Embed Size (px)
Citation preview
Redes de Computadores
Introdução
Introdução:Redes de Computadores
● Objetivos● definir contexto e terminologia● visão geral
● (detalhes virão ao longo do curso)● abordagem: Internet como exemplo● Modelagem de pontos “mais importantes”
Redes de computadores
Historicamente ...● Interconexão de computadores autônomos
• compartilhamento de recursos
• maior confiabilidade
• diminuição de custos
Redes de computadores● Componentes básicos
● hardware, software, estrutura de telecomunicação
● Funcionamento integrado desses componentes
• compreensão de tecnologia de redes
e interconectividade
Redes de computadores● Arranjo topológico que interliga vários
módulos processadores por enlaces físicos e protocolos
● Alternativas dependem do tipo de rede
• LAN, MAN ou WAN● Topologia determina os caminhos utilizáveis
para comunicação entre um par de estações
Ligação Física● Ponto a ponto
● 2 pontos de ligação com uma
extremidade em cada nó
- em geral, redes maiores● Multiponto● 2 ou mais dispositivos
utilizam o mesmo enlace
- em geral, redes menores
Ligação Lógica● Unicast: transmissão possui
par origem-destino (1 para 1)
● Broadcast: estação envia uma
única mensagem para todas as
estações de uma rede
(1 para todos)
● Multicast: estação envia uma
única mensagem para um grupo
(subconjunto) de estações da
rede (1 para alguns)
Topologia de Rede
Topologia completa ou totalmente conectada
● Conexão direta entre todo par de nós
• Grande eficiência
• Alto custo, principalmente:
• com grande número de nós
• com grandes distâncias entre
os nós
• relativo à manutenção
Topologia parcialmente conectada
● Conexão indireta entre qualquer
par de nós
• Mantêm-se caminhos alternativos
• contra falhas
• contra congestionamentos
Topologia em árvore
● Modelo comum para distribuição de
informação● Problemas na comunicação entre
“folhas” da árvore
Topologia em estrela● Cada nó é interligado a um nó central● Nó central pode atuar:
• como gerente
• compatibilizando taxas de
transmissão e recepção
• como conversor de protocolos
Topologia em anel● Unidirecional
• usada em redes óticas● Retirada da mensagem pode ser
realizada pela origem ou pelo destino
● Vulnerável a falhas em qualquer enlace ou nó,
devido à ausência de caminhos alternativos
Topologia em barra● Configuração multiponto
• Difusão em meio físico compartilhado
• meio físico confinado
• Controle de acesso ao meio
Rede sem fio● Diferente de computação
móvel
• Difusão em meio físico compartilhado
• meio físico não confinado
• Controle de acesso ao meio
Protocolos● Protocolos humanos
• definem procedimentos para comportamento● Protocolos de rede
• descrição formal do formato de mensagens e
regras para troca dessas mensagens
• sintaxe, semântica e sincronização da
comunicação
Protocolos
Protocolos de rede
Hierarquia de Protocolos
Hierarquia de ProtocolosCamadas, protocolos e interfaces
Arquitetura em camadas● Princípio do “Dividir para Conquistar”
• Projetar uma rede como um conjunto
hierárquico de camadas● Cada camada usa os serviços da
camada imediatamante inferior para
implementar e oferecer os seus
serviços à camada superior● A implementação de cada camada é
independente das demais
Hierarquia de Protocolos● Interface define que serviços uma camada
inferior oferece à camada superior● Arquitetura de rede é um conjunto de
camadas e protocolos● Cada camada acrescenta um cabeçalho aos
dados da camada anterior● Cabeçalhos contêm informações de controle
Arquitetura TCP/IP● Origem na ARPANET (futura Internet)
• objetivo inicial era manter a comunicação fim a fim funcional, mesmo que alguns enlaces ou sistemas intermediários falhassem
• rede com comutação de pacotes baseada em uma camada inter-rede não orientada à conexão
● TCP/IP é uma família de protocolos, onde o TCP e o IP são os principais
• TCP - Transmission Control Protocol
• IP - Internet Protocol
Arquitetura TCP/IP
5 camadas
aplicação
transporte
rede
enlace
física
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Dados
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
AplicaçãoDadosA
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosAT A
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosATR
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosATREE EEEE
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosATREE EEEEEEEEF F
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosATREE EEEEEEEEF F
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosATREE EEEE
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosATR
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
DadosAT A
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
AplicaçãoDadosA
Transmissão dos Dados
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Física
Enlace
Rede
Transporte
Aplicação
Dados
Introduction 1-38
Pilha de Protocolos Aplicação: suporta aplicações de rede FTP, SMTP, HTTP
Transporte: transferência de dados entre processos TCP, UDP
Rede: roteamento de datagramas da origem ao destino IP, protocolos de roteamento
Enlace: dados transferidos entre elementos vizinhos da rede PPP, Ethernet
Física: bits “no cabo”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
Internet● Milhões de elementos
computacionais interligados
hospedeiros = sistemas finais● Executando aplicações distribuídas● Enlaces de comunicação
● fibra, cobre, rádio, satélite, …
taxa de transmissão largura de banda● Roteadores: encaminham dados
Home network
Institutional network
Mobile network
Global ISP
Regional ISP
Internet● Internet: “Rede de redes”
Estrutura hierárquica● Padrões Internet
RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering Task Force● Protocolos de rede em hierarquia
Arquitetura TCP/IP
wikipedia
Introduçãon 1-41
Borda da RedeSistemas finais (hosts):Executam aplicações Web, email
client/server
peer-peer Modelo cliente servidorCliente requisita e recebe serviços
disponibilizados pelo servidor e.g. Web browser/server; email
client/server
Modelo peer-peer Mínimo uso de servidores
dedicadosSkype, BitTorrent
Introduction 1-42
Núcleo da RedeMalha de roteadores
interconectadosQuestão Fundamental: como transferir os
dados através da rede?Comutação de circuitos:
circuito dedicado a cada chamada, e.g, rede telefônica
Comutação de pacotes: dados enviados em pacotes discretos
Serviços de Internet● Infra-estrutura de comunicação
permite aplicações distribuídas:
Web, e-mail, jogos, e-commerce,
compartilhamento de arquivo, ...● Serviços de comunicação
sem conexão
orientado à conexão
Estrutura da Internet:Redes de Redes
● Estrutura hierárquica● No centro: ISPs de “zona-1” (ex.: UUNet,
BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacional
Estrutura da Internet:Redes de Redes
● ISPs de “Zona-2”: ISPs menores (freqüentemente regionais)
● Conectam-se a um ou mais ISPs de Zona-1,
possivelmente a outros ISPs de Zona-2
Estrutura da Internet:Redes de Redes
● ISPs de “Zona-3” e ISPs locais● Última rede de acesso (“hop”) (mais próximos
dos sistemas finais)
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISPTier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
localISPlocal
ISPlocalISP
localISP
localISP Tier 3
ISP
localISP
localISP
localISP
Local and tier- 3 ISPs are customers ofhigher tier ISPsconnecting them to rest of Internet
Fim-a-Fim
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-2 ISPTier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP
localISPlocal
ISPlocalISP
localISP
localISP Tier 3
ISP
localISP
Sistemas Autonomos
Sistemas Autonomos
Desempenho: Perdas e Atrasos● Pacotes são enfileirados nos buffers dos
roteadores
Taxa de chegada maior que a capacidade de saída do enlace
● Pacotes são enfileirados, esperando a vez de serem servidos
A
B
Pacote sendo transmitido (atraso)
Pacotes enfileirados (delay)Pacotes são descartados caso não haja espaço no buffer
Introduction 1-51
Quatro fontes de atraso
1. processamento no nó: Verificando erros de bits
A
B
propagação
transmissão
Processamentonó enfileiramento
2. fila Tempo de espera para ser
enviado ao enlace de saída Depende do nível de
congestionamento do roteador
Introduction 1-52
Atraso em redes de comutação de pacotes3. Atraso de transmissão:
R=banda enlace (bps) L=tamanho pacote (bits)
Tempo para envio dospacotes no enlace = L/R
4. Atraso de propagação:d = tamanho do enlace físicos = velocidade de propagação (~2x108 m/sec)Atraso de propagaçao = d/s
A
B
propagação
transmissão
Processamentonó enfileiramento
Nota: s e R são medidas diferentes!
Introdução 1-53
Atraso em um nó
dproc
= atraso de processamento Tipicamente poucos microsecs ou menos
dqueue =atraso de fila Depende do congestionamento
dtrans
= atraso de transmissão = L/R, significante para enlaces de baixa velocidade
dprop
= atraso de propagação Poucos microsecs até centenas de msecs
proptransqueueprocnodal ddddd +++=
Introduction 1-54
Atraso de fila
R=banda enlace (bps)L=tamanho pacote (bits)a=taxa média de chegada de pacotes
Intensidade do tráfego = La/RLa/R ~ 0: atraso médio pequenoLa/R -> 1: atraso grandeLa/R > 1: atraso médio pode tender ao infinito, dado que chegam mais pacotes do que é possível servir
Introduction 1-55
Atraso e rotas na Internet
O que é o atraso em redes de computadores? Traceroute: programa que mede o atraso fim-a-fim entre origem e todos os roteadores até o destino. Para todo o roteador i: Envia três pacotes ao roteador i no caminho do destino Roteador i retorna o pacote a origem Origem calcula o intervalo entre o envio e a resposta
3 probes
3 probes
3 probes
Introduction 1-56
Atrasos e rotas na Internet
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms4 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 ms7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms17 * * *18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.frThree delay measurements from gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu
* means no response (probe lost, router not replying)
trans-oceaniclink
Introduction 1-57
Perda de Pacotes
Fila que precede o enlace possui capacidade finitaPacotes que chegam e encontram a fila completa são descartados (perdidos)Pacote pode ser retransmitido pelo nó precedente, pela origem, ou por nenhum dos dois
A
B
Pacote sendo transmitido
Pacote que chegacom buffer cheio perdido→
buffer (espera)
Sequência Curso
