Técnico de Manutenção e Suporte em Informática Fundamentos de Redes de ComputadoresUnidade 1– Redes de Computadores e a Internet

Prof. Leandro Cavalcanti de Almeidaleandro.almeida@ifpb.edu.br

@leandrocalmeidaEsta apresentação é uma adaptação do material disponibilizado por James F. Kurose e Keith W. Ross

Livro Texto

O que é a Internet?

Componentes de hardware e software

Oferece serviços para aplicações distribuídas

Componentes

Sistemas finais, servidores, telefones, ISPs, roteadores, fibra óptica, satélite,

comutadores, rotas,aplicações, links, pacotes,...

Componentes

IP picture framehttp://www.ceiva.com/

Web-enabled toaster +weather forecaster

World’s smallest web serverhttp://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Internet phones

Serviços para aplicações ditribuídas

Serviço de AplicaçõesDistribuídas

SERVIDORCLIENTE

Requisição

Resposta

Modelo Cliente-Servidor

HTTP

Protocolo

Protocolo“Um protocolo define o formato e a

ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais entidades comunicantes,

bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento de

uma mensagem ou outro evento”James F. Kurose and Keith W. Ross

Tempo Tempo

Oi

Oi

Que horas são, por favor?

Oi

2h00

Tempo Tempo

Solicitação de conexão TCP

GET www.site.com/index.html

<index.html>

Resposta de conexão TCP

Periferia da Internet - Borda

Periferia da Internet - Borda

- Sistemas finais:- Executam aplicações:

web, email,...- Programas cliente/servidor: requisições de clientes,...- P2P

- Skype, BitTorrent

client/server

peer-peer

Periferia da Internet - Borda

Redes de Acesso- Dial up- DSL- Cabo- FTTH- Ethernet- Wifi- ...

client/server

peer-peer

Dial-up (Discado)ComputadorResidencial

Modem Discado residencial

Rede Telefônica

Modem do ISP

InternetCaracterísticas- Linha telefônica analógica- O modem converte o sinal analógico em digital e vice-versa- Taxa máxima de 56 kbps - Acesso bloqueia a linha telefônica

DSL – Digital Subscriber Line

ComputadorResidencial

Modem DSL

Telefone Residencial

DSLAM

Rede Telefônica

Internet

Características- Linha digital- Possui um multiplexador digital de acesso (DSLAM)- Velocidades de até 55 Mpbs- Acesso não bloqueia a linha telefônica

Cabo

home

cable headend

cable distributionnetwork (simplified)

Características- Cabos coaxiais- Utiliza a infraestrutura de televisão a cabo- Utiliza o modem a cabo- Canal é compartilhado- Assimétrico

FTTH – Fiber To The HomeCaracterísticas- Fibra em casa

-Redes óticas ativas- Redes óticas passivas- Internet, TV e telefone

- Altas velocidades

ONT

ONT

ONTDistribuidor ótico

OLT

Rede do ISP

InternetONT = Terminal de Rede óticaOLT = Terminal de Linha ótica

Fibra

EthernetISP

Características- Redes locais conectam os sistemas finais ao roteador da periferia- Comutador ethernet- Altas velocidades

WifiInternet

Características- Padrão IEEE 802.11- Versões a, b, n, g,...- Canal compartilhado- Problemas com segurança- Alguns metros de alcance

Meios FíscosGuiados

Não Guiados

Guiados

Núcleo da Internet - Core

Núcleo da Internet - CoreQuestão fundamental...

Como os dados são transferidos na Internet?

Comutação de CircuitosX

Comutação de Pacotes

Núcleo da Internet - Core

Comutação de Circuitos● Recursos(buffer, taxa de transmissão,

enlaces,...) pré-alocados● Mantém o circuito ocupado até o fim da

comunicação● Utiliza multiplexação por divisão de

frequência(FDM) ou por tempo(TDM)● FDM: o enlace reserva uma banda de

frequência para cada conexão● TDM: o tempo é dividido em quadros de

duração fixa, e cada quadro é dividido em números de compartimentos(slots)

Núcleo da Internet - Core

Comutação de Circuitos

FDM

frequency

time

TDM

frequency

time

4 users

Example:

Núcleo da Internet - Core

Comutação de Circuitos

PerguntaQuanto tempo leva para enviar um arquivo de 640.000 bits do host A para o host B através de uma rede de comutação de circuitos?- Todos os links são 1,536 Mbps- Cada link utiliza TDM com 24 slots por segundo- 500 ms para estabelecer de ponta a ponta de circuito

Núcleo da Internet - Core

Comutação de Circuitos

Resposta.:- Tx = (1,536 Mbps)/24 = 64kbps, ou seja, cada circuito possui uma taxa de transmissão de 64kbps.- T= 640 kbps/64 kbps = 10s, ou seja, o tempo para transmitir um arquivo de 640.000 bps em um link de 64 kpbs é de 10 segundos.

Núcleo da Internet - CoreComutação de Pacotes

● Recursos alocados em tempo de execução, por demanda

● Cada pacote pode seguir caminhos independentes

● Surgimento de filas e atrasos● Utilização de buffers em

comutadores● Método mais inteligente

A

B

C100 Mb/sEthernet

1.5 Mb/s

D E

statistical multiplexing

queue of packetswaiting for output

link

Núcleo da Internet - CoreCalculando o atraso de fila nos comutadores...

Suponha que existe Q enlaces entre dois sistemas finais, cada um com uma taxa de Rbps. Você precisa enviar um pacote de L bits de um sistema A para outro B.1º enlace: A = L/Rpróximos enlaces: deve ser armazenado e reenviado Q – 1 vezes, logo... Q*L/R

Comutação de Pacotes

Estruturada Internet

ISP nível 1

ISP nível1

ISP nível 1

Interconexão entre provedores de nivel 1

Estrutura da InternetISP de nível 1- Grupo relativamente pequeno- Cobertura internacional- Velocidades altíssimas – Gbps- AT&T, Verizon,...

Estrutura da InternetISP de nível 2- ISPs menores- Cobertura regional- Se conectam a um ou mais ISPs de nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 2ISP nível 2

ISP nível 2 ISP nível 2

ISP nível 2

ISP nível 2 paga ao IPS nível 1 para se conectar ao restante da Internet

ISP nível 2 é cliente do provedor nível 1

ISPs de nível 2 também olham privadamente uns com os outros

Estrutura da InternetISP de nível 3- ISPs locais- Redes de acesso- Mais próxima dos sistemas finais

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 2ISP nível 2

ISP nível 2 ISP nível 2

ISP nível 2

localISP

localISP

localISP

localISP

localISP

ISP nível 3

localISP

localISP

localISP

ISPs locais de nível 3 são clientes de ISPs de camada mais alta, conectando-se ao restante da Internet

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

Estrutura da InternetUm pacote passa por muitas redes na Internet

Atrasos - Processamento Nodal- Fila- Transmissão- Propagação

A

B

Processamento nodal

Atraso de Processamento - Tempo para analisar o cabeçalho do pacote - Determinar para onde direcioná-lo - Verfificação e controle de erros em bits

Atrasos

A

B

Processamento nodal

Atraso de Fila - Tempo esperando no buffer de saída - Depende do tamanho da fila - Função da intensidade e da natureza do tráfego

Fila

Atrasos

A

B

Processamento nodal

Atraso de Transmissão - Tempo requerido para “empurrar” todos os bits do pacote para o enlace - O pacote só entra no atraso de transmissão depois que sair do atraso da fila - É L/R, onde L, tamanho do pacote, e R velocidade do enlace

Fila Transmissão

Atrasos

A

B

Processamento nodal

Atraso de Propagação - Tempo que o pacote leva de um roteador até o outro - O pacote se propaga na velocidade de propagação do enlace- É d/s, onde d é a distância e s é a velocidade de propagação

Fila Transmissão

Propagação

Atrasos

A

B

Processamento nodal

Fila Transmissão

Propagação

Atrasos

dnodal = dproc + dfila + d trans + dprop

dfaf = N(dproc + dtrans + dproc)

Onde,N -> nº de roteadores, dtrans=L/R -> L é o tamanho do pacote e R é a taxa de transmissão

Atraso fim a fim

Vazão está ligado com a taxa de transferência

Vazão nas Redes

Rs Rc

É a taxa (em bits/s) em que os bits são transferidos entre um emissor e receptorVazão Média = F/T, onde F é p tamanho do arquivo e T é o tempo

Ex.: Rs = Taxa do enlace servidor/roteadorRc = Taxa do enlace roteador/clienteSe Rs < Rc, então a vazão = RsSe Rs > Rc, então a vazão = Rc

Logo, a vazão é min{Rs,Rc} = Taxa do enlace de gargalo

Arquitetura em camadas

ticket (purchase)

baggage (check)

gates (load)

runway (takeoff)

airplane routing

departureairport

arrivalairport

intermediate air-trafficcontrol centers

airplane routing airplane routing

ticket (complain)

baggage (claim

gates (unload)

runway (land)

airplane routing

ticket

baggage

gate

takeoff/landing

airplane routing

Viagem de avião

Aplicação Aplicação

Transporte Transporte

Rede Rede

Enlace Enlace

Fisíca Fisíca

Modelo de camadas na Internet

Camada de Aplicação

- Transfere mensagens das aplicações de rede- FTP, SMTP, HTTP,...

Camada de Transporte

Transferência de segmentos fim a fim- TCP, UDP

Camada de Rede

- Roteamento de datagramas entre origem e destino

Camada de Enlace

Transferência de quadros entre elementos vizinhos da rede- PPP, Ethernet

Camada Física

Transferência de bits de um elemento para outro

Encapsulamento