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11 Introdução as Redes de Computadores Transparências baseadas no livro Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the Internet James Kurose e Keith Ross Redes de Computadores A. Tanenbaum e Prof. Fábio E. Santos 1: Introdução 11

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13 ETA CURSINHO BÃO DOIDO!!! JOSÉ MACUNAIMA ALUNO NO CURSO DE REDES TURMA DE 1975

14 Importância das Redes de Comunicação - Nas empresas modernas temos grande quantidade de computadores operando em diferente setores. Operação mais eficiente se estes computadores forem interconectados: - possível compartilhar recursos - possível trocar dados entre máquinas de forma simples e confortável para o operador - Redes são muito importantes para a realização da filosofia CIM (Manufatura Integrada por Computador) De uma forma geral, redes de computadores são necessárias devido: - Distribuição espacial - Compartilhamento de recursos 1: Introdução 14

15 Alcance das Redes de Comunicação LAN (Local Area Network) ou Rede Local Industrial : interconexão de computadores localizados em uma mesma sala ou em um mesmo prédio. Extensão típica: até aprox. 200 m. MAN (Metropolitan Area Network): interconexão de computadores em locais diferentes da mesma cidade. Pode usar rede telefônica pública ou linha dedicada. Extensão típica: até aprox. 50 Km. WAN (Wide Area Network): interconexão de computadores localizados em diferentes prédios em cidades distantes em qualquer ponto do mundo. Usa rede telefônica, antenas parabólicas, satélites, etc. Extensão > 50 Km. outros... PAN (Personal Area Network) - ~10m BAN (Body Area Network) - ~1m... 1: Introdução 15

16 Topologia das Redes de Comunicação - Topologia: definição da maneira como as estações estão associadas - Duas formas básicas: ponto-a-ponto e difusão - Canais ponto-a-ponto: rede composta de diversas linhas de comunicação associadas a um par de estações. - comunicação entre estações não adjacentes feita por estações intermediárias - política conhecida como comutação de pacotes - topologia usada na maioria de redes WAN, MAN e algumas LAN 1: Introdução 16

17 Topologias de Redes Ponto-a-ponto (a) (b) (c) (d) (a) estrela; (b) anel; (c) árvore; (d) malha regular; (e) malha irregular. (e) 1: Introdução 17

18 Topologia das Redes de Comunicação - Canais de difusão: única linha de comunicação compartilhada por todas as estações - mensagens difundidas no canal podem ser lidas por qualquer estação - destinatário identificado por um endereço codificado na mensagem - possível enviar mensagens para todas as estações (broadcasting) ou a um conjunto delas (multicasting) usando endereços reservados para estas finalidades - topologia comum em LAN mas também possível em WAN - requer mecanismos de arbitragem de acesso para evitar conflitos 1: Introdução 18

19 Topologias de Redes de Difusão satélite (a) (b) (c) (a) barramento; (b) satélite; (c) anel. 1: Introdução 19

20 Estrutura de uma rede (ex. Internet) Rede de redes borda da rede: aplicações e hosts núcleo da rede: o roteadores 1: Introdução 20

21 A borda da rede: sistemas finais (hosts): o executam programas de aplicação o e.g., WWW, dois tipos de serviços: o serviço orientado a conexão - TCP [RFC 793] o serviço sem conexão UDP [RFC 768] o 1: Introdução 21

22 O núcleo da rede malha de roteadores interconectados questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? o comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica o comutação de pacotes: dados enviados através da rede em pedaços 1: Introdução 22

23 Comutação de circuitos Recursos fim a fim reservados por chamada recursos são: largura de banda no enlace, capacidade no switch recursos dedicados: sem compartilhamento desempenho garantido requer setup na chamada 1: Introdução 23

24 Comutação de circuitos (cont.) recursos de rede (ex., largura de banda) dividida em pedaços pedaços alocados para chamadas pedaço do recurso ocioso se não usado pelo próprio chamador (sem compartilhamento) dividindo largura de banda: o divisão de freqüências o divisão de tempos 1: Introdução 24

25 Comutação de circuitos (cont.) FDMA Exemplo: 4 usuários freqüência TDMA tempo freqüência tempo 1: Introdução 25

26 Comutação de pacotes (cont.) cada stream de dados fim-a-fim dividido em pacotes pacotes de usuários A, B compartilham recursos de redes cada pacote usa toda largura de banda do link recursos usados quando necessário Divisão de largura de banda Alocação dedicada Reserva de recursos competição por recurso: demanda por recurso agregada pode exceder a capacidade disponível congestionamento: fila de pacotes, espera pelo uso do link armazena e repassa: pacotes se movem um hop vez o transmitidos sobre link o espera a vez no próximo link 1: Introdução 26

27 Comutação de pacotes (cont.) A 10 Mbps Ethernet multiplexação estatística C B 1.5 Mbps fila de pacotes esperando pelo enlace de saída 45 Mbps D E Comutação de pacotes versus comutação de circuito: analogia com restaurante Olhar applet de comutação de pacotes da página 1: Introdução 27

28 Comutação de pacotes vs de circuitos Comutação de pacotes permite mais usuários usarem a rede! Enlace 1 Mbit cada usuário: o 100Kbps qdo ativo o ativo 10% do tempo N usuários comutação de circuitos: o 10 usuários comutação de pacotes: o com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menos que.0004 enlace 1 Mbps 1: Introdução 28

29 Redes comutação de pacotes: roteamento Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem para destino o algoritmos de roteamento rede datagrama: o endereço de destino determina próximo hop o rota pode mudar durante sessão o analogia: dirigir perguntando direção rede de circuito virtual: o cada pacote carrega um tag (virtual circuit ID), que determina o próximo hop o caminho fixo determinado em tempo de setup de chamada, permanece fixo durante chamada o roteadores mantêm estado por chamada 1: Introdução 29

30 Atraso e largura de banda Mensura capacidade do canal bandwidth delay Quantos bytes a gente consegue enfiar no canal antes de chegar no destino? Produto atraso x largura de banda é uma importante métrica 1: Introdução 30

31 Atrasos em redes de comut. de pacotes pacotes experimentam atrasos no caminho fim-a-fim quatro fontes de atraso em cada hop A transmissão propagação processamento no nó: o checagem de bits de erros o escolha do link de saída enfileiramento o tempo de espera no link de saída para transmissão o depende do nível de congestionamento do roteador B processamento no nó enfileiramento 1: Introdução 31

32 Atrasos em redes de comut. de pacotes Atraso de transmissão: R=link bandwidth (bps) L=tam. pacote (bits) tempo de envio de bits no link = L/R Atraso de propagação: d = tamanho do link físico s = veloc. propagação no meio (~2x10 8 m/s) atraso propagação = d/s Atraso fim a fim (ou latência):somatório dos atrasos ao longo do caminho. Ex. centenas de milisegundos A transmissão propagação B processamento no nó enfileiramento 1: Introdução 32

33 Atraso de enfileiramento R=link bandwidth (bps) L=tam. pacote (bits) a=taxa média de chegada de pacotes intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: pequeno atraso médio na fila La/R -> 1: atrasos se tornam grandes La/R > 1: mais trabalho chegando do que pode ser servido, atraso médio infinito! 1: Introdução 33

34 O que é protocolo? protocolos humanos: que horas são? Eu tenho uma questão msgs específicas enviadas ações específicas tomadas quando msgs recebidas, ou outros eventos protocolos de rede: máquinas em vez de humanos toda atividade de comunicação na Internet governada por protocolos protocolos definem formatos, ordens de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de rede, e ações tomadas 1: Introdução 34

35 O que é protocolo? um protocolo humano e um protocolo computacional de rede: Oi Oi Tem horas? 2:00 tempo requisição conexão TCP conexão TCP resposta. Get <arq> Q: Outro protocolo humano? 1: Introdução 35

36 Camadas de protocolos Redes são complexas! muitas peças : o hosts o roteadores o vários tipos de links o aplicações o protocolos o hardware, software Questão: Existe alguma esperança em organizar a estrutura de rede? Ou pelo menos a discussão sobre redes? 1: Introdução 36

37 Por que usar camadas? Para lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite identificar o relacionamento entre peças do sistema complexo o modelo de referência em camadas facilita discussão modularização facilita manutenção e atualização do sistema o mudança na implementação de serviços de camadas transparentes para o resto do sistema uso de camadas pode ser prejudicial? 1: Introdução 37

38 Pilha de protocolos da Internet 7 - aplicação: suporta aplicações de rede o ftp, smtp, http 4 - transporte: transferência de dados entre hosts o tcp, udp 3- rede: roteamento de datagramas da origem para destino o ip, protocolos de roteamento 2 - enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos o ppp, ethernet 1 - física: representação física dos bits, questões de hardware, etc. aplicação transporte rede enlace física Obs. Camadas 6 (Apresentação) e 5 (Sessão) não existem na Internet. 1: Introdução 38

39 Camadas: comunicação lógica Cada camada: distribuída entidades implementam funções de camadas em cada nó entidades executam ações, trocam mensagens com seus pares aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 1: Introdução 39

40 Camadas: comunicação logica E.g.: transporte pega dados da aplic. adiciona endereço, informação de confiabilidade p/ formar datagrama envia datagrama para seu par espera confirmação de recepção de seu par analogia: correio dados aplicação transport rede enlace física transporte aplicação transporte rede enlace física ack dados aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados aplicação transport rede enlace física transporte 1: Introdução 40

41 Camadas: comunicação física dados aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física dados aplicação transporte rede enlace física 1: Introdução 41

42 Protocolo em camadas e dados Cada camada recebe dados da camada acima adiciona cabeçalho de informação para criar nova unidade de dados passa nova unidade de dados para camada abaixo origem destino Hl Ht HnHt HnHt M M M M aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física Hl Ht HnHt HnHt M M M M mensagem segmento datagrama frame 1: Introdução 42

43 processo emissor Comunicação no Modelo OSI DADOS processo receptor Aplicação protocolo de aplicação AH DADOS Aplicação Apresentação protocolo de apresentação PH DADOS Apresentação Sessão protocolo de sessão SH DADOS Sessão Transporte protocolo de transporte TH DADOS Transporte Rede protocolo de rede NH DADOS Rede Enlace DH DADOS Enlace Física BITS Física meio de transmissão de dados 1: Introdução 43