Redes de Computadores e a Internet

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Arthur Rosa Caetano
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1 Redes de Computadores e a Internet Magnos Martinello Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Departamento de Informática - DI Laboratório de Pesquisas em Redes Multimidia - LPRM 2010

2 Introdução Redes de Computadores e a Internet Nossos objetivos: Obter contexto, terminologia, sentimento sobre redes Maior profundidade e detalhes serão vistos ao longo do curso Abordagem: Usar a Internet como exemplo Visão geral: O que é a Internet O que é um protocolo? Bordas da rede Núcleo da rede Rede de acesso e meio físico Estrutura de Internet/ISP Desempenho: perda, atraso Camadas de protocolo, modelos de serviços Modelagem de redes 2

Visão geral: O que é a Internet O que é um protocolo?

3 O que é Internet? Milhões de elementos de computação interligados: hospedeiros = sistemas finais Executando aplicações distribuídas Enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite taxa de transmissão = largura de banda Roteadores: enviam pacotes blocos de dados) 3

sistemas finais Executando aplicações distribuídas Enlaces de

4 O que é a Internet? O que é Internet? Protocolos: controlam o envio e a recepção de mensagens ex.: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: rede de redes fracamente hierárquica Internet Pública versus Redes privadas (intranets) Internet standards RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force 4

$: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: rede de redes fracamente hierárquica$

5 Visão de Serviços Infra-estrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: Web, , jogos, e-commerce, compartilhamento de arquivos Serviços de comunicação oferecidos: entrega de dados confiável a partir da origem ao destino entrega de dados não confiável baseado no melhor esforço 5

arquivos Serviços de comunicação oferecidos: entrega de dados confiável a

6 Visão estrutural da Internet Borda da rede: aplicações e hospedeiros Núcleo da rede: roteadores rede de redes Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 6

7 Bordas da rede Sistemas finais (hosts): Rodam aplicações e.g. Web, na borda da rede Modelo cliente/servidor peer-peer Host cliente requisita, recebe serviço a partir de um servidor client/server e.g. Web browser/server; client/server Modelo peer-peer : Uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados e.g. Skype, BitTorrent 7

requisita, recebe serviço a partir de um servidor client/server e.g.

8 Redes de Acesso e meios físicos Q: Como conectar os sistemas finais ao roteador de borda? Redes de acesso residenciais Redes de acesso institucional (escola, empresa ) Redes de acesso móvel Manter em mente : Banda (bits por segundo) da rede de acesso? Compartilhada ou dedicada? 8

Redes de acesso residenciais Redes de acesso institucional (escola,

9 Redes LAN- Local Area Networks Empresa ou universidade conecta o sistema final ao roteador de borda através de uma local area network (LAN) Ethernet: 10 Mbs, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernet Configuração moderna: Ethernet switch LANs: capítulo 5 9

local area network (LAN) Ethernet: 10 Mbs, 100Mbps, 1Gbps,

10 Redes de Acesso sem fio Rede de acesso sem fio compartilhado conecta o sistema final ao roteador via estação base aka access point Wireless LANs: b/g (WiFi): 11 ou 54 Mbps Wider-area wireless access Provida pelas operadoras de telecomuniações ~1Mbps sobre sistema de celular (EVDO, HSDPA) WiMAX (10 s Mbps) sobre uma ampla área de cobertura router base station mobile hosts 10

11b/g (WiFi): 11 ou 54 Mbps Wider-area wireless access Provida pelas operadoras de

11 Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da Rede Sistemas finais, redes de acesso, enlaces 1.3 Núcleo da Rede Comuntação de circuito, comutação de pacote, estrutura da rede 11

12 O Núcleo da REDE Malha de roteadores interconectados A questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? Comutação de circuitos: usa um canal dedicado para cada conexão Ex.: rede telefônica Comutação de pacotes: dados são enviados em blocos discretos 12

Comutação de circuitos: usa um canal dedicado para cada conexão Ex.

13 Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos Recursos fim-a-fim são reservados por chamada Taxa de transmissão, capacidade dos comutadores Recursos dedicados: não há compartilhamento Desempenho análogo aos circuitos físicos (QoS garantido) Exige estabelecimento de conexão 13

comutadores Recursos dedicados: não há compartilhamento Desempenho

14 Núcleo da Rede: Comutação de Circuitos Recursos de rede (e.g., banda) dividida em pedaços Pedações alocados às chamadas Pedaço do recurso é desperdiçado se não for usado pela dono da chamada (nenhum compartilhamento) Formas de dividir a banda (capacidade de transmissão) em pedaços Divisão em frequência Divisão em tempo 14

desperdiçado se não for usado pela dono da chamada (nenhum compartilhamento)

15 Comutação de Circuitos: FDM e TDM 15

16 Exemplo Numérico Quanto tempo leva para enviar um arquivo de bits do hospedeiro A para o hospedeiro B numa rede de comutação de circuitos? Todos os links possuem Mbps Cada link utiliza TDM com 24 slots 500 mseg para estabelecer um circuito fim-a-fim Calcule! 16

17 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes Cada fluxo de dados fim-a-fim é dividido em pacotes Os recursos da rede são compartilhados estatisticamente Cada pacote usa toda a banda disponível ao ser transmitido Recursos são usados sob demanda Contenção de recursos: A demanda agregada por recursos pode exceder a capacidade disponível Congestionamento: filas de pacotes, espera para uso do link Armazena e reenvia: pacotes se movem um salto por vez O nó recebe o pacote completo antes de encaminhá-lo Banda passante é dividida em slots Alocação fixa Reserva de recursos 17

agregada por recursos pode exceder a capacidade disponível Congestionamento: filas de pacotes, espera para uso do link Armazena e reenvia:

18 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes A seqüência de pacotes A e B não possui padrão específico banda é compartilhada sob demanda (multiplexação estatística) No TDM, cada hospedeiro adquire o mesmo slot dentro do frame TDM 18

compartilhada sob demanda (multiplexação estatística)

19 Núcleo da Rede: Comutação de Pacotes L R R R Um pacote de L bits leva L/ R segundos para ser transmitido( empurrado ) em um enlace de R bps store and forward: o pacote inteiro deve chegar ao roteador antes de ser transmitido ao próximo enlace Atraso (delay) =? (assumindo zero atraso de propagação) Exemplo: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps Quanto é o atraso? 19

deve chegar ao roteador antes de ser transmitido ao próximo enlace Atraso (delay) =?

20 Comutação de pacotes permite que mais usuários usem a mesma rede! Enlace de 1 Mbit/s Comutação de Pacotes x Cada usuário: 100 Kbits/s quando ativo Ativo 10% do tempo Circuitos Comutação de circuitos: 10 usuários comutação de pacotes: Qual é a probabilidade de um usuário estar transmitindo? Suponha que haja 35 usuários, qual N usuários 1 Mbps link a probabilidade de i usuários estarem transmitindo simultanea mente? Determine a probabilidade de haver 11 ou mais usuários transmitir simultaneamente. 20

circuitos: 10 usuários comutação de pacotes: Qual é a probabilidade de um usuário estar transmitindo?

21 Comutação de Pacotes x Circuitos A comutação de pacotes é melhor sempre? Ótima para dados com comportamente em rajadas Melhor compartilhamento de recursos Não há estabelecimento de chamada Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes Protocolos são necessários para transferência confiável, controle de congestionamento Como obter um comportamento semelhante ao de um circuito físico? Garantias de taxa de transmissão são necessárias para aplicações de áudio/vídeo Problema ainda sem solução (capítulo 6) 21

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