver anterior CLP Cell Loss Priority Trata-se de um campo de um bit que define prioridades na eliminação de células. Em caso de saturação de um nó da rede, algumas células podem ter de ser eliminadas. As células com CLP=1 são eliminadas em primeiro lugar. HEC Header Error Control Detecção de erros no cabeçalho, o código é autocorretor para erros de 1 bit e detecta erros de mais de um bit. 5. Quais os princípios nos quais o ATM se baseia para oferecer QoS (Qualidade de Serviço?

5 4 A opção da utilizar uma celula de tamanho fixo no ATM, se deu principalmente pela necessidade e à habilidade dos equipamentos de rede a suportar vídeo e voz em tempo real. Um serviço em uma rede de comunicações pode ser descrito em 2 níveis: Tele serviços: que são os serviços visíveis ao usuário, tais como telefonia, videoconferência, dados, entre outros e Serviços de infra-estrutura: que dão suporte aos tele serviços. Nas redes ATM a QoS é definida para os serviços de infra-estrutura. Abaixo alguns parâmetros de QoS podem variar por conexão e incluem: Cell Loss Ratio (CLR): é a probabilidade de uma célula ser transmitida fim a fim com sucesso na rede. Cell Transfer Delay (CTD): tempo necessário para uma célula atravessar a rede. Cell Delay Variation (CDV): mede a variação no CTD entre células de uma conexão. Taxa de pico de células (Peak cellrate -PCR). Taxa media de células (Sustained cellrate -SCR). Tamanho máximo da rajada (Maximum Burst Size-MBS). Taxa mínima de células (Minimum cellrate -MCR). 6. Quais as classes de serviço ATM? Cite um exemplo de aplicação que se enquadraria em cada classe. CBR (Constant Bit Rate) emula um bit rate fixo, que leva a um circuito de multiplexação de divisão do tempo, com a frequência e fase mantidos ponto a ponto. Ex.: transporte de voz 64kb/s PCM. rt-vbr (Real Time Variable Bit Rate) a frequência pode variar porém o máximo atraso e a máxima variação do atraso entre as células é garantido. Ex.: videoconferência em tempo real. nrt-vbr (Non-Real Time Variable Bit Rat) aqui só o valor médio do atraso é especificado. Ex.: vídeo gravado. ABR (Available Bit Rate) normalmente a rede tenta maximizar o throughput, assim o controle do tráfego é obtido através de uma taxa de controle de fluxo explícita. Ex.: estações de trabalho de borda com interface de rede ATM. UBR (Unspecified Bit Rate) neste caso não há controle de congestionamento, cada dispositivo pode enviar informação quando desejar e quando houver acúmulo de

6 5 tráfego, células podem ser colocadas em buffers ou até mesmo descartadas. Ex.: switch de rede com uplinks ATM. 7. Quais as funcionalidades básicas da camada física no modelo de referência B-ISDN (ATM)? A camada física do modelo ATM é subdividida em outras duas camadas: Physical Medium Sublayer PMS e Transmission Convergence Sublayer TCS. Na primeira são definidas as características elétricas, mecânicas e óticas do meio físico utilizado, bem como questões de sincronismo para transmissão/recepção de bits. A segunda é responsável por diversas tarefas, sendo as principais: geração dos bits de controle de erro, bem como detecção e correção de erros nos cabeçalhos, além do delineamento das células. 8. Quais as funcionalidades básicas da camada ATM no modelo de referência B-ISDN (ATM)? A Camada ATM é a camada responsável pelas células ATM. O formato da célula consiste de bytes, cabeçalho e dados, respectivamente. O cabeçalho contém informações sobre VC/VP, tipo e controle de erro. A parte de dados contém realmente os dados que devem ser transmitidos pela rede. As células são transmitidas serialmente e se propagam em uma seqüência numérica estrita através da rede. Abaixo, algumas das principais funções desta camada: Multiplexação e demultiplexação de células de diferentes conexões (VCI/VPI) em um único fluxo de células. Translação dos identificadores da célula quando necessário em muitos casos quando a célula é comutada de uma conexão física para outra em um switch ATM. Essa translação pode ser efetuada sobre o VCI ou VPI separadamente ou em ambos simultaneamente. Funções de qualificação da classe de QoS e de congestionamento em tráfego entre usuários. Extração/adição do cabeçalho de célula antes/depois da célula ser enviada para a Camada de Adaptação ATM. Implementação do mecanismo de controle de fluxo na interface de rede do usuário.

7 6 9. Quais as funcionalidades básicas da camada AAL no modelo de referência B-ISDN (ATM)? A Camada de Adaptação, Adaptation ATM Layer AAL, interfaceia protocolos de camadas superiores com a Camada ATM. Especificamente sua função é ajustar os serviços da Camada ATM para aqueles serviços requisitados pelas camadas superiores tais como emulação de circuitos, vídeo, áudio, frame relay, entre outros. A função da Camada de Adaptação é acomodar os dados vindos de várias fontes com diferentes características. Especificamente seu trabalho é adaptar os serviços que são requisitados pelas camadas superiores. Sendo assim, a Camada de Adaptação define os princípios básicos que serão utilizados nas camadas inferiores. Esta camada descreve os atributos dos serviços em termos de três parâmetros: Bit Rate, Requerimento do Tempo de Transmissão e o Modo de Conexão. 10. A tecnologia ATM surgiu como uma solução que poderia ser aplicada de forma geral tanto em redes locais como em redes de longa distância. Entretanto, ATM nunca teve um uso significativo em redes locais e começou a perder espaço em redes de longa distância nos últimos anos. A) na sua opinião, por que ATM não conseguiu deslanchar em redes locais? B) na sua opinião, por que o uso de comutadores ATM vem diminuindo em backbones de redes de alta velocidade? A O ATM surgiu nos anos 90 com o objetivo de ser um protocolo de alta velocidade que não depende de nenhuma topologia de rede específica. Quando surgiu, os equipamentos eram extremamente caros, como os de qualquer tecnologia nova. Com isso as redes ATM demoraram para serem efetivamente utilizadas. Da mesma forma, o padrão ethernet foi evoluindo com os anos. Hoje o padrão chega em gigabit-ethernet e 40gigabitethernet. Quando comparado à equipamentos ATM, os equipamentos compatíveis com o padrão ethernet são muito mais baratos, inviabilizando o uso do ATM em redes locais e com a evolução do ethernet não existirá o crescimento das redes ATMs e com o tempo estas redes estarão em extinção. B Justamente pelo avanço das redes com o padrão ethernet e o menos custo dos equipamentos. Praticamente não existem redes ATM genuínas, o que poderia garantir a

8 7 sobrevivência do ATM, já que somente dentro das redes ATM que os seus benefícios de QoS são claramente observados. Em redes mistas, onde o ATM é utilizado sobre IP estes benefícios são minimizados. 11. A) Use o comando para traçar rota e tente identificar algum comutador ATM (SDH/SONET) existentes nos backbones no Brasil, EUA, Europa e Japão. B) Conforme visto na aula de sábado é difícil afirmar a tecnologia de um roteador com base em seu nome lógico. Assim, verifique através das páginas das respectivas empresas/instituições, se os seguintes backbones possuem comutadores ATM (SDH/SONET) e qual a taxa de transmissão máxima utilizada atualmente: backbone Telemar, backbone Embratel e backbone da Rede Nacional de Pesquisa. A Tracing route to cnn.com [ ] over a maximum of 30 hops: 1 <1 ms <1 ms <1 ms roteador [ ] 2 13 ms 13 ms 13 ms ms 13 ms 12 ms ms 13 ms 12 ms ms 23 ms 23 ms ms 133 ms 133 ms PO12-0.ARC-RJ-ROTD-03.telemar.net.br [ ] ms 161 ms 162 ms if-3-1.core1.mln-miami.teleglobe.net [ ] ms 162 ms 162 ms ms 204 ms 234 ms ms 162 ms 162 ms if-0-0.har1.a56-atlanta.teleglobe.net [ ] ms 317 ms 319 ms ix-0-1.har1.a56-atlanta.teleglobe.net [ ] ms * 323 ms bb1-atm-p0-0.atdn.net [ ] 13 * * * Request timed out. 14 * * * Request timed out. 15 * * * Request timed out. 16 * * * Request timed out. 17 * * * Request timed out. 18 * * * Request timed out. 19 * * * Request timed out. 20 * * * Request timed out. 21 * * * Request timed out. 22 * * * Request timed out. 23 * * * Request timed out. 24 * * * Request timed out. 25 * * * Request timed out. 26 * * * Request timed out. 27 * * * Request timed out. 28 * * * Request timed out. 29 * * * Request timed out.

9 8 30 * * * Request timed out. Trace complete. B RNP: Em 2005, a capacidade de comunicação entre os PoPs começou a ser ampliada com o uso de tecnologia óptica (WDM) em alguns enlaces, o que elevou a capacidades destes a 10 Gbps. A RNP possui conectividade internacional própria. Um canal de 155 Mbps e um de 1 Gbps são usados para tráfego Internet de produção. Uma outra conexão, de 155 Mbps, está ligada à Rede Clara, rede avançada da América Latina. Através da Clara, a RNP está conectada a outras redes avançadas no mundo, como a européia Géant e a norteamericana Internet2.

10 9 Embratel: Na montagem de seu backbone, a Embratel emprega o estado da arte da tecnologia de transmissão de dados existente no Brasil, utilizando todo o potencial das Redes ATM e E1 e dos protocolos TCP/IP, PPP e HDLC. As demais localidades, sem Centro de Roteamento, fazem uso da rede E1, cuja função é agregar o tráfego local e direcioná-lo até o Centro de Roteamento mais próximo. Com a evolução do nível de concentração e do perfil de tráfego, outros Centros de Roteamento serão implantados em novas cidades. Em função das tecnologias adotadas e da experiência da Embratel em serviços de comunicação de dados, o backbone Internet da Embratel garante níveis definidos de desempenho - QoS - através do Programa de Garantia de Desempenho. O backbone Embratel já se compõe, hoje, de mais de 35 Gbps a nível nacional. Em nível internacional o valor ultrapassa 5Gbps. A comunicação dos clientes e usuários do backbone Internet da Embratel e a comunidade acadêmica no Brasil - usuários da rede RNP - se faz através de circuitos que totalizam mais de 100 Mbps. Telemar:

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12 Faça uma busca na Internet para encontrar algum roteador que tenha suporte para algum dos itens: MPLS (Multi Protocol Label Switching), WFQ (Weigthed Fair Queuing), DiffServ (Differentiated Service), Multicast, IPv6. Mostre que marca/modelo de roteador você encontrou e descreva suas características principais (incluindo os itens acima) e verifique se ele possui capacidade de interoperação com comutadores ATM (ou seja, se suportam interfaces SONET/SDH). MPLS: CISCO Séries 7200, 7300, 7400, 7500 Suporte ao ATM. Cisco 7300 Series Routers and Parts The Cisco 7300 Series is optimized for flexible, feature rich IP/MPLS services at the network edge, where service providers and enterprises link together. The Cisco 7300 Series can be used for enterprise campus Internet gateway applications or be deployed by service providers as a high-end CPE router for enterprise-class managed service offerings. Coupled with powerful network processing, a broad set of interfaces and a compact, modular form factor the Cisco 7300 is ideal for intelligent, multi-gigabit network edge applications. Ideal Applications: Enterprise: Campus WAN or Internet Gateway router

13 12 Service Provider: High-end CPE router, Metro Ethernet CPE, Managed IP VPN (MPLS or IPsec) and Broadband Aggregation router Features include: Most robust set of customer edge features including: Network Address Translation (NAT), integrated stateful firewall, Network-Based Application Recognition (NBAR), Quality of Service (QoS), and traffic shaping. Multi-gigabit backplane capacity with a broad set of interfaces from DS-1 to OC-48/STM-16 along with integrated Gigabit Ethernet. Cisco Compact, highest performing 1 RU routing platform in the industry. Cisco Most compact (4RU) routing system to offer high availability with route processor redundancy. Built-in Gigabit Ethernet (copper or optical) ports with support for Cisco 7000 Series Port Adapters High Performance IP/MPLS Services - Innovative adaptive network processing powers a broad set of network applications and services. WFQ: Router Com Portas: Uma porta 10/100BASE-T, duas seriais (Sync/Async), uma Console e uma serial AUX. Routing WAN: Frame Relay, X.21, X.25, PPP, PPPoE, MP, SLIP, HDLC/SDLC, Leased Line, Sync /Async, Ethernet, IP, IPX, OSPF, RIP v1/v2, BGP-4, Static Routing (X.21 disponível Q4CY03, com a compra opcional do cabo X.21). Segurança: VPN (L2TP, GRE, IPSec), Firewall, ACLs, NAT, RADIUS, PAP/CHAP.

14 13 Convergência: QoS (CAR, LAR, FIFO, GTS, PQ, CQ, WFQ, RED, WRED, LLQ), Multicast (IGMP, PIM-SM, PIM-DM), 802.1q VLAN, Inter-VLAN Routing, Multilinks, Compressão. Resiliência: VRRP (Virtual Router Redundancy), Backup Center (Configuração / Porta), Dial Control Center, Multilink. Device Management: Para um avançado gerenciamento gráfico com funcionalidades estendidas é recomendado o 3Com Router Manager, que está disponível para compra com o 3Com Network Administrator ou com o 3Com Network Director. Para pequenas redes, o gerenciamento gráfico de dispositivos pode ser feito com o 3Com Network Supervisor. O gerenciamento através de CLI, Telnet, porta do console, e SNMP também estão disponíveis com o dispositivo. SDRAM: 64 MB Flash: 8 MB Dimensões: Altura: 36.5 mm (1.47 pol.) Largura: mm (9.881 pol.) Profundidade: cm (7.36 pol.) Peso: 0.85 kg (1.87 lb) Voltagem de entrada: 90 a 240 VAC Consumo Máximo de Energia: 40W MultiCast, MPLS: 3COM 6000 Series Router Slots e Portas: Roteador 6080: Oito slots para FICs (Flexible Interface Cards) opcionais; dois slots de alimentação, um slot para ventilação Roteador 6040: Quatro slots para FICs (Flexible Interface Cards) opcionais; dois slots de alimentação, um slot para

15 14 ventilação Unidade RPU (Router Processing Unit) (exigida e vendida separadamente): 2 x 10/100BASE-TX (RJ-45); um em cada console e serial AUX Interfaces WAN: Frame Relay, ISDN PRI, X.25, E1/E3, T1/T3, V.24, V.35, X.21, HDLC/SDLC, leased line, síncrona, assíncrona, ATM, ADSL Routing: IP, IPX, RIP v1 and v2, OSPF, BGP-4, MPLS, IS-IS, roteamento multicast Segurança: VPN (L2TP, GRE, IPSec), MPLS VPN, firewall de inspeção completa, ACLs, NAT, RADIUS, PAP/CHAP, criptografia (DES, 3DES, AES) Convergência: QoS, Multicast (IGMP, PIM-SM, PIM-DM), IEEE 802.1q VLAN, Roteamento Inter-VLAN, multilinks Resiliência: Módulos Hot-Swappable, alimentação redundante, imagem dual de software; VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol), Backup Center (Configuration/Port), Dial Control Center, multilink Gerenciamento do Dispositivo: Para gerenciamento gráfico com funcionalidades estendidas, recomendamos o 3Com Router Manager, disponível para compra com o 3Com Network Administrator ou o 3Com Network Director. Para redes de menor porte, o gerenciamento gráfico do dispositivo pode ser feito com o 3Com Network Supervisor. Gerenciamento via CLI, Telnet, SSH, Telnet Reverso, Porta de Console e SNMP são interfaces padrão do dispositivo. Processador: CPU 733 MHz Memória: 512 MB DRAM; 32 MB Flash LEDs: ALM, RUN, RPU Status, Fan Status, PWR1 Status, PWR2 Status Dimensões: Roteador 6080: Altura: 219,5 mm Largura: 436,2 mm Profundidade: 420,0 cm Roteador 6040: Altura: 130,5 mm Largura: 436,2 mm Profundidade: 420,0 cm Peso: Roteador 6080: 27,5 Kg Roteador 6040: 17,5 Kg Tensão de Entrada: Roteador 6080: 100 a 240VAC, 320W Roteador 6040: 100 a 240VAC, 240W