Redes de Computadores Prof. André Y. Kusumoto andrekusumoto.unip@gmail.com
2/16 Nível de Rede Comunicação entre dispositivos de uma mesma rede ocorrem de forma direta. Quando a origem e o destino estão em redes locais diferentes, é preciso que as informações sejam encaminhadas de uma rede a outra, e, ao mesmo tempo, se tenha a ilusão que tanto a origem quanto o destino pertecem a mesma rede Este é o objetivo da camada de rede Para isso, a camada de rede cria uma abstração inter-rede, fornecendo: uma visão lógica de uma rede única o encaminhamento de informações de uma origem a um destino (roteamento)
3/16 Serviços oferecidos à camada de transporte Serviço não-orientado à conexão As informações são postas em unidades de transmissão da camada de rede, denominadas genericamente de datagramas. Cada datagrama, mesmo fazendo parte de uma mesma transferência, é individualmente injetado na rede e encaminhado de modo independente. Consequência: datagramas perdidos, duplicados ou recebidos em ordem diferente Comunicação não confiável Realiza o melhor esforço possível (best effort delivery)
4/16 Serviços oferecidos à camada de transporte Serviço orientado à conexão Comunicação confiável Obtida através de estabelecimento de um canal lógico que age como uma espécie de dadoduto, implementado através do conceito de conexão Assim, antes de ser iniciada a transferência dos dados é necessário estabelecer a conexão Uma vez estabelecido a conexão, os dados são transferidos de um ponto a outro de modo confiável Ao final da transmissão, a conexão é desfeita
5/16 Implementação Necessidade de se identificar quem é o transmissor da informação e seu destino. A Camada de rede deve prover um mecanismo para identificar os sistemas finais e intermediários de uma inter-rede Esquema de atribuição de nomes (requisitos básicos): Cada entidade deve conter um endereço lógico (nome) exclusivo O endereço deve ser independente de qualquer característica particular, física ou tecnológica da entidade Exemplo Na internet: www.empresa.com.br: não fornece nenhuma informação sobre sua real localização física, seu sistema operacional, etc. Endereços IP: 192.168.20.12
6/16 Implementação Comutação ou Chaveamento é um processo para estabelecer um caminho apropriado para uma mensagem seguir através da rede partindo de uma origem em direção a um destino. Comutação de circuitos e Comutação de pacotes A principal diferença é o uso da largura de banda, que é a capacidade máxima de um canal de comunicações. Em uma rede chaveada por circuito, o desempenho de um circuito é fixo e predeterminado. Isso significa que a largura de banda é alocada antes e garantida durante toda a transmissão. Por outro lado, nas redes chaveadas por pacotes, a velocidade depende do tráfego da rede. A maioria das redes modernas, incluindo a Internet, é chaveada por pacote.
7/16 Comutação de Circuito Em uma rede chaveada por circuito, um percurso deve ser estabelecido entre nós fonte e destino antes de ocorrer a transmissão de dados. Envolve três fases: Estabelecimento da conexão (circuito), Transmissão de dados e Término da Conexão. O sistema de telefonia fixa é um bom exemplo de rede chaveada por circuito. Quando discamos um número telefônico, uma chave que reside na central da companhia telefônica estabelece uma conexão física com o destino. Esta conexão é mantida até que a ligação seja finalizada. Ao terminar, este caminho pode ser utilizado por outras ligações. Tem como característica promover o compartilhamento de canais. Possibilita que diferentes transmissões de dados, usem os mesmos canais de comunicações. Um problema, entretanto, é que o compartilhamento não pode ocorrer simultaneamente, pois, durante uma transmissão particular, o canal de comunicação fica reservado exclusivamente para um par emissor-receptor específico.
8/16 Comutação de Pacotes Em uma rede chaveada por pacotes, em vez de usar uma conexão física dedicada, as mensagens são subdivididas em pacotes que são enviados um de cada vez, e não necessariamente obedecendo a uma ordenação específica. Cabe ao nó de destino reorganizar os pacotes na ordem correta. Diferentemente das redes chaveadas por circuitos onde somente a primeira mensagem de dados carrega o endereço de destino, em uma rede chaveada por pacotes, todos os pacotes precisam carregar além do dado, informações de controle como o endereço de seu nó de destino. A comutação de pacotes pode ser estabelecida utilizando-se de circuitos virtuais ou datagramas. No caso de circuitos virtuais, uma rota é estabelecida. Todos os pacotes são transportados pelo mesmo caminho virtual como se fosse um circuito dedicado. Nos datagramas, os pacotes são encaminhados independentemente de rotas, porém, não é garantida a entrega dos pacotes.
9/16 Roteamento Objetivo é determinar caminhos (rotas) a serem seguidos para que os dados emitidos sejam entregues ao seu destino Com a Teoria de grafos, modela-se a rede da seguinte forma: Os nós do grafo representam os sistemas intermediários As arestas, a sua interligação A determinação de uma rota consiste na escolha da melhor sequência de nós entre a origem e um destino Melhor, isto é, qual é a métrica: menor caminho, menor atraso, menor custo financeiro Ponto fundamental é a criação de tabelas de roteamento
10/16 Algoritmos de Roteamento Determinar, entre vários caminhos possíveis, aquele de menor custo Propriedades Globais: determina o melhor caminho a partir do conhecimento completo de toda a topologia da rede, isto é, conectividade de todos os nós e os custos de todos os enlaces. Algoritmos de estado de enlace. Locais: tem por base o conhecimento parcial da topologia da rede. Vizinhos imediatos. Algoritmos de vetor de distância. Estratégia Estática: informações necessárias para o cálculo são definidas em um momento específico. Estratégia Adaptativa. Estratégia Dinâmica: os caminhos são avaliados periodicamente ou sempre que houver uma mudança. Estratégia Não Adaptativa Roteamento Centralizado: um nó mestre, de posse das informações, determina e atribui aos demais nós a tabela de roteamento. Roteamento Descentralizado: cada nó é responsável por definir qual a melhor rota para o datagrama
11/16 Roteamento por Inundação (flooding) Consiste em fazer um sistema intermediário redirecionar o datagrama recebido para todos os seus enlaces, à exceção daquele em que recebeu o datagrama. O sistema intermediário não precisa conhecer a topologia da rede B D F A C E B D F A C E
Roteamento por Inundação (flooding) Desvantagens: geração de tráfego na rede Aspectos interessantes: Simplicidade: sem nenhum tipo de algoritmo sofisticado Grau de robustez a falhas: todos os caminhos são utilizados Melhor caminho: primeira cópia a chegar no destino indica o melhor caminho Difusão de informações: ao passar por todos os nós da rede, mensagens de interesses podem ser repassadas. Evitar laços: Incluir identificador único nos datagramas: problema para gerenciar a unicidade do identificador em toda rede Definir contador máximo de saltos: ao receber o datagrama, o sistema intermediário consulta o valor docontador de saltos e diminui uma unidade. Quando chegar a zero o datagrama é descartado.
13/16 Roteamento pelo menor caminho Topologia de rede fixa e conhecida Cada enlace tem um custo Matriz de conectividade Algoritmo global e estático B 2 2 A D 6 1 5 A B C D E A - 2 6 B 2-2 C 6-1 3 D 2 1-5 E 3 5 - Matriz de Conectividade C 3 E
17/16 Roteamento Hierárquico Maneira de organizar as informações de roteamento de forma a resumílas Realizado pela divisão dos sistemas intermediários (roteadores) em diferentes áreas de jurisdição ou regiões Ex. Sistema de sinalização de trânsito. Corredores principais. Zona Sul, Centro, etc. Em redes de computadores, são representados pelos backbones (Espinha Dorsal) Conceito de rota padrão (default). Utilizada por todos os pacotes que não encontram uma entrada correpondente ao seu destino na tabela de roteamento.
18/16 Roteamento por Difusão Aplicação que tem a necessidade de enviar um mesmo conjunto de dados a vários destino. Ex. Vídeoconferência Permite enviar um único datagrama para um número arbitrário de destinos utilizando para isso um tipo especial de endereço lógico: o endereço de grupo. Um roteador ao receber um pacote cujo endereço de destino é um endereço de grupo, retransmite-o à diferentes membros que participam desse grupo, caso contrário, o pacote é descartado. B F A E H A D E H C C G B F Grupo G1: A, C, E, H A D H Grupo G2: A, B, D, F, G