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Redes de Computadores 2
- Conceitos Básicos de Redes –
Paulo Roberto Freire Cunhaprfc@cin.ufpe.br
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Objetivo
introdução aos elementos básicos de uma rede extremidade e núcleo protocolos
serviços de redes orientada a conexão sem-conexão
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Elementos da Internet
dispositivos de computação hosts PDAs, microondas (executando aplicações em
rede)
links de comunicação fibras ópticas, cabos rádio, satélite
roteadores responsáveis por “guiar” dados através da rede
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Elementos da Internet (cont.)
provedor deinternet (ISP)
Rede 1
provedorde backbone
roteador pc servidor estação móvel
par trançado
fibra óptica
microondas
ERBsMóvel
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Elementos da Internet (cont.)
protocolos “conjunto de regras”
HTTP, DNS TCP, IP, ICMP, ARP, etc
Internet “rede das redes” Internet X internet
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Elementos da Internet (cont.)
definições de “padrões” na Internet
RFC – Request for Comments
IETF – Internet Engineering Task Force
W3C – World Wide Web Consortium
IANA - Internet Assigned Numbers Authority
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Modelo Conceitual da Internet
coleção de serviços www e-mail execução remota ftp, etc
tipos de serviços fornecidos orientado à conexão (e.g., serviço
telefônico,TCP) “connectionless” (e.g., correio,UDP)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Protocolos
protocolos de humanos exemplos
conversações em telefones
conversas com outras pessoas
solicitação de serviços em autarquias
“idéia básica” envio de mensagens ações quando a
mensagem é recebida
protocolos de redes máquinas envolvidas regras para
comunicação entre máquinas
governam as comunicações na Internet
“idéia básica” formato da
mensagem sequenciamento das
mensagens ações
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Protocolos (cont.)
“oi”
“oi”
“qual o seu nome?”
“Napoleão”
req.
conexão TCP
conexão TCP
rep.get http://www.cin.ufpe.br/index.html
página
Tem
po
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes da Extremidade da Rede
elementos da
extremidade da rede
aplicações
hosts
elementos centrais da
rede
roteadores
redes de redes
links de comunicação
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
hosts local onde as aplicações
executam http, e-mail
modelo cliente/servidor clientes requisitam serviços
fornecidos por servidores browser(cliente), servidor http originário do UNIX os protocolos de comunicação
adotam este modelo
modelo peer-peer interação simétrica teleconferências
Detalhes da Extremidade da Rede (cont.)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
serviço orientado a conexão transferência de dados estabelece inicialmente uma conexão TCP (Transport Control Protocol)
transferência de dados confiável fluxo de controle controle de congestionamento informações ordenadas http, ftp, telnet
Detalhes da Extremidade da Rede (cont.)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes do Núcleo da Rede
coleção de switches
(roteadores)
serviços de transferência
comutação por circuito
circuito dedicado
sistema telefônico
comutação por pacotes
dados enviados em
“etapas”
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes do Núcleo da Rede (cont.)
Comutação por Circuito reserva fim-a-fim de
recursos (banda nos links)
para a transferência
recursos dedicados (não há
compartilhamento)
desempenho garantido
há uma negociação antes do
estabelecimento do circuito
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes do Núcleo da Rede (cont.)
Comutação por circuito (cont.)
recursos (e.g., largura de
banda) divididos em partes partes alocadas para a
chamada
desperdício se o recurso não
for usado
tipos de divisão da largura de
banda
multiplexação na
freqüência (FDM)
multiplexação no tempo
(TDM)
Sinal 1
0 100 HzSinal 2
0 100 HzSinal 3
0 100 HzSinal 1
0 100 Hz
Sinal 2 Sinal 3
200 300
FDM
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
slot
frame
TDM
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Detalhes do Núcleo da Rede (cont.)
Comutação por pacote
dados dividos em pacotes
pacotes de conexões distintas compartilham recursos
(não há alocação dedicada)
cada pacote usa toda a largura de banda (a largura
de banda não é dividida em partes)
recursos são usados a medida que são necessários
(não há reserva de recursos)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes do Núcleo da Rede (cont.)
Comutação por pacote
recursos agregados podem exceder o limite
congestão
filas de pacotes
“armazena e envia” (store and forward)
pacotes são enviados por “etapas”
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes do Núcleo da Rede (cont.)
Comutação por pacote
A
B
C10 MbsEthernet
1.5 Mbs
45 Mbs
D E
filas de pacotesesperando links
de saída
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Detalhes do Núcleo da Rede (cont.)
Comutação por pacote X Comutação por circuitos
comutação por pacotes é adequada para tráfegos em
rajada
comutação por circuito provoca congestionamento
(perda e atraso)
comutação por circuito é adequada em aplicações de
áudio/vídeo
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Acesso
Redes de
Comunicação
Redes de Comunicação
PSTN (Public Switched Telephone Network)
LAN (Local Area Network)
PSDN (Public Switched Data Network)
ISDN (Integrated Services Digital Network)
Redes de Comunicação
PSTN (Public Switched Telephone Network)
LAN (Local Area Network)
PSDN (Public Switched Data Network)
ISDN (Integrated Services Digital Network)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Acesso
conexão com roteadores
Acesso residencial a um
provedor (PSTN)Acesso residencial a um
provedor (PSTN)
Acesso institucional (LAN)Acesso institucional (LAN)
Acesso a uma
rede sem-fioAcesso a uma
rede sem-fio
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Acesso
Acesso Residencial
Modem
conexões de 56kbps
ISDN (Integrated Service Digital Network)
RDSI – Rede Digital Serviços Integrados
conexões de 128Kbps
ADSL (Assymetric Digital Subscriber Line)
1 Mbps (casa-roteador)
8 Mbps (roteador-casa)
Acesso Residencial
Modem
conexões de 56kbps
ISDN (Integrated Service Digital Network)
RDSI – Rede Digital Serviços Integrados
conexões de 128Kbps
ADSL (Assymetric Digital Subscriber Line)
1 Mbps (casa-roteador)
8 Mbps (roteador-casa)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Acesso
acesso residencial (cont.)
Modem
EstaçãoFinal
EstaçãoInterurbana
EstaçãoFinal
Modem
PSTN
CODEC
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Acesso
Acesso Institucional
universidades, empresas
acesso a uma rede local (LAN)
padrão ethernet (10Mbps,100Mbps)
Acesso Institucional
universidades, empresas
acesso a uma rede local (LAN)
padrão ethernet (10Mbps,100Mbps)
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Acesso
Acesso com Redes Sem-
Fio
LANs sem-fio
cabos trocados por rádio
Acesso com Redes Sem-
Fio
LANs sem-fio
cabos trocados por rádio
ERB
EM
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Comutação por Pacotes
Roteamento
De:Para:
Objetivo: Mover pacotes da origem para
o destinoObjetivo: Mover pacotes da origem para
o destino
12 1212 12
12
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Redes de Comutação por Pacotes
Roteamento (cont.)
Rede Datagrama
o endereço de destino decide o próximo hop
as rotas podem mudar durante a sessão
Rede Datagrama
o endereço de destino decide o próximo hop
as rotas podem mudar durante a sessão
De:Para:
12 1
2
1
2
1 2
1 22
hop
2
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Redes de Comutação de Pacotes
Roteamento (cont.)
Rede Circuito Virtual
cada pacote carrega uma indicação do próximo hop (circuito virtual ID)
caminho fixo (definido no início da conexão)
os roteadores mantém o estado da conexão
Rede Circuito Virtual
cada pacote carrega uma indicação do próximo hop (circuito virtual ID)
caminho fixo (definido no início da conexão)
os roteadores mantém o estado da conexão
De:Para:
12 12
1212
12 1212
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Roteamento
atrasos nos hops (roteadores)
A
B
1
atraso no processamento no hop1
2
atraso no enfileramento2
3
atraso na transmissão3
4
atraso na propagação4
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Roteamento
atrasos nos hops (roteadores)
A
B
verificação de erros determinação da saída
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Roteamento
atrasos nos hops (roteadores)
Atraso na transmissão
R / largura de banda do link (bps)
L / comprimento do pacote
tempo para envio do bits
através do link = L / R
Atraso na transmissão
R / largura de banda do link (bps)
L / comprimento do pacote
tempo para envio do bits
através do link = L / R
Atraso na propagação
d = comprimento do link
s = velocidade de propagação no meio
atraso = d / s
Atraso na propagação
d = comprimento do link
s = velocidade de propagação no meio
atraso = d / s
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Estruturação de Redes
roteador
hosts
links
protocolos hardware, software
aplicações
Redes são complexas e precisam ser organizadas
de alguma forma!!!
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Estruturação do correio
encomenda
agência
central de distribuição
aeroporto
transporte aéreo
encomenda
agência
central dedistribuição
aeroporto
transporte aéreo
transporte aéreo
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Estruturação do correio (camadas)
usuário(encomenda)
agência
central de distribuição
aeroporto
transporte aéreo
usuário
agência
central dedistribuição
aeroporto
transporte aéreotransporte aéreo
Visão de Camadas
cada camada implementa
um serviço
cada camada se utiliza dos
serviços da camada de baixo
Visão de Camadas
cada camada implementa
um serviço
cada camada se utiliza dos
serviços da camada de baixo
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Estruturação do correio (serviços)
usuário-para-usuário
agência - agência
central-central
aeroporto-aeroporto
avião
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Estruturação do correio (distribuição)
usuário
agência
central de distribuição
aeroporto
transporte aéreo
usuário
agência
central de distribuição
aeroporto
transporte aéreo
Em
isso
r
Dest
inatá
rio
Conexão 1 Conexão 1
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Estruturação das Redes
software de redes são complexos software de rede organizado em camadas cada camada construída sobre outra camada a complexidade das camadas inferiores são
escondidas das camadas superiores a camada n do host 1 conversa com a camada n
do host 2 as regras para a conversação são definidas pelos
protocolos da camada n
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Organização em Camadas
protocolo da camada 4
protocolo da camada 3
protocolo da camada 2
protocolo da camada 1
Meio Físico
Camada 5
interface 5/4
Camada 4
interface 4/3
Camada 3
interface 3/2
Camada 2
interface 2/1
Host 1
Camada 5
interface 5/4
Camada 4
interface 4/3
Camada 3interface 3/2
Camada 2interface 2/1
Host 2Pares
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Organização em Camadas
protocolo da camada 4
protocolo da camada 3
protocolo da camada 2
protocolo da camada 1
Meio Físico
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Host 1
Camada 5
Camada 4
Camada 3
Camada 2
Host 2Pilha de Protocolos
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Modelo de Referência OSI
Meio Físico
enlace
rede
transporte
sessão
apresentação
aplicação
enlace
rede
transporte
sessão
apresentação
aplicação
enlace
rede
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Modelo de Referência OSI
útil como modelo serviços, protocolos, interface
muitas repetições nas camadas muito overhead nas camadas algumas camadas muito simples e
outras muito complexas o TCP/IP tem sido “de facto” adotado
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Pilha de protocolos da Internet
enlace
rede
transporte
aplicação
físico
aplicaçãosuporte a aplicações de rede
transportetransferência de dados fim-a-fim
rederoteamento de pacotes
enlacetransferência de dados entre vizinhos
físicotransferência de bits
aplicaçãosuporte a aplicações de rede
transportetransferência de dados fim-a-fim
rederoteamento de pacotes
enlacetransferência de dados entre vizinhos
físicotransferência de bits
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Pilha de protocolos da Internet
Camada de Abstração do Hardware
Interface de rede
ARP PPP
IP
UDP TCP ICMP
Interface de Sockets
Drivers
FTP
TELNET
DNS
HTTP
SMTP
SNMP
Aplicaçãodo Usuário
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Comunicação Lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísico
aplicaçãotransporte
redeenlacefísico
aplicaçãotransporte
redeenlacefísico
aplicaçãotransporte
redeenalcefísico
redeenlacefísico
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Comunicação Lógica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísico
aplciaçãotransporte
redeenlacefísico aplicação
transporterede
enlacefísico
aplciaçãotransporte
redeenlacefísico
redeenlacefísico
dado
dado
dado
transporte
transporte
ack
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Comunicação Física
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísico
redeenlacefísica
dado
dado
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Fluxo de Informações nas Camadas
protocolo da camada 5
protocolo da camada 4
protocolo da camada 3
protocolo da camada 2
M1H4 M2H3 H3
M
MH4
M1H4H3 M2H3T2H2 H2 T2
5
4
3
2
M1H4 M2H3 H3
M
MH4
M1H4H3 M2H3T2H2 H2 T2
Redes de Computadores 2 (baseado nos slides do Kurose)
Fluxo de Informações nas Camadas
Camada
Física
PILHA
DE
PROTOCOLOS
Aplicação
PILHA
DE
PROTOCOLOS
Aplicação
10101 10101
10101010101010111000010101110101111110000000010001010
10101 10101