Redes de Computadores e a Internet Magnos Martinello Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Departamento de Informática - DI Laboratório de Pesquisas em Redes Multimidia - LPRM
Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da Rede Sistemas finais, redes de acesso, enlaces 1.3 Núcleo da Rede Comutação de circuito, comutação de pacote, estrutura da Internet e s 1.4 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 2
Taxonomia da rede Taxonomia de Redes de Telecomunicações Rede de datagramas não é orientada à conexão A Internet provê serviços orientados à conexão (TCP) e serviços não orientados à conexão (UDP) 3
Redes de comutação de pacotes Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino Algoritmos de seleção de caminhos (capítulo 4) Redes datagrama: O endereço de destino determina o próximo salto Rotas podem mudar durante uma sessão Analogia: dirigir perguntando o caminho Rede de circuitos virtuais: Cada pacote leva um número (virtual circuit ID), o número determina o próximo salto O caminho é fixo e escolhido no instante de estabelecimento da conexão, permanece fixo durante toda a conexão Roteadores mantêm estado por conexão 4
Estrutura da Internet e s Fracamente hierárquica No centro: s de zona-1 (ex.: RNP, Sprint, AT&T) cobertura nacional/internacional Características: Conectam-se diretamente a cada um dos outros s de nível 1 Conectam-se a um grande número de nível 2 Têm cobertura internacional A Zona-1 provê interconexão (peer) de modo privativa Zona-1 Zona-1 NAP Zona-1 A Zona-1 també provê intercone nos pontos de acesso (NAPs) d rede pública 5
Backbone da Rede Nacional de Ensino e Pesquisa - RNP 6
Estrutura da Internet e s s de Zona-2 : s menores (freqüentemente regionais) Conectam-se a um ou mais s de Zona-1, possivelmente a outros s de Zona-2 de Zona-2 paga ao de Zona-1 pela conectividade ao resto da Internet de Zona-2 é cliente do provedor de Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 NAP Zona-1 Zona-1 Zona-2 Zona-2 s de Zona-2 também provêem conexão entre si Zona-2 7
Estrutura da Internet e s s de Zona-3 e s locais Última rede de acesso ( hop ) (mais próxima dos sistemas finais) s locais e de Zona-3 são clientes dos s de zonas mais altas conectando-os ao resto da Internet Zona-3 Zona-2 Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 NAP Zona-1 Zona-2 Zona-2 8
Estrutura da Internet e s Um pacote passa através de muitas redes Zona-3 Zona-2 Tier-2 Zona-1 NAP Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 Zona-2 9
Agenda 1.1 O que é a Internet? 1.2 Borda da Rede Sistemas finais, redes de acesso, enlaces 1.3 Núcleo da Rede Comutação de circuito, comutação de pacote, estrutura da Internet e s 1.4 Atraso, perda e vazão em redes de comutação de pacotes 10
Quatro fontes de atraso de pacote 1. Processamento nodal 2. enfileramento A checar bit errors Determinar enlace de saída transmissão propagação Tempo esperando pela transmissão no enlace de saída Depende do nível de congestionamento no roteador B processamento enfileramento 11
Como atrasos e perdas ocorrem? Filas de pacotes em buffers de roteadores Taxa de chegada de pacotes ao link ultrapassa a capacidade do link de saída Fila de pacotes esperam por sua vez pacote sendo transmitido (atraso) A B enfileiramento de pacotes (atraso) Espaço no buffer livre (disponíveis): pacotes chegando descartados (perda) se não houver espaço livre 12
Quatro fontes de atraso de pacote 3. Atraso de transmissão: R = largura de banda do link (bps) L = tamanho do pacote (bits) Tempo para enviar bits ao link = L/R 4. Atraso de propagação: d = comprimento do link físico s = velocidade da luz de propagação no meio (~2x10 8 m/s) Atraso de propagação = d/s Observar: s e R são medidas muito diferentes! 13
Analogia da Caravana 100 km 100 km caravana pedágio de 10 carros Carros se propagam a 100 km/h Pedágios levam 12 s para atender um carro (tempo de transmissão) Carro = bit; caravana = pacote P.: Quanto tempo levará até a caravana ser alinhada antes do 2 o pedágio? Tempo para empurrar a caravana toda pelo pedágio até a estrada = 12. 10 = 120 s Tempo para o último carro se propagar do 1 o ao 2 o pedágio: 100 km/(100 km/h) = 1 h R.: 62 minutos pedágio 14
Analogia da Caravana 100 km 100 km caravana de 10 carros pedágio pedádio Agora os carros se propagam a 1.000 km/h Agora o pedágio leva 1 min para atender um carro P.: Os carros chegarão ao 2 o pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1 o pedágio? R.: Sim! Após 7 min, o 1 o carro está no 2 o pedágio e ainda restam 3 carros no 1 o pedágio 1 o bit do pacote pode chegar ao 2 o roteador antes que o pacote seja totalmente transmitido pelo 1 o roteador! Veja: http://media.pearsoncmg.com/aw/aw_kurose_network_2/applets/trans mission/delay.html 15
Atraso Nodal d no =d proc +d fila +d trans +d prop d proc = atraso de processamento Tipicamente uns poucos microssegundos ou menos d fila = atraso de fila Depende do congestionamento d trans = atraso de transmissão = L/R, significante para links de baixa velocidade d prop = atraso de propagação Uns poucos microssegundos a centenas de milissegundos 16
Atraso na fila R = largura de banda do link (bps) L = tamanho do pacote (bits) A = taxa média de chegada de pacotes Intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: atraso médio de fila pequeno La/R -> 1: atraso se torna grande La/R > 1: mais trabalho chega do que a capacidade de transmissão. O atraso médio cresce indefinidamente! 17
Atraso na fila Como são os atrasos e perdas na Internet real? Programa Traceroute: fornece medidas do atraso da fonte para o roteador ao longo de caminhos fim-a-fim da Internet até o destino. Para todo i: Envia três pacotes que alcançarão o roteador i no caminho até o destino O roteador i retornará pacotes ao emissor O emissor cronometra o intervalo entre transmissão e resposta 3 probes 3 probes 3 probes 18
Atrasos e rotas na Internet Traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.fr Três medidas de atraso de gaia.cs.umass.edu para csgw.cs.umass.edu 1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms 3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms 8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms 9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms 10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms 11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms 12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms 13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms 16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms 17 * * * 18 * * * 19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms * sem resposta (perda de probe, roteador não responde) link transoceânico 19
Perda de Pacotes A fila que precede o link possui capacidade finita Quando um pacote chega a uma fila cheia, ele é descartado (isto é, perdido) O pacote perdido pode ser retransmitido pelo nó anterior, pelo sistema final do emissor, ou não ser retransmitido 20
Throughput Throughput: taxa (bits/unidade de tempo) na qual os bits são transferidos entre o emissor/receptor Instantaneo : taxa em um dado ponto no tempo Médio: taxa sobre um período longo do tempo Servidor server, envia with (fluido) file of em F bits um to send tubo to client Tubo link pode capacity carregar fluído R bits/sec s a taxa R bits/seg s Tubo link pode capacity carregar R bits/sec c R bits/seg) c 21
Throughput (Vazão) R s < R c Qual é a vazão média fim a fim? R s bits/sec R c bits/sec R s > R c Qual é a vazão média fim a fim? Enlace gargalo R s bits/sec R c bits/sec Enlace no caminho fim-a-fim que limita a vazão 22
Throughput na Internet Vazão fim a fim porconexão: min(r c,r s,r/10) Na prática: R c ou R s é frequentemente o gargalo R s R s R s R R c R c R c 10 conexões (justamente) compartilham um enlace do backbone de capacidade R bits/seg 23