Redes de Computadores. Prof. César Melo

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1 Redes de Computadores Prof. César Melo 1

2 Parte I: Introdução Ler capítulo 1 do livro texto Objetivos: Introduzir conceitos básicos em redes Abordagem: descritiva Internet como exemplo Conteúdo do capítulo: O que é a Internet? O que é um protocolo? Estrutura da rede periferia da rede núcleo da rede backbones, NAPs, ISPs hierarquia de protocolos, modelos de serviços 2

3 O que é a Internet? Segundo a Poeta do Fantástico... é a grande rede de computadores. Precisamos de uma definição técnica: Em termo dos componentes(h/s) que formam a rede; Em termo dos serviços prestados. 3

4 Componentes Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas finais Estações de trabalho, servidores PDA s, fones, torradeiras roteador estação ISP local servidor móvel executando aplicativos Enlaces de comunicação fíbras óticas, cobre, rádio, satélite roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede rede coorporativa ISP regional 4

5 componentes... protocolos: controla o envio e recebimento de msgs e.g., TCP, IP, HTTP, FTP Internet: rede de redes Internet pública versus intranet privativas Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force roteador estação servidor móvel ISP local ISP regional rede coorporativa 5

6 Serviços da Internet Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: WWW, , jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos (MP3) Serviços de comunicação: sem conexão orientado à conexão 6

8 O que é um protocolo? Protocolos humanos: Que horas são? Eu tenho uma pergunta Msgs específicas enviadas Ações específicas tomadas frente ao recebimento das msgs Protocolos de Redes: Máquinas ao invés de humanos Toda comunicação em redes é regida por protocolos Protocolos definem o formato, a ordem de envio e recebimento de msgs entre entidades, bem como ações a serem tomadas para a transmissão e/ou recepção de uma mensagem ou outro evento. 8

9 Protocolos Exemplos de protocolos humanos e de computadores Oi Oi Que horas são? 2:00 tempo Solicitação de conexão TCP Resposta de conexão TCP Get <arquivo> 9

11 Estrutura da Rede Periferia da rede: aplicações e hosts Núcleo da rede: roteadores redes de redes redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 11

12 Periferia da Rede Sistemas finais (hosts): executam aplicativos WWW, na periferia da rede modelo cliente/servidor host cliente envia requisição, servidor executa serviço e.g., cliente WWW(browser)/ servidor; cliente/servidor modelo ponto-a-ponto : Interação simétrica entre hosts; Mínimo (ou nenhum) uso de servidores dedicados; 12

13 Serviço orientado à conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais handshaking: estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados TCP - Transmission Control Protocol Serviço orientado à conexão da Internet Serviços TCP [RFC 793] Confiável, em seqüência, (bytestream) Perdas: confirmações e retransmissões Controle de fluxo: transmissor não sobrecarrega o receptor; Controle de congestionamento: transmissor dimui taxa de transmissão quando a rede está congestionada 13

14 Serviço não orientado a conexão Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet transferência nãoconfiável sem controle de fluxo sem controle de congestionamento Aplicações típicas que usam TCP: HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP ( ) Aplicações típicas que usam UDP áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet 14

15 O Núcleo da Rede Malha de roteadores interconectados Questão fundamental: Como os dados são transferidos na rede? comutação de circuitos: circuitos dedicados - rede telefônica comutação de pacotes: dados enviados pela rede em blocos 15

16 Comutação de Circuitos Recursos reservados fim-afim para uma chamada ( call ) banda passante do enlace, capacidade do comutador recursos dedicados: não há compartilhamento desempenho garantido Estabelecimento de circuito obrigatório 16

17 Comutação de Circuitos Banda passante dividida em fatias fatias de recursos alocados às chamadas desperdício: caso recurso não esteja sendo utilizado Divisão da banda passante Divisão por freqüência Divisão por tempo Divisão da banda passante Atribui diferentes freqüências Atribui banda em diferentes intervalos de tempo 17

18 Comutação de Pacotes Fluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes pacotes compartilham recursos da rede cada pacote usa totalmente a banda passante do enlace recursos usados qdo necessário Contenção de(briga por) recursos: a demanda por recursos pode ultrapassar o volume de recurso disponível congestionamento: enfileiramento para uso do enlace Armazena-e-retransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vez transmitem e esperam a vez Divisão da banda em fatias Alocação Reserva de recursos 18

19 Comutação de Pacotes: multiplexação estatística A 10 Mbs Ethernet Multiplexação estatística C B Fila de pacotes esperando no enlace de saída 1.5 Mbs 45 Mbs D E Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes existem outras analogias humanas? 19

21 Estrutura Internet: rede de redes Ligeiramente hierarquizado No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional Tratamento igualitário entre os ISPs Provedores nível-1 se interconectam privativamente ISP-nível-1 NAP ISP-nível-1 ISP-nível-1 provedores nível-1 também se interconectam em pontos públicos de acesso (NAP -network access points) 21

22 ISP-nível-1: ex: Sprint Backbone Sprint US 22

23 Estrutura Internet: rede de redes ISPs nível-2: ISPs menores (geralmente regionais) Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários ISPs-nível-2 ISPs nível2 pagam para ISPs nível1 para se conectarem a Internet ISP nível2 é um consumidor de ISPs nível 1 ISP-nível-2 ISP-nível-2 ISP-nível-1 NAP provedores nível- 2 também se interconectam nos NAPs ISP-nível-1 ISP-nível-2 ISP-nível-1 ISP-nível-2 ISP-nível-2 23

24 Estrutura Internet: rede de redes ISPs-nível-3 e ISPs locais última rede de acesso (próximo aos sistemas finais) ISPs nível 3 e locais são consumidores de ISPs de mais alto nível que os conecta a Internet ISP local ISP local ISP nível3 ISP nível2 ISP-nível-1 ISP nível2 ISP local ISP local ISP-nível-1 ISP ISP local local ISP nível2 NAP ISP-nível-1 ISP nível2 ISP local ISP nível2 ISP local 24

25 Estrutura Internet: rede de redes Um pacote passa por várias redes; ISP local ISP nível3 ISP nível2 ISP local ISP-nível-1 ISP ISP local local ISP nível2 NAP ISP-nível-1 ISP-nível-1 ISP nível2 ISP local ISP nível2 ISP local ISP nível2 ISP local ISP local 25

26 Provedor de Backbone ex. Embratel Nacional 26

27 Provedor de Backbone Nacional RNP 27

29 Camadas de Protocolos As redes são complexas! muitos pedaços : hosts roteadores enlaces de diversos meios aplicações protocolos hardware, software Pergunta: Há alguma esperança em organizar a estrutura da rede? Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes? 29

30 Organização de uma viagem aérea: bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem rota do vôo bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem rota do vôo Roteamento do avião uma série de etapas 30

31 Viagem Aérea: uma visão diferente bilhete (compra) bagagem (verificação) portão (embarque) decolagem bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrisagem rota do vôo rota do vôo roteamento do avião Camadas: cada camada implementa um serviço através de elementos da própria camada depende dos serviços providos pela camada inferior 31

32 Viagem aérea em camadas: serviços Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens transporte de bagagens transferência de pessoas: entre portões transporte do avião de pista a pista roteamento do avião da origem ao destino 32

33 Implementação distribuída da funcionalidade das camadas aeroporto de saída bilhete (compra) bagagem (check in) portão (embarque) decolagem rota de vôo bilhete (reclamação) bagagem (recup.) portão (desembarque) aterrissagem rota de vôo Aeroportos intermediários rota de vôo rota de vôo aeroporto de chegada rota de vôo 33

34 Por que camadas? Lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite a identificação e relacionamento entre as partes do sistema complexo modelo de referência em camadas para discussão modularização facilita a manutenção e atualização do sistema mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema ex., mudança no procedimento no portão não afeta o resto do sistema divisão em camadas é considerada prejudicial? 34

35 Pilha de protocolos Internet aplicação: dá suporte a aplicações de rede ftp, smtp, http transporte: transferência de dados host-a-host tcp, udp rede: roteamento de datagramas da origem até o destino ip, protocolos de roteamento enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos ppp, ethernet física: bits no fio aplicação transporte rede enlace física 35

36 Camadas: comunicação lógica Cada camada: distribuída entidades implementam as funções em cada nó entidades executam ações, trocam mensagens com os pares aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física rede enlace física aplicação transporte redes enlace física 36

37 Camadas: comunicação lógica Ex.: camada de transporte recebe dados da aplicação adiciona endereço e verificação de erro para formar o datagrama envia o datagrama para a parceira espera que a parceira acuse o recebimento (ack) analogia: correio dados aplicação transporte redes enlace física transporte aplicação transporte redes enlace física ack dados aplicação transporte redes enlace física redes enlace física dados aplicação transporte redes enlace física transporte 37

38 Camadas: Comunicação Física dados aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física redes enlace físicol dados aplicação transporte redes enlace física 38

39 Camadas de protocolos e dados Cada camada recebe dados da camada superior adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados passa a nova unidade de dados para a camada inferior origem destino Hl Ht HnHt HnHt M M M M aplicação transporte redes enlace física aplicação transporte redes enlace física Hl Ht HnHt HnHt M M M M mensagem segmento datagrama quadro 39

40 Nos Hosts: Aonde estão as camadas dos protocolos Processo Aplicação Aplicação Kernel Transporte Rede Transporte Rede Drivers Enlace/Acesso Enlace/Acesso Física Física 40

41 Para pensar um pouco Projete e descreva um protocolo da camada de aplicação a ser usado na comunicação entre um aparelho de GPS, embarcado em um ônibus, e um servidor de mapas. O GPS ao obter as informações de posicionamento, de velocidade e de direção as envia para o servidor. Mostre um diagrama que descreva a dinâmica das transmissões; Faça as suposições que você achar pertinente. 41

42 Para a próxima aula Leitura indicada Seções 2.1 e 2.2; Familiarizar com o wireshark; 42