RCA REDES DE COMPUTADORES Avançado. Paulo Furtado Correia

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1 RCA REDES DE COMPUTADORES Avançado Paulo Furtado Correia

2 PROGRAMA Protocolos de rede Connection oriented e Connectionless Protocolos da internet (DNS, HTTP) Caracterização e comparação dos layers em que operam para ambos os modelos OSI e TCP/IP. Algoritmos de acesso ao meio de transmissão MAC (Medium Access Control) sublayer do layer de dados OSI ALOHA, CSMA, Token Ring, Token Bus e FDDI. Comparação entre os algoritmos Slotted e não Slotted. Ethernet - Caracterização e elementos da estrutura da trama Wireless LANs Broadband Wireless (WiMax) Bluetooth como protocolo de transmissão de dados de curta distância Layer 3 de rede - Algoritmos de routing ou encaminhamento Layer 3 de rede Algoritmos de controlo de congestão nas redes Layer 3 de rede - Qualidade de serviço (QoS) Internetworking Como interligar redes diferentes. Tunneling. Fragmentação de pacotes IPv4. A estrutura do pacote. Endereços. NAT. IPv6. Comparações. ARP, DHCP e MPLS Protocolos de gateway routing de rede interior e exterior - OSPF e BGP 1-)Redes de Computadores José Gouveia, Alberto Magalhães 10ª Edição FCA BIBLIOGRAFIA 2-)Comunicação de Dados e Redes de Computadores Paulo Mónica 1998 CTI centro de tecnologias - Bulhosa 3-)Computer Networks Andrew Tanenbaum, David Wetherall 5th Edition Pearson 4-) TCP/IP - Teoria e Prática Fernando Boavida / Mário Bernardes FCA 5-) Computer Networking- Principles, Protocols and Practice Release 0.25 Olivier Bonaventure Saylor Foundation 6-) Introdução às redes de Telecomunicações Rui Sá 3ª. Edição FCA 7-) Redes Cisco para profissionais Mário Véstias 4ª. Edição FCA 8-) Redes Celulares Sérgio Pinto FCA 9-) Sites recomendados para leitura complementar Enciclopédia online Publicações da universidade de Aberdeen 10-) Cursos gratuitos Cursos gratuitos do MIT Cursos de Networking das melhores universidades mundiais

3 AVALIAÇÃO Exame escrito 80% Participação nas aulas 20%

4 Protocolos de rede Noção de Connection-Oriented e Connectionless São serviços que podem ser implementados por vários layers Connection Oriented (com conexão end-to-end) a um determinado layer de OSI, a ligação é estabelecida entre a origem e destino, antes da transferência de informação e após acabar a transferência, a ligação é libertada: Baseado nas redes telefónicas de voz O caminho percorrido pelas unidades de informação é sempre o mesmo porque é previamente estabelecido A ordem cronologica de chegada é garantida Associado normalmente ao termo comutação de circuitos ao nivel 3 de OSI Ex. Aplicação de transferência de ficheiros TCP Layer 4 Connectionless (sem conexão end-to-end) a um determinado layer de OSI, a transferência é iniciada independentemente do caminho percorrido pelas unidades de informação: Pode haver diferentes caminhos percorridos pelas unidades de informação A ordem de chegada das unidades de informação não é garantidamente sequencial As unidades de informação têm que conter o endereço de destino Associado ao termo comutação de mensagens ou de pacotes ao nivel 3 de OSI Para poupar tempo na ligação de dados, não existe confirmação da recepção das unidades de informação Ex. Aplicação de envio e recepção de s

5 Protocolos da internet HTTP utilizado para browsing de paginas da internet, incluindo texto, imagens, videos, links etc SMTP utilizado para transferência de s podendo os servidores utilizarem o serviço POP3 (descarrega os s para o dispositivo) ou IMAP (centraliza os s no servidor) FTP utilizado para transferência de ficheiros entre máquinas SNMP utilizado para gerir remotamente recolhendo informação, os vários equipamentos numa rede, desde os terminais aos outros todos TCP protocolo de transporte, connection oriented, que garante que a informação transmitida foi integralmente recebida em Datagrams. UDP - protocolo de transporte, connectionless, que não garante que a informação transmitida foi integralmente recebida em Datagrams. Menos fiável que o TCP. IP protocolo de rede da internet (connectioless) HTTP, SMTP, FTP, SNMP, DHCP, DNS, IMAP, POP3 TCP, UDP ARP Address resolution protocol serve para tradução de endereços de placas de rede ou rede interna de uma organização (p.ex. Ethernet) em endereços IP lógicos ICMP internet control message protocol - protocolo de controlo de pacotes que integrado nos pacotes IP serve para pedir a retransmissão de pacotes que falharam a recepção IGMP internet group management protocol - implementa a gestão de informação que circula pela internet via TCP/IP Ethernet protocolo de rede e dados adequado para LANs, redes empresariais, etc DHCP serve para pedir a atribuição temporária de um endereço IP a um equipamento (normalmente em redes locais Ethernet ou LAN) que não tem um IP fixo do ponto de vista do ISP que atribui endereços IP no serviço de internet que fornece DNS traduz endereços IP em dominios/nomes ou caminhos (links) da internet

6 Algoritmos de acesso ao meio de transmissão (MAC Sublayer) Aloha Puro ALOHA Competição pelo canal de transmissão partilhado entre vários computadores Baseado em rede rádio de pacotes existente no Havai nos anos 70 ALOHANET em que havia necessidade de comunicação de utilizadores remotos com computador central de Honolulu Todas as estações terminais transmitem à mesma frequência Grande probabilidade de colisões Sistema com eficácia razoável para redes com pequenas dimensões Aloha Puro Os terminais transmitem sempre que tenham dados para enviar em instantes completamente arbitrários e esperam recepção de ACK durante um tempo de supervisão Colisões dão origem a problemas nas tramas recebidas cujo checksum será incorrecto sendo necessário retransmitir, e destruição da informação enviada As tramas têm todas o mesmo tamanho em bytes optimizando o bit rate de transmissão Aloha temporizado (Slotted) Variante de ALOHA em que os nós só podem transmitir em instantes pré-definidos (slots) - exige sincronização entre os nós e que esperem pelo inicio do próximo slot para transmitir Maior eficácia: Eliminação de colisões parciais Melhor desempenho (capacidade antes de colisões) ALOHA temporizado - 37 % de sucesso ALOHA puro - 18 % de sucesso

7 Algoritmos de acesso ao meio de transmissão (MAC Sublayer) CSMA Carrier Sense Multiple Access Resolve o problema da surdez do método ALOHA porque antes da transmissão existe verificação da existência de tráfego na rede Menor probabilidade de colisões Restantes características são semelhantes a ALOHA Método de transmissão aleatório mais popular Apropriado para LANs: Tempos de propagação pequenos Semelhante entre todos os pares fonte-destino Estado do canal pode ser detectado rapidamente Quando computador transmite uma mensagem todos os outros podem detecta-la rapidamente CSMA 1-Persistente (porque a transmissão dá-se com probabilidade 1 do canal estar idle) Inicio : Se Canal idle => terminal envia a trama; Senão (Canal busy) => terminal espera até ficar idle e envia a trama; Se existir colisão o terminal espera um tempo aleatório e reinicia o processo CSMA não persistente Inicio : Se Canal idle => terminal envia a trama; Senão (Canal busy) => terminal espera um tempo aleatório e reinicia o processo; CSMA p-persistente (T slotted) Inicio : Se Canal idle => terminal envia trama com probabilidade p ou atrasa a transmissão T seg com probabilidade 1-p Senão (Canal busy) => terminal espera pelo próximo slot e reinicia o processo Se houver colisão, espera um tempo aleatório e reinicia o processo. Evita tempo de espera, se canal estiver livre (idle) Maior probabilidade de colisões Existirá colisão se 2 ou mais estações estiverem simultaneamente à espera de transmitir. Neste caso cada estação espera um tempo aleatório antes de voltar a escutar o meio

8 Algoritmos de acesso ao meio de transmissão (MAC Sublayer) CSMA Carrier Sense Multiple Access CSMA CD com Collision Detection Base de layer 2 das redes Ethernet Terminais escutam o canal enquanto transmitem (se a trama enviada, que o terminal também acaba por ir recebendo como sinal analógico, for diferente da transmitida, a colisão é imediatamente detectada - A transmissão é interrompida e espera um tempo aleatório (contenção) e reinicia a transmissão quando o canal estiver livre. O tempo de detecção de colisão = tempo de transmissão de um terminal para outro. Se as tramas tiverem uma duração maior que o tempo de propagação entre extremos, não há colisões. Assim garante-se um melhor desempenho. OS protocolos CSMA são melhores que os ALOHA porque escutam o canal e só transmitem se o canal estiver livre. Mas, se 2 terminais iniciarem transmissão em simultâneo, o canal está livre e haverá colisão à mesma. CSMA-CD Actua depois de uma colisão Ausculta o meio e caso detecte uma colisão pára de transmitir não perdendo mais tempo. Retransmite o resto da informação depois quando o meio voltar a estar livre Usado em meios fixos de transmissão É possivel detectar colisões em meios fixos Minimiza o tempo de recuperação de uma colisão CSMA-CA Actua antes de uma colisão Ausculta o meio e caso esteja ocupado por uma transmissão, aguarda até estar livre, voltando depois a transmitir Usado em meios de transmissão sem fios Não é possivel detectar colisões em meios sem fios Reduz a probabilidade de colisões

9 Algoritmos de acesso ao meio de transmissão (MAC Sublayer) Passagem de Token Uma mensagem predefinida de sinalização (token) circula continuamente entre os terminais numa ordem predefinida; O terminal que tem o token pode transmitir e logo que envie a sua mensagem em queue, passa o token; Ex.:Token Ring (IEEE 802.5) a informação circula no sentido oposto ao do token; Este algoritmo de passagem de token pode funcionar noutros tipos de topologias como Bus (token bus (IEEE 802.4) ou outro; FDDI Fiber Distributed Data Interface Idêntico ao Token Ring mas compõe 2 anéis, a transmissão pode dar-se em ambos os sentidos, embora sobre fibra óptica Requer mais inteligência na inversão do sentido de transmissão, dada a distância do destino Algortimo de passagem de token mais utilizado para MANs Existem terminais classe A e B, dependendo se podem transmitir num ou em 2 sentidos.

10 Algoritmos de acesso ao meio de transmissão - Conclusões 2 estratégias de acesso a canal de transmissão em redes broadcast: Contenção (ex.aloha puro ou slotted ou CSMA) preferivel devido ao baixo atraso colisões raras Sem colisões (token ring ou token Bus) preferivel para altas cargas embora tenha transmissões mais lentas O sucesso da transmissão diminui com o aumento de carga na rede para ambos os tipos de métodos Os métodos slotted mantêm o sucesso de transmissão dos por competição, para maiores cargas de rede O sincronismo no acesso ao meio aumenta a eficiência de transmissão, diminuindo as colisões.

11 Ethernet (Protocolo layer de dados (2) OSI) A tipica trama do protocolo Ethernet: Norma IEEE Ethernet Norma IEEE Wireless LAN 2 tipos : Ethernet Clássica (Classic) 3 a 10 Mbps (em desuso) Ethernet Comutada (Switched) Fast Ethernet (100Mbps), Gigabit Ethernet (1Gbps) e 10Gigabit Ethernet (10Gbps) Quanto maior a velocidade da Ethernet Mais frequente a utilização de fibra óptica Menor o comprimento dos troços de ligação entre equipamentos Mais frequente a utilização em ligações entre equipamentos Core da rede que têm mais tráfego concentrado Requer meios de transmissão com menos perdas como a Fibra óptica, para velocidades maiores Os equipamentos mais utilizados neste tipo de rede são os HUB e SWITCH De fácil manutenção, sem SW para instalar (excepto os drivers) Escalável facilmente se adicionam novos Hosts Interage muito facilmente com TCP/IP porque, tal como o IP, também é connectionless Funciona até ao nivel 2 de OSI (MAC sublayer) Utiliza o método CSMA-CD 1-persistente Preamble = 8 bytes cada um = (com excepção do último byte, = que assinala o inicio da parte que interessa da trama) Destination e Source Address 6 bytes=48 bits. Se o 1º. bit do Destination Address = 0, a trama destina-se a máquinas únicas (Unicast), se for = 1 destina-se a Grupos de máquinas (Multicast) ou se todos os bits forem = 1, a trama destina-se a todas as máquinas (Broadcast). O Source Address é suposto ser único e atribuído pelo IEEE. Os 3 primeiros bytes referem-se ao fabricante do computador. Os últimos 3 identificam a máquina univocamente no mundo. Este é o vulgarmente chamado MAC ADDRESS Endereços utilizados em Ethernet. Type ou Length (<0x600 é Length, >0x600 é Type) Este campo diz qual o tipo de pacote de layer 3 é transportado no interior da trama. P.ex. Se for = 0x0800 a trama contém um pacote IPV4, se for 0x86DD trata-se de um pacote IPv6. Se for Length, tem o número de bytes da trama (IEEE 802.3). Como há muitas colisões neste tipo de redes, aparecem muitas tramas incompletas. Então para distinguir este lixo, de tramas correctas, a trama deverá ter um comprimento minimo de 64 bytes, sem contar com o Preamble. Assim, se Data =0 bytes, o campo PAD é usado para completar a trama com pelo menos 46 bytes. Checksum é um código de detecção de erro CRC de 32 bits/4 bytes

12 Ethernet (Protocolo de layer de dados OSI) IEEE A forma mais vulgar de Ethernet é a que utiliza cabos de cobre com Twisted-Pair Hubs vantagens de fácil manutenção e aproveitamento do cobre existente. Fast Ethernet (802.3u) Versão de Ethernet com capacidade mais rápida que se consegue melhorando alguns importantes factores: Utilizar antes Switches em vez de Hubs Switched Ethernet Utilizar cabos de menor comprimento para reduzir atenuações Utilizar Fibra em vez de Cobre Twisted-Pair Versões + usuais de Fast Ethernet mas Os Hubs não aumentam a capacidade visto que à medida que se aumenta o número de Hosts, a capacidade disponibilizada a cada um é menor, podendo causar a saturação da LAN. então RJ-45 interface Os Switches enviam tramas apenas para os portos a que se destinam Cada porto tem um único endereço Ethernet Não há colisões! Multiplas tramas podem ser enviadas em simultâneo por diferentes Hosts. Pode acontecer que um porto tenha que fazer buffering de tramas destinadas ao mesmo Host. Então, com Switched Ethernet Switched Ethernet A capacidade de uma rede pode aumentar em 1 a ordem de magnitude (p.ex. de 10Base T para 100Base T) Evita-se o broadcast promiscuo de informação não segura que acontece em redes ethernet com Hubs que apesar de até poder ser encriptada, é indesejado.

13 Ethernet (Protocolo de layer de dados OSI) Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ab) Performance foi aumentada 10x, de resto tudo se manteve como a Fast-Ethernet Ligações Point-to-Point Interface Cards Gigabit Ethernet Modos de transmissão em Half-Duplex e Full-Duplex (Mais vulgar) Como são usados Switches, não é necessário usar CSMA-CD em Full Duplex porque não haverá colisões. Caso se usem Hubs, então o modo de transmissão será Half-Duplex e como são possiveis colisões, é necessário usar CSMA-CD 10-Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) Modo de transmissão apenas em Full-Duplex CSMA-CD não é necessário Apenas pequenos melhoramentos ao nivel físico Objectivo Ser usada interiormente em Datacenters e Centrais para interligar routers de grande porte, switches e servidores DWDM Diferentes comprimentos de onda Ser usada em links de longa distância ou em Trunks de alto débito entre edificios de escritórios fazendo parte de redes MAN baseadas em Fibra Vantagens da Ethernet Não foi necessário mudar o SW ao longo do aprefeiçoamento dos standards da Ethernet Plug-in muito fácil de novos Hosts, escalável Manutenção mínima, de operação simples, flexivel Barata Falhas extremamente raras, desde que se respeitem os standards Standard Gbps em desenvolvimento espera-se em