1: Introdução 1

Parte I: IntroduçãoMeta do Capítulo: dar o contexto,

visão geral e intuitiva de redes

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 rede o núcleo da rede rede de acesso, meio físico camadas de protocolo,

modelos de serviço backbones, PTTs, provedores

1: Introdução 2

O que que é a Internet: os componentes

milhões de computadores interligados: hospedeiros, sistemas terminais PCs, estações, servidores PDAs, telefones, torradeiras

executando aplicações de rede

enlaces de comunicação fibra, cobre, rádio, satélite

roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados pela rede

Provedorlocal

Rede corporativa

Provedor regional

roteador estação

servidor móvel

1: Introdução 3

O que que é a Internet: os componentes protocolos: controlam

envio, recepção de mensagens p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP,

PPP

Internet: “rede de redes” aproximadamente

hierárquica Internet pública contra

intranet privada

Padrões Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering

Task Force

Provedorlocal

Rede corporativa

Provedor regional

roteador estação

servidor móvel

1: Introdução 4

O que que é a Internet: os serviços

Infra-estrutura de comunicação: possibilita aplicações distribuídas: WWW, correio, jogos,

comércio eletrônico, bases de dados, 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 5

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 rede: máquinas em vez de

gente toda comunicação na

Internet governada por protocolos

protocolos definem formato, ordem de

mensagens enviadas e recebidas entre

entidades de rede, e ações tomadas ao

enviar ou receber uma mensagem

1: Introdução 6

O que que é um protocolo?Um protocolo humano e um protocolo de rede :

P: Outro protocolo humano?

Oi!

Oi!

Que horas são?

2:00

TCP pedido de conexão.

TCP resposta.

Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm

<arquivo>Tempo

1: Introdução 7

Detalhes sobre a estrutura da rede

Borda da rede: aplicações e hospedeiros

núcleo da rede: roteadores rede de redes

redes de acesso, meios físicos: enlaces de comunicação

1: Introdução 8

A borda da rede: sistemas terminais:

executam aplicações p.ex. WWW, correio na “borda da rede”

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 9

Borda da rede: serviço orientado a conexão

Meta: transferência de dados 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. dados: 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 rede congestionada

1: Introdução 10

Borda da rede: serviço sem conexão

Meta: transferência de dados entre sistemas mesma que antes!

UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviço sem conexão da Internet transf. de dados não

confiável sem controle de fluxo sem controle de

congestionamento

Aplics. usando TCP: HTTP (WWW), FTP

(transf. de arquivo), Telnet (acesso remoto), SMTP (correio)

Aplics. usando UDP: mídia com

“streaming”, teleconferências, telefonia pela Internet

1: Introdução 11

Núcleo da Rede

malha conexa de roteadores

a questão fundamental: como se transfere dados através da rede? comutação de circuitos:

circuito dedicado por chamada: rede de telefonia

comutação de pacotes: dados enviados pela rede em quantias discretas

1: Introdução 12

Núcleo da Rede: comutação de circuitos

Recursos fim a fim reservados para a “chamada”

banda de enlace, capacidade de comutação

recursos dedicados: não há compartilhamento

desempenho como circuitos (garantido)

requer fase inicial (“setup”)

1: Introdução 13

Núcleo da Rede: comutação de circuitosRecursos de rede (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 14

Núcleo da Rede: comutação de pacotesCada fluxo de dados fim a

fim dividido em pacotes pacotes de usuários A, B

compartilham recursos cada pacote usa banda

inteira do enlace recursos usados a

demanda

Contenção por recursos: demanda agregada

pode exceder os recursos disponíveis

congestionamento: fila de pacotes, espera para uso do enlace

armazena, reencaminha: pacotes movem um enlace a cada vez transmite pelo

enlace aguarda vez p/ o

próx.

Retalhamento de bandaAlocação dedicada

Reserva de recursos

1: Introdução 15

Núcleo da rede: comutação de pacotes

Comutação de pacotes X comutação de circuitos:analogia humana de restaurante outras analogias humanas?

A

B

CEthernet 10 Mbps

2 Mbps

34 Mbps

D E

multiplexação estatística

fila de pacotes aguardando enlace

de saída

1: Introdução 16

Núcleo da rede: comutação de pacotes

Comutação de pacotes: comportamento armazena e re-encaminha

1: Introdução 17

Comutação de pacotes X comutação de circuitos

enlace de 1 Mbit cada usuário:

100Kbps quando “ativo” ativo 10% do tempo

comutação de circuitos: 10 users

comutação de pacotes: com 35 usuários,

probabilidade > 10 ativos menor que 0,004

Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários!

N usuários

enlace de 1 Mbps

1: Introdução 18

Comutação de pacotes X comutação de circuitos

Fantástico para dados em rajadas compartilha recursos não requer inicialização (setup)

Congestionamento excessivo: retardo e perdas protocolos necessários para transferência

confiável de dados, controle de congestionamento

P: Como prover comportamento de circuitos? Garantias de banda necessárias para

aplicações de áudio/vídeoé um problema ainda sem solução (capítulo 6)

Comutação de pacotes será sempre o melhor?

1: Introdução 19

Redes de pacotes: roteamento

Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao destino estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4)

rede de datagramas: endereço de destino determina próximo passo rotas podem mudar durante uma sessão analogia: dirigindo, perguntando o caminho

rede 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 20

Redes de acesso e meios físicos

P: Como ligar sistemas terminais ao 1o roteador?

redes de accesso residencial

redes de accesso institucional (escola, empresa)

redes de accesso móvel

Características principais: banda (bits per second) da

rede de acesso? compartilhada ou

dedicada?

1: Introdução 21

Acesso residencial: acesso ponto a ponto

Discado via modem até 56Kbps, acesso direto ao

roteador (conceitualmente) RDSI: rede digital de serviços

integrados (DVI - Telemar): 128Kbps, conexão digital ao roteador

ADSL: asymmetric digital subscriber line até 1 Mbps casa ao roteador até 8 Mbps roteador a casa disponibilidade de ADSL :

Telefônica, Telemar (MG, BA)

1: Introdução 22

Acesso residencial: cable modems

HFC: hybrid fiber coax assimétrico: até 10Mbps p/

a casa, 1 Mbps para a rede

rede 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

1: Introdução 23

Acesso institucional: redes locais

rede local (LAN) da empresa/univ. liga sistema terminal ao 1o roteador

Ethernet: cabo compartilhado ou

dedicado usado para acesso ao roteador

10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet

disponibilidade: instituições, redes locais domésticas em breve

redes locais: cap. 5

1: Introdução 24

Redes de acesso sem fio

rede de acesso sem fio liga ao roteador

redes locais sem fio: espectro de rádio

substitui cabo p.ex., Wavelan 2 e 11

Mbps da Lucent Wavelan tb usada para

ligações ponto a ponto

acesso sem fio não local CDPD: acesso sem fio ao

roteador do provedor via rede de telefonia celular

estaçãobase

sistemasmóveis

roteador

1: Introdução 25

Meios físicos

enlace físico: bit de dados transmitido propaga através do enlace

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 Mbps

Categoria 5: ethernet de 100Mbps

1: Introdução 26

Meios físicos: cabo coaxial, fibra

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 10Mbps

Cabo de fibra ótica: fibra de vidro

iluminada por pulsos de luz

operação de alta velocidade: Ethernet de 100Mbps transmissão de alta

velocidade ponto a ponto (p.ex., 10 Gbps)

baixa taxa de erros 2 tipos de fibra:

monomodo, multimodo

1: Introdução 27

Meios físicos: rádio

sinal enviado pelo espectro eletromagnético

sem “fio” físico bidirecional efeitos sobre

propagação do ambiente: reflexão obstrução por objetos interferência

Tipos de enlace de rádio: microondas

p.ex. canais até 155 Mbps

rede local (p.ex., waveLAN) 2Mbps, 11Mbps

longa distância (p.ex., celular) p.ex. CDPD, 10’s Kbps

satélite canais de até 50Mbps (ou

múltiplos canais menores) retardo ponto a ponto de 270

ms geosíncrono X LEOS (Low Earth

Orbit Satellite)

1: Introdução 28

“Camadas” de ProtocolosRedes são complexas! Muitos

componentes: hospedeiros roteadores enlaces de

diversos meios aplicações protocolos hardware,

software

Pergunta: Existe alguma esperança de

organizar a estrutura da rede?

Ou, pelo menos, organizar nossa discussão de redes?

1: Introdução 29

Organização de viagens aéreas

uma série de passos

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem

roteamento do avião

passagem (reclama)

bagagem (recupera)

portão (desembarque)

aterrissagem

roteamento do avião

roteamento do avião

1: Introdução 30

Organização de viagens aéreas: outra visão

Camadas: cada camada implementa um serviço através das ações internas da própria camada uso dos serviços providos pela camada inferior

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem

roteamento do avião

passagem (reclama)

bagagem (recupera)

portão (desembarque)

aterrissagem

roteamento do avião

roteamento do avião

1: Introdução 31

Viagens aéreas em camadas: serviços

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 aeroportoroteamento do avião da origem ao destino

1: Introdução 32

Distributed implementation of layer functionality

Aero

port

o d

e

em

barq

ue

Aero

port

o d

e

dese

mb

arq

ue

locais intermediários de tráfego aéreo

roteamento do avião

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem

roteamento do avião

passagem (reclama)

bagagem (recupera)

portão (desembarque)

aterrissagem

roteamento do avião

roteamento do avião

roteamento do avião

1: Introdução 33

Por quê usar camadas?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 34

Pilha de protocolos da Internet aplicação: suporta aplicações de

rede ftp, smtp, http

transporte: transferência de dados entre sistemas terminais tcp, udp

rede: roteamento de datagramas da origem ao destino ip, protocolos de roteamento

enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos ppp, ethernet

física: bits “nos fios”

aplicação

transporte

rede

enlace

física

1: Introdução 35

Camadas: comunicação lógica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

Cada camada: distribuída “entidades”

implementam funções da camada em cada nó

entidades realizam ações, trocam mensagens com pares

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

1: Introdução 36

Camadas: comunicação lógica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

applicationtransportnetwork

linkphysical

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

P.ex.: transporte obtém dados da

apl. inclui endereços,

info para confiabilidade para formar “datagrama”

envia datagrama ao par

espera receber ack (reconhecimento) do par

analogia: correios

dados

transport

transport

ack

1: Introdução 37

Camadas: comunicação física

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

1: Introdução 38

Camadas de protocolos e dadosCada camada recebe dados da camada superior acrescenta cabeçalho com informação para criar

nova unidade de dados passa nova unidade de dados para camada inferior

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

origem destino

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl

M

M

M

M

Ht

HtHn

HtHnHl

mensagem

segmento

datagrama

quadro

1: Introdução 39

Estructura da Internet: rede de redes

aprox. hierárquica provedores

nacionais/internacionais de backbone (PNBs) p.ex.. Embratel, RNP, IBM interconexão (peering)

privada bilateral, or em Pontos de Troca de Tráfego (PTTs)

provedores regionais clientes dos PNBs

provedores locais, empresa clientes dos provedores

regionais

PNB A

PNB B

PTT PTT

Prov. regional

Prov. regional

Prov.local

Prov.local

1: Introdução 40

Capítulo 1: SumárioCobrimos muita

matéria! visão geral da Internet o que que é um

protocolo? Borda e núcleo de rede,

rede de acesso modelos de camadas e

serviços backbones, PTTs,

provedores

Com sorte, você já adquiriu:

contexto, visão geral, intuição de redes

profundidade e detalhes maiores mais tarde no curso