Redes de Computadores DCC/UFJF. Capítulo 1. Introdução

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1 Redes de Computadores DCC/UFJF Capítulo 1 Introdução All material copyright J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved Material fortemente baseado nos slides do livro: Computer Networking: A Top- Down Approach Featuring the Internet. Os slides foram disponibilizados Introdução pelos 1-1 autores James F. Kurose e Keith W. Ross

2 Redes de Computadores: Aula 1 Aula Anterior: Introdução ao curso Logística Motivação Aula de Hoje O que é Internet? O que é protocolo? Borda da rede; sistemas finais e canais de acesso Núcleo da rede: comutação de pacotes/circuito

3 Capítulo 1: Introdução Objetivos: Terminologia, principais conceitos Aprofundamento será feito com o decorrer do curso Ferramenta Usar a Internet como exemplo Principais Pontos: O que é Internet? O que é protocolo? Borda da rede; sistemas finais e canais de acesso Núcleo da rede: comutação de pacotes/circuito Desempenho: perda, retardo, vazão Segurança Pilha de protocolos Introdução 1-3

4 Capitulo 1: Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da rede Aplicações, canais de acesso 1.3 Núcleo da rede Comutação de pacotes, de circuitos, estrutura da rede 1.4 Retardo, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 1.5 Pilha de Protocolos 1.6 Segurança 1.7 Histórico Introduction 1-4

5 O que é a Internet? É isto Abordagem descritiva é mais fácil Duas visões descrição de sua estrutura descrição dos serviços oferecidos

6 O que é a Internet Milhões de dispositivos conectados hosts = end systems = sistemas finais Executando aplicação de rede Mobile network Home network Global ISP Canais de comuniação fibra, radio, satélite Taxa de transmissão = bandwidth = largura de banda roteadores: encaminham os pacotes (segmentos de dados) Regional ISP Institutional network Introdução 1-6

7 Alguns Dispositivos Porta-retrato IP Telefones IP Menor servidor WEB do mundo Introduction 1-7

8 O que é a Internet protocolos controle de recebimento e envio de mensagens e.g., TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet Internet: redes de redes hierárquica Internet pública versus intranet particular Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Mobile network Global ISP Home network Regional ISP Institutional network Introduction 1-8

9 O que é Internet: serviço Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: Web, VoIP, , jogos, e- commerce, compartilhamento de arquivos Serviços fornecidos as aplicações: Entrega confiável de dados entre origem e destino Mecanismo best effort (não-confiável) para entrega de dados Introduction 1-9

10 O que é um protocolo? No mundo real: Quantas horas? Eu tenho uma pergunta mensagens específicas resultam em ações e respostas específicas No mundo de redes: Toda a comunicação na Internet é gerenciada por protocolos Protocolos definem o formato, a ordem das mensagens enviadas e recebidas e ações tomadas ao recebimento e envio de mensagens Introduction 1-10

11 O que é um protocolo? Protocolo no mundo real e protocolo em redes de computadores: Hi Hi Got the time? 2:00 time TCP connection request TCP connection response Get <file> Q: Outro protocolo do mundo real? Introdução 1-11

12 Capitulo 1: Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da rede Aplicações, canais de acesso 1.3 Núcleo da rede Comutação de pacotes, de circuitos, estrutura da rede 1.4 Retardo, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 1.5 Pilha de Protocolos 1.6 Segurança 1.7 Histórico Introduction 1-12

13 Estrutura da Internet borda:aplicações e sistemas finais Redes de acesso, meio físico: cabo, wireless, links (enlaces) de comunicação Núcleo da rede: Roteadores conectados Redes de redes Introduction 1-13

14 Borda da Rede: Sistemas finais (hosts): Executam aplicações Web, Modelo cliente servidor Cliente requisita e recebe serviços disponibilizados pelo servidor e.g. Web browser/server; client/server Modelo peer-peer Mínimo uso de servidores dedicados Skype, BitTorrent peer-peer client/server Introduçãon 1-14

15 Borda da Rede: Serviços orientados para conexão Programa cliente e servidor enviam pacotes de controle um para o outro antes de remeter os dados reais da aplicação! Transferência de dados confiável Controle de Fluxo Controle de Congestionamento TCP Serviços não orientados para conexão Envio dos dados, sem nenhum tipo de aviso prévio! UDP

16 Redes de Acesso e Meio Físico Q: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda? Redes de acesso residenciais Redes de acesso institucionais (universidades, empresas) Redes de acessos móveis Importante: bandwidth (bits por segundo) da rede de acesso? Compartilhada ou dedicada? Introdução 1-16

17 Dial-up Modem central office telephone network Internet home PC home dial-up modem ISP modem (e.g., AOL) Utiliza a infraestrutura existente Residência é conectada com uma central telefônica Até 56Kbps para acesso direto ao roteador Não é possível surfar e usar o telefone ao mesmo tempo

18 Digital Subscriber Line (DSL) home phone Existing phone line: 0-4KHz phone; 4-50KHz upstream data; 50KHz-1MHz downstream data Internet DSLAM splitter telephone network home PC DSL modem central office Também utiliza a infraestrutura telefôncia existente Até 1 Mbps upstream (tipicamente < 256 kbps) Até 8 Mbps downstream (tipicamente < 1 Mbps)

19 Acesso Residencial:Cabo Não utiliza a infraestrutura telefõnica Utiliza a TV a cabo HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 30Mbps downstream, 2 Mbps upstream rede de cabos e fibras liga as residências ao roteadores do ISP residências compartilham o acesso ao roteador Diferente da DSL, que possui acesso dedicado Introduction 1-19

20 Acesso Residencial: cabo Diagram: Introdução 1-20

21 Acesso via Ethernet 100 Mbps Ethernet switch Institutional router To Institution s ISP 100 Mbps 100 Mbps 1 Gbps server Usado em companhias, universidades 10 Mbs, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps Ethernet Atualmente, sistemas finais geralmente se conectam a um switch Ethernet

22 Acesso via redes sem fio shared wireless access network connects end system to router via base station aka access point wireless LANs: b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps wider-area wireless access provided by telco operator ~1Mbps over cellular system (EVDO, HSDPA) next up (?): WiMAX (10 s Mbps) over wide area router base station mobile hosts Introduction 1-22

23 Home networks Componentes típicos: DSL ou modem a cabo roteador/firewall/nat Ethernet Acesso sem fio to/from cable headend cable modem router/ firewall Ethernet wireless access point wireless laptops Introdução 1-23

24 Meio Físico Bit: propaga entre receptor/transmissor Enlace físico: ligação entre o receptor e o transmissor guided media: Sinal se propagada através de cabo coaxial, fibra unguided media: Sinal se propaga livremente, ex. radio Introdução 1-24

25 Capitulo 1: Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da rede Aplicações, canais de acesso 1.3 Núcleo da rede Comutação de pacotes, de circuitos, estrutura da rede 1.4 Retardo, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 1.5 Pilha de Protocolos 1.6 Segurança 1.7 Histórico Introduction 1-25

26 Núcleo da Rede Malha de roteadores interconectados Questão Fundamental: como transferir os dados através da rede? Comutaçao de circuitos: circuito dedicado a cada chamada: rede telefônica Comutação de pacotes: dados enviados em pacotes discretos Introduction 1-26

27 Núcleo da Rede:Comutação de Circuitos Recursos fim-a-fim são reservados a cada chamada Recursos dedicados: sem compartilhamento Espécie de circuito é formado garantia de desempenho Requerimento de setup para a utilização do canal Introdução 1-27

28 Núcleo de Rede: Comutação de Circuitos Recursos da rede(e.x., banda) divididos em pedaços Pedaços são alocados a chamadas Recurso permanence desocupado se não é usado pela chamada a qual foi destinado (não existe compartilhamento) Dividindo a banda de um enlace em pedaços : Divisão na frequência Divisão no tempo Introduction 1-28

29 Comutação de Circuito: FDMeTDM FDM Example: 4 users frequency TDM time frequency time Introdução 1-29

30 Núcleo de Rede: Comutação de Pacotes Cada fluxo fim-a-fim é dividido em pacotes Pacotes dos usários A e B compartilham os recursos da rede Cada pacote utiliza a banda máxima do enlace Recursos são usados quando necessários Banda dividida em pedaços Alocação dedicada Reserva de recursos Contenção dos recursos: Demanda por recursos pode superar quantidade disponível Congestionamento: pacotes são enfileirados, esperando para usarem o enlace Armazena e encaminha (store and forward): pacotes se movem um salto (hop)por vez Nó recebe o pacote completo antes de encaminhar Introdução 1-30

31 Comutação de Pacotes: Multiplexação Estatística A 100 Mb/s Ethernet statistical multiplexing C B queue of packets waiting for output link 1.5 Mb/s D E Sequência dos pacotes vindos de A e B não possuem um padrão, o compartilhamento da banda é realizado sob demanda multiplexação estatística. Introduction 1-31

32 Comutação de pacotes:armaze-eencaminha Necessário L/R segundos para transmitir um pacote de L bits em um enlace de R bps Armazena-e-encaminha eo pacote inteiro deve chegar no roteador antes de ser transmitido ao próximo enlace L R R R Example: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps Atraso de transmissão = 15 sec retardo = 3L/R (assumindo atraso de propagação igual a zero) Veremos mais sobre atrasos Introduction 1-32

33 Comutação de Pacotes versus Comutação de Circuitos Comutação de pacotes permite mais usuários compartilhando a rede! 1 Mb/s enlace Cada usuário: 100 kb/s quando ativo ativos 10% do tempo Comutação de circuitos: 10 usuários Comutação de pacotes: com 35 usuários, probabidade > 10 ativos ao mesmo tempo é de N users 1 Mbps link Q: como calcular a probailidade ? Introdução 1-33

34 Comutação de pacotes versus comutação de circuitos Comutação de pacotes Ótimo para tráfego em rajada Simples, sem necessida de configuração da chamada Compartilhamento de recursos Mas em congestionamento? Perda e retardo nos pacotes! Protocolos que permitam transmissão confiável Q:Como prover um comportamento de comutação de circuitos? Banda para aplicações de voz/video Problema sem solução!! Introduction 1-34

35 Estrutura da Internet:rede de redes! Hierárquica No centro: tier-1 ISPs (exemplo., Verizon, Sprint, AT&T, Cable and Wireless), cobertura nacional/internacional treat each other as equals Tier-1 providers interconnect (peer) privately Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Introduction 1-35

36 . Tier-1 ISP: e.g., Sprint POP: point-of-presence to/from backbone peering to/from customers Introduction 1-36

37 Estrutura da Internet:rede de redes Tier-2 ISPs: menores (regionais) ISPs Conectados a um ou mais tier-1 ISPs, possivelmente com outros tier-2 ISPs Tier-2 ISP paga para um tier-1 ISP para obter conectividade com o resto da Internet tier-2 ISP é ccliente do provedor tier-1 Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISPs se ligam entre si Tier-2 ISP Introdução 1-37

38 Estrutura da Internet: rede de redes Tier-3 ISPs e ISPs locais Último salto de acesso da redemais perto dos sisetmas finais) Local and tier- 3 ISPs are customers of higher tier ISPs connecting them to rest of Internet local ISP local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP Tier 1 ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP Tier-2 ISP local ISP Introdução 1-38

39 Estrutura da Internet:rede das redes Pacote passa por várias redes!!! local ISP Tier 3 ISP Tier-2 ISP local ISP local ISP Tier-2 ISP local ISP Tier 1 ISP local ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier 1 ISP Tier-2 ISP local ISP Tier-2 ISP local ISP Introdução 1-39