Parte I: Introdução O que que é a Internet: os componentes eta do Capítulo: dar o contexto, visão geral e intuitiva de s profundidade e detalhes vêm mais adiante abordagem: descritiva uso da Internet como exemplo Visão geral: o que que é a Internet o que que é um protocolo a borda da o núcleo da de acesso, meio físico desempenho: perdas, retardo camadas de protocolo, modelos de serviço backbones, PTTs, provedores história s AT 1: Introdução 1 milhões de computadores interligados: hospedeiros, sistemas terminais PCs, estações, servidores PDAs, telefones, torradeiras executando aplicações de s de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite roteadores: encaminham pacotes (blocos) de pela roteador Provedor local Rede corporativa servidor estação móvel Provedor regional 1: Introdução 2 O que que é a Internet: os componentes O que que é a Internet: os serviços protocolos: controlam envio, recepção de mensagens p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP Internet: de s aproximadamente hierárquica Internet pública contra intranet privada Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force roteador Provedor local Rede corporativa servidor estação móvel Provedor regional 1: Introdução 3 Infra-estrutura de comunicação: possibilita aplicações distribuídas: WWW, correio, jogos, comércio eletrônico, bases de, eleições, outras? serviços de comunicação oferecidos: sem conexão orientado a conexão ciberespaço [Gibson]: uma alucinação consensual sofrida diariamente por bilhões de operadores, em todos os países,.. 1: Introdução 4 O que que é um protocolo? O que que é um protocolo? protocolos humanos: que horas são? queria perguntar apresentações mensagens específicas enviadas ações específicas tomadas ao receber mensagens, ou em outros eventos protocolos de : máquinas em vez de gente toda comunicação na Internet governada por protocolos protocolos definem formato, ordem de mensagens enviadas e recebidas entre entidades de, e ações tomadas ao enviar ou receber uma mensagem 1: Introdução 5 Um protocolo humano e um protocolo de : Oi! Oi! Que horas são? 2:00 Tempo P: Outro protocolo humano? TCP pedido de conexão. TCP resposta. Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm <arquivo> 1: Introdução 6 1
Detalhes sobre a estrutura da A borda da : Borda da : aplicações e hospedeiros núcleo da : roteadores de s s de acesso, meios físicos: s de comunicação 1: Introdução 7 sistemas terminais: executam aplicações p.ex. WWW, correio na borda da modelo cliente/servidor cliente solicita, recebe serviço do servidor p.ex., cliente WWW (browser)/ servidor; cliente/servidor de correio modelo entre pares (p2p): interação simétrica p.ex.: teleconferências 1: Introdução 8 Borda da : serviço orientado a conexão Borda da : serviço sem conexão eta: transferência de entre sistemas handshaking : preparação para iniciar transferência protocolo humano: Oi!, Oi! criar estado em 2 sistemas em comunicação TCP - Transmission Control Protocol serviço orientado a conexão da Internet serviço TCP [RFC 793] transf. : fluxo de bytes ordenado, confiável perdas: reconhecimentos e retransmissões controle de fluxo: remetente não vai afogar o receptor controle de congestionamento: remetentes reduzem a taxa de envio quando congestionada 1: Introdução 9 eta: transferência de entre sistemas mesma que antes! UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet transf. de não confiável sem controle de fluxo sem controle de congestionamento Aplics. usando TCP: HTTP (WWW), FTP (transf. de arquivo), Telnet (acesso remoto), STP (correio) Aplics. usando UDP: mídia com streaming, teleconferências, telefonia pela Internet 1: Introdução 10 Núcleo da Rede malha conexa de roteadores a questão fundamental: como se transfere através da? comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: de telefonia comutação de pacotes: enviados pela em quantias Núcleo da Rede: comutação de circuitos Recursos fim a fim reservados para a chamada banda de, capacidade de comutação recursos dedicados: não há compartilhamento desempenho como circuitos (garantido) requer fase inicial ( setup ) discretas 1: Introdução 11 1: Introdução 12 2
Núcleo da Rede: comutação de circuitos Núcleo da Rede: comutação de pacotes Recursos de (p.ex., banda) retalhado em pedaços pedaços alocados a chamadas recurso ocioso se não usado pela chamada (não há compartilhamento) divisão de banda em pedaços divisão por frequência divisão por tempo 1: Introdução 13 Cada fluxo de fim a fim dividido em pacotes pacotes de usuários A, B compartilham recursos cada pacote usa banda inteira do recursos usados a demanda Retalhamento de banda Alocação dedicada Reserva de recursos Contenção por recursos: demanda agregada pode exceder os recursos disponíveis congestionamento: fila de pacotes, espera para uso do armazena, reencaminha: pacotes movem um a cada vez transmite pelo aguarda vez p/ o próx. 1: Introdução 14 Núcleo da : comutação de pacotes Núcleo da : comutação de pacotes A B Ethernet 10 bps fila de pacotes aguardando de saída multiplexação estatística 2 bps C 34 bps Comutação de pacotes: comportamento armazena e re-encaminha D Comutação de pacotes X comutação de circuitos: analogia humana de restaurante outras analogias humanas? E 1: Introdução 15 1: Introdução 16 Comutação de pacotes X comutação de circuitos Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários! de 1 bit cada usuário: 100Kbps quando ativo ativo 10% do tempo N usuários comutação de circuitos: 10 users comutação de pacotes: com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos menor que 0,004 de 1 bps 1: Introdução 17 Comutação de pacotes X comutação de circuitos Comutação de pacotes será sempre o melhor? Fantástico para em rajadas compartilha recursos não requer inicialização (setup) Congestionamento excessivo: retardo e perdas protocolos necessários para transferência confiável de, controle de congestionamento P: Como prover comportamento de circuitos? Garantias de banda necessárias para aplicações de áudio/vídeo é um problema ainda sem solução (capítulo 6) 1: Introdução 18 3
Redes de pacotes: roteamento eta: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4) de datagramas: endereço de destino determina próximo passo rotas podem mudar durante uma sessão analogia: dirigindo, perguntando o caminho de circuitos virtuais: cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo determina próximo passo rota fixa determinada em tempo de estabelecimento da chamada, permanece fixa durante a chamada roteadores mantêm estado por chamada 1: Introdução 19 Redes de acesso e meios físicos P: Como ligar sistemas terminais ao 1o roteador? s de accesso residencial s de accesso institucional (escola, empresa) s de accesso móvel Características principais: banda (bits per second) da de acesso? compartilhada ou dedicada? 1: Introdução 20 Acesso residencial: acesso ponto a ponto Discado via modem até 56Kbps, acesso direto ao roteador (conceitualmente) RDSI: digital de serviços integrados (DVI - Telemar): 128Kbps, conexão digital ao roteador ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 bps casa ao roteador até 8 bps roteador a casa disponibilidade de ADSL : Acesso residencial: cable modems HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 10bps p/ a casa, 1 bps para a de cabo e fibra liga a casa ao roteador do provedor acesso compartilhado ao roteador pelas casas problemas: dimensionamento, congestionamento disponibilidade: via cias. de TV a cabo, p.ex., NET, TVA Telefônica, Telemar (G, BA) 1: Introdução 21 1: Introdução 22 Acesso institucional: s locais Redes de acesso sem fio local (LAN) da empresa/univ. liga sistema terminal ao 1o roteador Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso ao roteador 10 bps, 100bps, Gigabit Ethernet disponibilidade: instituições, s locais domésticas em breve s locais: cap. 5 1: Introdução 23 de acesso sem fio liga ao roteador s locais sem fio: espectro de rádio substitui cabo p.ex., Wavelan 2 e 11 bps da Lucent Wavelan tb usada para ligações ponto a ponto acesso sem fio não local CDPD: acesso sem fio ao roteador do provedor via de telefonia celular roteador estação base sistemas móveis 1: Introdução 24 4
eios físicos eios físicos: cabo coaxial, fibra físico: bit de transmitido propaga através do meio guiado: sinais propagam em meios sólidos: cobre, fibra meios não guiados: sinais propagam livremente, p.ex., rádio Par trançado (TP) dois fios isolados de cobre Categoria 3: fio telefônico tradicional, ethernet de 10 bps Categoria 5: ethernet de 100bps Cabo coaxial: fio (portador do sinal) dentro de um fio (blindagem) banda básica: canal único no cabo banda larga: múltiplos canais no cabo bidirecional uso era comum em Ethernet de 10bps Cabo de fibra ótica: fibra de vidro iluminada por pulsos de luz operação de alta velocidade: Ethernet de 100bps transmissão de alta velocidade ponto a ponto (p.ex., 10 Gbps) baixa taxa de erros 2 tipos de fibra: monomodo, multimodo 1: Introdução 25 1: Introdução 26 eios físicos: rádio sinal enviado pelo espectro eletromagnético sem fio físico bidirecional efeitos sobre propagação do ambiente: reflexão obstrução por objetos interferência Tipos de de rádio: microondas p.ex. canais até 155 bps local (p.ex., wavelan) 2bps, 11bps longa distância (p.ex., celular) p.ex. CDPD, 10 s Kbps satélite canais de até 50bps (ou múltiplos canais menores) retardo ponto a ponto de 270 ms geosíncrono X LEOS (Low Earth Orbit Satellite) 1: Introdução 27 Retardo em s de pacotes Pacotes experimentam retardo em caminhos fim a fim quatro causas de retardo a cada A B transmissão Processamento no nó processamento no nó: verifica erros de bits determina saída filas tempo gasto aguardando envio no de saída depende do nível de congestionamento propagação enfileiramento 1: Introdução 28 Retardo em s de pacotes Retardo em filas (revisitado) Retardo de transmissão: R=banda do (bps) L=tamanho do pacote (bits) tempo para transmitir pacote no = L/R A B transmissão propagação Retardo de propagação: d = comprimento do s = velocidade de propagação (~2x10 8 m/sec) retardo propagação = d/s Note: s e R são quantidades muito diferentes! R=banda do (bps) L=comprimento do pacote (bits) a=taxa média de chegadas intensidade de tráfego = La/R La/R ~ 0: retardo médio de fila pequeno La/R -> 1: retardos aumentam La/R > 1: chega mais trabalho do que a capacidade do serviço, retardo médio infinito! Processamento no nó enfileiramento 1: Introdução 29 1: Introdução 30 5
Camadas de Protocolos Organização de viagens aéreas Redes são complexas! uitos componentes: hospedeiros roteadores s de diversos meios aplicações protocolos hardware, software Pergunta: Existe alguma esperança de organizar a estrutura da? Ou, pelo menos, organizar nossa discussão de s? passagem (compra) passagem (reclama) bagagem (entrega) bagagem (recupera) portão (embarque) portão (desembarque) decolagem aterrissagem uma série de passos 1: Introdução 31 1: Introdução 32 Organização de viagens aéreas: outra visão Viagens aéreas em camadas: serviços passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem entrega balcão a balcão de passageiros/bagagem entrega de bagagem do check-in à esteira entrega pessoas: p. embarque ao p. desembarque entrega de avião: aeroporto a aeroporto da origem ao destino Camadas: cada camada implementa um serviço através das ações internas da própria camada uso dos serviços providos pela camada inferior 1: Introdução 33 1: Introdução 34 Distributed implementation of layer functionality Por quê usar camadas? Aeroporto de embarque passagem (compra) bagagem (entrega) portão (embarque) decolagem locais intermediários de tráfego aéreo passagem (reclama) bagagem (recupera) portão (desembarque) aterrissagem Aeroporto de desembarque Ao lidar com sistemas complexos: estrutura explícita permite identificação, relações entre componentes de sistema complexo modelo de referência para discussão modularização facilita manutenção, atualização do sistema mudanças de implementação do serviço da camada é transparente ao resto do sistema p.ex., mudança no procedimento do portão não afeta o resto do sistema o uso de camadas podem causar danos? 1: Introdução 35 1: Introdução 36 6
Pilha de protocolos da Internet Camadas: comunicação lógica : suporta aplicações de ftp, smtp, http : transferência de entre sistemas terminais tcp, udp : roteamento de datagramas da origem ao destino ip, protocolos de roteamento : transferência de entre elementos de vizinhos ppp, ethernet : bits nos fios 1: Introdução 37 Cada camada: distribuída entidades implementam funções da camada em cada nó entidades realizam ações, trocam mensagens com pares 1: Introdução 38 Camadas: comunicação lógica P.ex.: obtém da apl. inclui endereços, info para confiabilidade para formar datagrama envia datagrama ao par espera receber ack (reconhecimento) do par analogia: correios ack application transport network link physical Camadas: comunicação 1: Introdução 39 1: Introdução 40 Camadas de protocolos e Cada camada recebe da camada superior acrescenta cabeçalho com informação para criar nova unidade de passa nova unidade de para camada inferior Ht HnHt HnHt Hl origem destino Ht HnHt HnHt Hl mensagem segmento datagrama quadro 1: Introdução 41 Estructura da Internet: de s aprox. hierárquica provedores nacionais/internacionais de backbone (PNBs) p.ex.. Embratel, RNP, IB interconexão (peering) privada bilateral, or em Pontos de Troca de Tráfego (PTTs) provedores regionais clientes dos PNBs provedores locais, empresa clientes dos provedores regionais PTT Prov. regional Prov. local PNB B PNB A Prov. local Prov. regional PTT 1: Introdução 42 7
Provedor Nacional de Backbone - RNP História da Internet 1961-1972: princípios de comutação de pacotes 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficácia de comutação de pacotes 1964: Baran - comutação de pacotes em s militares 1967: ARPAnet concebida pela Advanced Reearch Projects Agency 1969: primeiro nó ARPAnet operacional 1972: ARPAnet demonstrada publicamente NCP (Network Control Protocol) primeiro protocolo fim a fim primeiro programa de correio eletrônico ARPAnet tem 15 nós 1: Introdução 43 1: Introdução 44 História da Internet 1972-1980: Inter-s, s novas e proprietárias História da Internet 1980-1990: novos protocolos, proliferação de s 1970: ALOHAnet via satélite em Havaí 1973: tese de doutorado de etcalfe propõe Ethernet 1974: Cerf and Kahn - arquitetura para interligar s fim dos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA fim dos 70: comutação de pacotes de tamanho fixo (precursor do AT) 1979: ARPAnet tem 200 nós Cerf and Kahn: princípios de inter-s: minimalismo, autonomia - nenhuma mudança interna necessária para interligar s modelo de serviço de melhor esforço roteadores sem estado controle descentralizado definem a arquitectura da Internet de hoje 1: Introdução 45 1983: implantação de TCP/IP 1982: definição do protocolo smtp (correio) 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP 1985: definição do protocolo ftp 1988: TCP: controle de congestionamento novas s nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, initel 100,000 hospedeiros ligados à confederação de s Brasil - início da BITnet em 1988 (LNCC e FAPESP) Brasil - início da UUCP em 1989 (Alternex) 1: Introdução 46 História da Internet 1990 s: commercialização, WWW Início dos 1990: fim da ARPAnet 1991: NSF remove restrições em uso comercial da NSFnet (aposentada, 1994) início dos 1990: WWW hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960 s] HTL, http: Berners-Lee 1994: osaic, depois Netscape fim dos 1990: comercialização da WWW Fim dos 1990: est. 50 milhões de computadores na Internet est. 100 milhões+ de usuários s backbone funcionando em 1 Gbps 1: Introdução 47 A Internet no Brasil Pequena cronologia 1991 - TCP/IP experimental (SP, RJ, RS) até 9.600 bps 1992 - Rede-Rio, ANSP, RNP até 64 kbps 1994/5 - RNPv2, com s de 2 bps 1994/5 - abertura comercial, Embratel, Comitê Gestor 1999 - criação das ReAVs, Rede-Rio 2, s de 155 bps 1999 - novo backbone da Rede-UFF 622 bps 2000 - backbone AT da RNP2 2001 - conexão internacional em 155 bps 1: Introdução 48 8
Redes AT: Asynchronous Transfer ode Internet: hoje é o padrão mundial de facto para s de 1980 s: AT desenvolvido pelas telcos: padrão de alternativo p/ voz/ em alta vel. padronização: AT Forum ITU Princípios de AT: pequenas (48B de carga, 5B de cabeçalho) células (pacotes de tamanho fixo) comutação rápida tamanho pequeno bom para voz de CVs: comutadores mantêm estado para cada chamada interface bem definida entre a e o usuário (pense na companhia telefônica) Camadas AT Camada de Adaptação AT (AAL): interface às camadas superiores sistema terminal segmentação/ remontagem Camada AT : comutação de células Física TCP/UDP IP AAL AT TCP/UDP IP AAL AT Onde fica a? AT: camada inferior só funcionalidade IP sobre AT: depois TCP/UDP IP AAL AT AT application TCP/UDP IP AAL AT 1: Introdução 49 1: Introdução 50 Capítulo 1: Sumário Cobrimos muita matéria! visão geral da Internet o que que é um protocolo? Borda e núcleo de, de acesso desempenho: perdas, retardo modelos de camadas e serviços backbones, PTTs, provedores história s AT Com sorte, você já adquiriu: contexto, visão geral, intuição de s profundidade e detalhes maiores mais tarde no curso 1: Introdução 51 9