O que é a Internet: componentes

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1 Introdução O que é a Internet Periferia da rede Interior da rede Comutação de circuitos Comutaçao de pacotes ( store-and-forward ) Desempenho: perdas e atraso Camadas de protocolos e serviços Notas históricas sobre a Internet 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.1 O que é a Internet: componentes Milhões de sistemas computacionais interligados, que executam aplicações de rede ( apps) Canais físicos de comunicação cobre, fibra, radio router server local ISP workstation mobile Nós de encaminhamento (routers), que propagam pacotes de dados através da rede regional ISP Protocolos, e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP que controlam a emissão e recepção de mensagens company 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.2 1

2 O que é a Internet: componentes Internet: estrutura, hierarquicamente fraca, que engloba todos os componentes: Sistemas computacionais terminais Canais físicos de comunicação Nós de encaminhamento Protocolos router server local ISP workstation mobile regional ISP Internet standards RFC: Request For Comments IETF: Internet Engineering Task Force company 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.3 O que é a Internet: serviços A infraestrutura de comunicação possibilita a execução de aplicações distribuídas: WWW, , comércio electrónico, voto electrónico jogos... Serviços de comunicações: não orientados à ligação (connectionless) orientados à ligação (connectionoriented) 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.4 2

3 Estrutura de rede Periferia da rede: computadores (hosts) aplicações Redes de acesso residencial (ISDN,ADSL,cabo) institucional (LAN - Ethernet), móvel (WLAN) Interior da rede: nós de encaminhamento (routers) rede de redes 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.5 Periferia da rede Sistemas terminais, computadores (hosts) executam aplicações, e.g., WWW, teleconferência Modelo cliente/servidor a parte cliente faz pedidos que são respondidos pelo servidor, e.g., . Modelo par-par (peer-peer) a interacção entre as partes é simétrica, e.g., telefone sobre Internet 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.6 3

4 Periferia da rede: serviço de e Objectivo: transferência de dados entre sistemas terminais. Serviço orientado à ligação transmissão fiável com garantia de preservação da ordem Controlo de fluxo: Controlo de congestionamento: Serviço não orientado à ligação transmissão sem garantia de fiabilidade sem controlo de fluxo: Sem controlo de congestionamento: Internet: TCP [RFC 793] - Transmission Control Protocol Internet: UDP [RFC 768] - User Datagram Protocol 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.7 Interior da rede ( core) Malha de nós de encaminhamento (routers) interligados Como se comunicam os dados através da rede? Comutação de circuitos: um circuito dedicado por ligação (rede telefónica actual) Comutação de pacotes: blocos de dados (pacotes) são transmitidos individualmente através da rede 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.8 4

5 Comutação de circuitos Reserva de recursos extremo a extremo para cada chamada necessário o estabelecimento de cada chamada largura de banda do canal garantida (qualidade constante) ausência de partiha durante uma chamada 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.9 Comutação de circuitos Largura de banda do canal dividida em partes divisão na frequência (FDM) divisão no tempo (TDM) 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

6 Comutação de pacotes O conjunto de dados a transmitir é dividido em pacotes os pacotes dos diversos utilizadores partilham o mesmo canal cada pacote usa toda a largura de banda do canal os recursos são usados quando são necessários Utilização dos recursos a procura agregada de recursos pode exceder a quantidade disponível congestionamento: os pacotes esperam em fila até serem transmitidos no canal store and forward : os pacotes percorrem um salto de cada vez transmissão numa ligação espera pela vez na próxima ligação 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.11 Comutação de pacotes A 10 Mbs Ethernet statistical multiplexing C B queue of packets waiting for output 1.5 Mbs 45 Mbs D E 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

7 Com. de circuitos versus Com. de pacotes Comutação de pacotes permite maior número de utilizadores! Ligação de 1 Mbit cada utilizador: 100Kbps quando activo activo 10% do tempo comutação de circuitos: 10 utilizadores comutação de pacotes: com 35 utilizadores, a probabilidade > 10 activos é menor que.0004 N users 1 Mbps 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.13 Com. de circuitos versus Com. de pacotes A comutacção de pacotes é necessariamente melhor? Vantagens: partilha de recursos não há necessidade de estabelecer um circuito físico Desvantagens: Congestionamento excessivo: perda e atraso de pacotes há necessidade de definir protocolos para transmissão fiável e controlo de congestionamento Como fornecer um serviço garantido do tipo circuito? (problema em aberto) 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

8 Comutação de pacotes: encaminhamento Objectivo: transmitir pacotes entre nós desde a origem ao destino Rede de datagramas : o endereço de destino determina o caminho a seguir em cada salto o caminho pode mudar durante uma sessão Rede de circuitos virtuais: cada pacote contém um rótulo (ID do circuito virtual) que determina o caminho o caminho entre origem e destino é determinado no estabelecimento do circuito virtual e mantém-se fixo os nós da rede guardam o estado de cada circuito virtual 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.15 Comutação de pacotes: atraso Os pacotes sofrem atraso na comunicação extremo a extremo Há 4 fontes de atraso em cada salto processamento no nó: verificação de erros determinação da saída fila de espera depende do estado do nó transmissão propagação A transmission propagation B nodal processing queueing 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

9 Internet: pilha de protocolos aplicação: suporte a aplicações de rede ftp, smtp, http e: transferência de dados extremo a extremo tcp, udp rede: encaminhamento de datagramas da origem até ao destino ip, protocolos de encaminhamento ligação de dados: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos ppp, ethernet físico: transferência de bits no canal físico 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.17 Internet: comunicação lógica Cada camada: contém entidades distribuídas que executam funções em cada nó trocando mensagens com os seus pares 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

10 Internet: comunicação lógica E.g.: e recebe dados da aplicação junta endereços, verificação de erros e forma um pacote envia o pacote ao seu par espera que o seu par lhe envie confirmação data data ack data 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.19 Internet: comunicação física data data 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

11 Divisão em camadas Cada camada recebe dados do nivel acima junta cabeçalho envia o novo conjunto de dados para o nivel abaixo source destination Ht HnHt Hl HnHt M M M M message segment datagram frame 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.21 Internet History : Early packet-switching principles 1961: Kleinrock - queueing theory shows effectiveness of packet-switching 1964: Baran - packet-switching in military nets 1967: ARPAnet conceived by Advanced Reearch Projects Agency 1969: first ARPAnet node operational 1972: ARPAnet demonstrated publicly NCP (Network Control Protocol) first host-host protocol first program ARPAnet has 15 nodes 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

12 Internet History : Intering, new and proprietary nets 1970: ALOHAnet satellite in Hawaii 1973: Metcalfe s PhD thesis proposes Ethernet 1974: Cerf and Kahn - architecture for interconnecting s late70 s: proprietary architectures: DECnet, SNA, XNA late 70 s: switching fixed length packets (ATM precursor) 1979: ARPAnet has 200 nodes Cerf and Kahn s intering principles: minimalism, autonomy - no internal changes required to interconnect s best effort service model stateless routers decentralized control define today s Internet architecture 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.23 Internet History : new protocols, a proliferation of s 1983: deployment of TCP/IP 1982: smtp protocol defined 1983: DNS defined for nameto-ip-address translation 1985: ftp protocol defined 1988: TCP congestion control new national s: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel 100,000 hosts connected to confederation of s 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I

13 Internet History 1990 s: commercialization, the WWW Early 1990 s: ARPAnet decomissioned 1991: NSF lifts restrictions on commercial use of NSFnet (decommissioned, 1995) early 1990s: WWW hypertext [Bush 1945, Nelson 1960 s] HTML, http: Berners-Lee 1994: Mosaic, later Netscape late 1990 s: commercialization of the WWW Late 1990 s: est. 50 million computers on Internet est. 100 million+ users backbone s runnning at 1 Gbps 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I 2.25 Número de sistemas terminais na Internet 1º Semestre 2005/2006 Redes de Computadores I