Introdução. Redes de computadores

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1 Introdução Redes de computadores Usos das s de computadores Hardware das s de computadores Periferia da Tecnologias de comutação e multiplexagem Arquitectura em camadas Medidas de desempenho da s Introdução 1 Redes de computadores Colecção de computadores autónomos interligados entre si Redes de computadores vs. telefónica Um telefone não é um computador! Redes de computadores vs. acesso de terminais a um computador central Terminais não são autónomos! Redes de computadores vs. sistemas distribuídos Em sistemas distribuídos a interligação dos computadores é transparente aos utilizadores! Convergência entre Computadores e Telecomunicações Introdução 2 1

2 Usos das s Partilha de recursos geograficamente dispersos Dados, programas, equipamento Fiabilidade Replicação de Economia Relação preço/desempenho mais favorável em PCs Acesso a informação remota WWW, comércio electrónico, vídeo Comunicação entre pessoas Voz, , videoconferência Entretenimento interactivo Participação em jogos e ambientes virtuais Introdução 3 Hardware das s Estações, sistemas terminais (hosts, end systems) Clientes Servidores Encaminhadores (routers) Comutadores (switches) Ligações físicas Cabo, fibra, rádio Ligações ponto-a-ponto Ligações de difusão encaminhador servidor PC Portátil Introdução 4 2

3 A Internet Interligação de s à escala mundial Periferia da Acesso à Internet Modem HFC DSL LAN Wireless LAN Sistemas autónomos Redes empresariais e universitárias ISPs (Internet Service Providers), locais, regionais, internacionais encaminhador servidor ISP local Rede empresarial PC portátil ISP regional Introdução 5 Mapa de sistemas autónomos da Internet Introdução 6 3

4 Periferia da Aplicações distribuídas WWW, , acesso remoto (telnet, ssh), transferência de ficheiros (ftp), NetMeeting, streaming de áudio e vídeo, P2P (Napster, Gnutella) Paradigma cliente-servidor Processo cliente solicita pedidos ao servidor e recebe respostas Processo servidor atende os pedidos dos vários clientes Estação Rede Estação Introdução 7 Comutação de circuitos Estabelecimento do circuito Reserva de recursos ao longo das ligações do circuito Terminação do circuito A B C D A B C D Introdução 8 4

5 Multiplexagem Ligações da multiplexam de vários utilizadores Recursos da ligação partilhados pelos vários circuitos Multiplexagem por divisão no tempo (TDM) Ex. 8 bits em cada 125 µs: 64 Kbit/s por canal Multiplexagem por divisão na frequência (FDM) Ex: 4 KHz por canal Multiplexagem por divisão no código (CDM) Cada utilizador tem uma sequência de modulação distinta Introdução 9 Comutação de pacotes Informação é enviada unidades discretas, ditas pacotes Cada pacote é tratado individualmente na Pkt 1 Pkt 2 Pkt 3 Pkt 1 Pkt 2 Pkt 1 A B C D Pkt 3 Pkt 2 Pkt 3 A B C D Introdução 10 5

6 Multiplexagem estatística Não há reserva de recursos de transmissão nas ligações da Melhor utilização dos recursos da Atraso de recepção/transmissão (store-and-forward) Encaminhadores transmitem pacotes ao débito da ligação Buffers de entrada e saída nos encaminhadores Atrasos em fila de espera Perda de pacotes Introdução 11 Comutação de pacotes vs. comutação de circuitos Ligação de 1 Mbit/s Cada utilizador: 100 Kbit/s quando activo activo 10% do tempo Comutação de circuitos 10 utilizadores Comutação de pacotes 30 utilizadores, probabilidade > 10 activos é menor do que.0004 N utilizadores 1 Mbps link Introdução 12 6

7 Circuitos virtuais (VCs) Comutação de pacotes Estabelecimento e terminação de sessão Não há reserva de recursos de transmissão Cada pacote contém no cabeçalho um identificador de VC B Interface entrada VC entrada Interfac e saída C A Interface entrada VC saída 3 B 5 22 VC entrada C 51 Interface saída D VC saída Introdução 13 Datagramas Comutação de pacotes Não há estabelecimento de sessão Cada pacote contém no cabeçalho o endereço destino A 3 B 5 D 7 C D 2 D D B Endereço destino D 5 Interface saída C Endereço destino D 2 Interface saída Introdução 14 7

8 Comutação de mensagens Comutação de pacotes na qual as mensagens não são segmentadas Msg A B C D Msg Msg A B C D Introdução 15 Tecnologias de comutação Redes de Telecomunicações Comutação de circuitos Comutação de mensagens Comutação de pacotes Circuitos virtuais Datagramas Introdução 16 8

9 Redes de acesso Acesso residencial Modem, 56 Kbit/s ISDN, 2 x 64 kbit/s Cabo ADSL, até 1 Mbit/s para cima, até 16 Mbit/s para baixo Acesso institucional Ethernet, 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s Outras tecnologias LANs (Local Area Networks) ATM (Asynchronous Transfer Mode) Linha dedicada Acesso sem fios Wireless LANs (IEEE ), 11 Mbit/s Rede celular Introdução 17 Funções para a comunicação Funções na comunicação entre máquinas Especificação mecânica das tomadas, modulações Segmentação, reconstrução e delimitação dos pacotes Multiplexagem/desmultiplexagem Controlo de erros e de fluxo Encaminhamento Controlo de congestão Formato para apresentação dos Autenticação Modularização Simplicidade de desenho e compreensão Flexibilidade, normalização da interface dos módulos Introdução 18 9

10 Arquitectura em camadas Processos pares Camada n+1 Camada n Interface de serviço Protocolo Introdução 19 Protocolos Entidades pares da mesma camada executam algoritmo distribuído Protocolos definem as regras de comunicação entre entidades pares Formato das mensagens trocadas Sequência de envio e recepção de mensagens Acções a tomar quando uma mensagem é enviada ou recebida Mensagens trocadas entre entidades pares da camada n chamam-se n-pdu (Protocol Data Unit) Cabeçalho (header) Dados (payload) Cauda (trailer) Introdução 20 10

11 Analogia Tou, Zé Olá Maria Percebeste a aula de hoje? TCP connection req. TCP connection reply. GET Claro que sim tempo <index.html> Introdução 21 Interface de serviço Interface de serviço especifica os serviços que a camada n fornece à camada n+1 Serviço orientado à sessão (connection-oriented) Estabelecimento de sessão Troca de mensagens Terminação da sessão Serviço não orientado à sessão (connectionless) Não há estabelecimento nem terminação de sessão Introdução 22 11

12 Arquitectura da Internet Aplicação, Aplicações de distribuídas: FTP, SMTP, HTTP Transporte Transferência de entre estações: TCP, UDP Rede Encaminhamento e expedição de mensagens: IP, protocolos de encaminhamento Ligação de Transferência de entre máquinas vizinhas: PPP, Ethernet Camada física Passagem de bits entre máquinas vizinhas Aplicação Transporte Rede Dados Físico Introdução 23 Comunicação lógica ack Introdução 24 12

13 13 Introdução 25 Comunicação física Introdução 26 Encapsulamento Origem Destino M M M M Ht HnHt HnHt Hl M M M M Ht HnHt HnHt Hl Mensagem Segmento Datagrama Trama

14 Atraso em s de comutação de pacotes Componentes do atraso num nó (máquina) da Atraso de processamento Verificação que a mensagem foi recebida correctamente Determinação da interface de saída Atraso em fila de espera Espera até ser transmitido na interface de saída Atraso de transmissão Duração da transmissão na interface de saída: L/R Atraso de propagação Propagação do sinal numa ligação: d/s Entrega sequencial dos pacotes Introdução 27 Atraso em fila de espera R = débito da ligação (bits/s) L = comprimento médio dos pacotes (bits) a = taxa média de chegada de pacotes Intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: atraso médio pequeno La/R -> 1: atraso médio grande La/R > 1: potencial perda de pacotes Introdução 28 14

15 Perdas em s de comutação de pacotes Perda de pacotes Pacote é corrompido nas ligações ou nos nós Nó descarta pacote por falta de espaço no buffer da interface de saída Pacote é mal encaminhado Introdução 29 História da Internet: : Kleinrock teoria das filas de espera substancia eficiência da comutação de pacotes 1964: Baran comutação de pacotes em s militares 1967: ARPAnet desenhada pela Advanced Research Projects Agency 1969: Primeiro nó da ARPAnet operacional Primeiro RFC (Request for Comments) 1970: ALOHAnet no Hawaii Introdução 30 15

16 História da Internet: : ARPAnet demonstrada publicamente NCP (Network Control Protocol) Primeira de ARPAnet é constituída por 15 nós 1973: Metcalfe Ethernet 1974: Cerf and Kahn arquitectura para interligar s 1970s: DECnet, SNA, XNA 1979: ARPAnet é constituída por 200 nós Introdução 31 História da Internet: : TCP/IP, RFC : especificação dos protocolos SMTP e 1983: DNS para tradução nomes-endereços IP 1985: especificação do protocolo FTP NFSnet 1988: Controlo de congestão TCP 100,000 estações interligadas Introdução 32 16

17 História da Internet: : ARPAnet retirada de serviço 1991: Usos comerciais na NSFnet 1995: NSFnet retirada de serviçco 1990s: WWW HTML Berners-Lee HTTP, RFC 2616 Marc Andreessen - Mosaic, Netscape 2000: Cerca de 50 milhões de computadores ligados à Internet Mais de 100 milhões de utilizadores Ligações no núcleo a 1 Gbps Introdução 33 17