Redes de computadores Redes para Internet Milhões de elementos de computação interligados: hospedeiros = sistemas finais Executando aplicações distribuídas Enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite taxa de transmissão = largura de banda Roteadores: enviam pacotes blocos de dados) 2 1
Redes para Internet Protocolos: controlam o envio e a recepção de mensagens ex.: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: rede de redes fracamente hierárquica Internet pública e Internets privadas (intranets) Internet standards RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force 3 Serviços de Internet Infra-estrutura de comunicação permite aplicações distribuídas: Web, e-mail, jogos, e-commerce, compartilhamento de arquivos Serviços de comunicação oferecidos: sem conexão orientado à conexão 4 2
Uma visão mais de perto da estrutura da rede: Borda da rede: aplicações e hospedeiros Núcleo da rede: roteadores rede de redes Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação 5 As bordas da rede Sistemas finais (hospedeiros): Executam programas de aplicação Ex.: Web, e-mail Localizam-se nas extremidades da rede Modelo cliente/servidor O cliente toma a iniciativa enviando pedidos que são respondidos por servidores Ex.: Web client (browser)/ server; e-mail client/server Modelo peer-to-peer: Mínimo (ou nenhum) uso de servidores dedicados Ex.: Gnutella, KaZaA 6 3
O núcleo da rede Malha de roteadores interconectados A questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? Comutação de circuitos: usa um canal dedicado para cada conexão Ex.: rede telefônica Comutação de pacotes: dados são enviados em blocos discretos 7 O núcleo da rede: comutação de circuitos Recursos da rede (ex.: capacidade de transmissão) dividida em pedaços Pedaços alocados às chamadas Pedaço do recurso desperdiçado se não for usado pelo dono da chamada (sem divisão) Formas de divisão da capacidade de transmissão em pedaços Divisão em freqüência Divisão temporal 8 4
Núcleo da rede: comutação de pacotes Cada fluxo de dados fim-a-fim é dividido em pacotes Os recursos da rede são compartilhados em bases estatísticas Cada pacote usa toda a banda disponível ao ser transmitido Recursos são usados na medida do necessário Contenção de recursos: A demanda agregada por recursos pode exceder a capacidade disponível Congestão: filas de pacotes, espera para uso do link Armazena e reenvia: pacotes se movem um salto por vez O nó recebe o pacote completo antes de encaminhá-lo Banda passante é dividida em slots Alocação fixa Reserva de recursos 9 Redes de comutação de pacotes: roteamento Objetivo: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino 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 10 5
Comutação de pacotes x comutação de circuitos A comutação de pacotes é melhor sempre? Ótima para dados esporádicos Melhor compartilhamento de recursos Não há estabelecimento de chamada Congestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes Protocolos são necessários para transferência confiável, controle de congestionamento Como obter um comportamento semelhante ao de um circuito físico? Garantias de taxa de transmissão são necessárias para aplicações de áudio/vídeo Problema ainda sem solução (capítulo 6) 11 Redes de acesso e meios físicos P.: Como conectar o sistema final ao roteador de borda? Redes de acesso residencial Redes de acesso institucionais (escolas, bancos, empresas) Redes de acesso móveis 12 6
Estrutura da Internet: rede de redes Um pacote passa através de muitas redes Zona-3 Zona-2 Zona-1 Tier-2 NAP Zona-1 Zona-2 Zona-1 Zona-2 Zona-2 13 Pilha de protocolos da Internet Aplicação: suporta as aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP Transporte: transferência de dados hospedeirohospedeiro TCP, UDP Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP, protocolos de roteamento Enlace: transferência de dados entre elementos vizinhos da rede PPP, Ethernet Física: bits nos fios dos canais 14 7
O que é um protocolo? Protocolos humanos: Que horas são? Eu tenho uma pergunta. Apresentações msgs específicas enviadas ações específicas tomadas quando msgs são recebidas ou outros eventos Protocolos de rede: Máquinas em vez de humanos Toda atividade de comunicação na Internet é governada por protocolos PROTOCOLOS DEFINEM OS FORMATOS, A ORDEM DAS MSGS ENVIADAS E RECEBIDAS PELAS ENTIDADES DE REDE E AS AÇÕES A SEREM TOMADAS NA TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE MENSAGENS 15 O que é um protocolo? Um protocolo humano e um protocolo de rede de computadores: 16 8
Camadas de funcionalidades da companhia aérea Camadas: cada camada implementa um serviço Via suas próprias ações internas Confiando em serviços fornecidos pela camada inferior 17 Por que as camadas? Convivendo com sistemas complexos: A estrutura explícita permite identificação, o relacionamento das partes de um sistema complexo Um modelo de referência em camadas permite a discussão da arquitetura Modularização facilita a manutenção, atualização do sistema As mudanças na implementação de uma camada são transparentes para o resto do sistema Ex.: novas regras para embarque de passageiros não afetam os procedimentos de decolagem A divisão em camadas é considerada perigosa? 18 9
Pilha de protocolos da Internet Aplicação: suporta as aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP Transporte: transferência de dados hospedeirohospedeiro TCP, UDP Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP, protocolos de roteamento Enlace: transferência de dados entre elementos vizinhos da rede PPP, Ethernet Física: bits nos fios dos canais 19 Encapsulamento 20 10
A camada de rede Transporta segmentos do hospedeiro transmissor para o receptor No lado transmissor, encapsula os segmentos em datagramas No lado receptor, entrega os segmentos à camada de transporte Protocolos da camada de rede em cada hospedeiro, roteador Roteador examina campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por ele 21 Funções-chave da camada de rede Comutação: mover pacotes da entrada do roteador para a saída apropriada do roteador Roteamento: determinar a rota a ser seguida pelos pacotes desde a origem até o destino. Algoritmos de roteamento Analogia: Roteamento: processo de planejar a viagem da origem ao destino Comutação: processo de passar por um único intercâmbio 22 11
Interação entre roteamento e comutação Cada roteador tem uma tabela de comutação 23 Estabelecimento de conexão 3 a função importante em algumas arquiteturas de rede: MPLS, ATM, frame relay, X.25 Antes do fluxo de datagramas, dois hospedeiros e os devidos roteadores estabelecem uma conexão virtual Roteadores são envolvidos Serviço de conexão da camada de rede e de transporte: Rede: entre dois hospedeiros Transporte: entre dois processos 24 12
Modelo de serviço de rede Quando a camada de transporte em um hospedeiro remetente transmite um pacote para dentro da rede, ela pode contar com a camada de rede para entregar o pacote no destino? Quando são enviados vários pacotes, eles serão entregues à camada de transporte no hospedeiro destinatário na ordem em que foram enviados? A quantidade de tempo decorrido entre duas transmissões de pacotes com sequências será a mesma quantidade de tempo decorrido entre suas recepções? A rede fornecerá algum tipo de informação sobre congestionamento na rede? 25 Modelo de serviço de rede P.: Como escolher o modelo de serviço para o canal de transporte de datagramas do transmissor ao receptor? Exemplo de serviços para datagramas individuais: Garantia de entrega Garantia de entrega com menos do que 40 mseg de atraso Exemplo de serviços para um fluxo de datagramas: Entrega em ordem dos datagramas Garantia de uma banda mínima para o fluxo Restrições em mudanças no espaçamento entre pacotes 26 13
Modelos de serviço de redes O modelo de serviço de rede, define as características do transporte de dados fim-a-fim entre uma borda da rede e a outra, isto é, entre sistemas finais remetentes e destinatário: Entrega garantida: Esse serviço assegura que o pacote mais cedo ou mais tarde chegará a seu destino. Entrega garantida com atraso limitado: Esse serviço não somente assegura a entrega de um pacote, mas também a entrega com um atraso hospedeiro a hospedeiro limitado e especificado. Entrega de pacotes na ordem: Este serviço garante que pacotes chegarão ao destino na ordem em que foram enviados. Largura da banda mínima garantida: Emula o comportamento de um enlace de transmissão com uma taxa de bits especificada entre hospedeiros remetentes e destinatários. Jitter máximo garantido: Este serviço garante que a quantidade de tempo entre a transmissão de dois pacotes sucessivos no remetente seja igual a quantidade de tempo entre o recebimento dos dois pacotes no destino. 27 Qualidade de Serviço Capacidade de uma rede de prover para determinado tipo de tráfego. um serviço diferenciado Pode ser vista também, como uma característica de algum elemento da rede, uma aplicação, host ou roteador, que ofereça algum nível de garantia para atender satisfatoriamente o tráfego e/ou serviço solicitado. 28 14