Curso de Redes de Computadores - angel.acmesecurity.orgadriano/redes/net-adr-2004-slides... ·...

unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

REDES DE COMPUTADORESAnotações de Aula e Slides

Capítulo 1Introdução:

Redes de Computadores ea Internet

http://www.acmesecurity.org/redes

Adriano Mauro [email protected]

São José do Rio PretoBacharelado em Ciências da Computação

MMIV

ii

Prefácio 2004

Este é o material didático contendo a coleção de slides e notas de aula do Curso de Redes deComputadores para o primeiro semestre de 2004, na UNESP – Universidade EstadualPaulista, Campus de São José do Rio Preto, sob responsabilidade do Professor Adriano MauroCansian. Este material NÃO substitui o livro texto adotado no curso, devendo ser usado demodo a complementa-lo, e em conjunto com outras referências recomendadas. As referênciasbibliográficas adotadas ou recomendadas para este curso podem ser consultadas emhttp://www.acmesecurity.org/redes/bibliografia.html . A principal função destas notas de aula éfacilitar a realização das anotações dos tópicos mais importantes discutidos em sala de aula,agilizando assim o andamento do curso para os alunos.

Estas notas de aula podem diferir ligeiramente do material usado pelo professor durante a aulaem sala. Isso porque o professor muitas vezes acaba inserindo outros materiais de última hora,para melhorar a qualidade e atualizar o material, visand sempre a melhor expressão dos temasaos alunos. Portanto, é fortemente recomendável que os alunos tenham este material deaula em mãos durante a aula, de forma a fazer anotações, inserções e correções conformenecessário.

A primeira versão foi utilizada no primeiro semestre de 1998. Esta é a sexta versão, a qualnovamente está passando por correções, aprimoramentos de texto e de figuras, além deatualização e inserção de novos tópicos. Algumas imperfeições podem estar presentes nostextos. Sugestões e apontamentos de falhas podem ser enviadas diretamente ao autor.

Este material tem finalidade meramente educacional e é totalmente GRATUITO. Estasnotas de aula podem conter figuras ou textos extraídos de outras fontes, as quais, quandoocorrerem, serão devidamente citadas. Os direitos autorais dos textos citados são depropriedade de seus detentores. Esta não é uma obra comercial. A citação ou uso dematerial de outros autores, quando ocorrer, tem finalidade meramente didática. Nem oautor, nem a UNESP, se responsabilizam por quaisquer danos diretos ou indiretos que o usodeste material possa eventualmente causar. Este material pode ser copiado livremente, desdeque citadas todas as fontes, e respeitados os detentores dos direitos autorais, e desde que omaterial seja distribuído por inteiro e não em partes, inclusive com os prefácios. A referência aqualquer produto comercial específico, marca, modelo, estabelecimento comercial, processo ouserviço, através de nome comercial, marca registrada, nome de fabricante, fornecedor, ounome de empresa, necessariamente NÃO constitui ou insinua seu endosso, recomendação, oufavorecimento por parte da UNESP ou do autor. A UNESP ou o autor não endossam ourecomendam marcas, produtos, estabelecimentos comerciais, serviços ou fornecedores dequaisquer espécies, em nenhuma hipótese. As eventuais marcas e patentes mencionadas sãode propriedade exclusiva dos detentores originais dos seus direitos e, quando citadas,aparecem meramente em caráter informativo, para auxiliar os participantes do curso, numabase de boa-fé pública. Os participantes ou outros interessados devem utilizar estasinformações por sua conta e risco, e estarem cientes desta notificação.

Este material didático não se trata de uma publicação oficial da UNESP. Seu conteúdo nãofoi examinado ou editado por esta instituição. As opiniões refletem a posição do autor.

São José do Rio Preto, SP - 29 de fevereiro de 2004.

Adriano Mauro Cansian

iii

Créditos

Estes slides para notas de aula são, em sua grande parte, baseadas nos livros textosadotados para o curso no ano de 2004: “Computer Networking: A Top-Down ApproachFeaturing the Internet” – James F. Kurose & Keith W. Ross (ISBN: 0201477114),Editora Addison Wesley Longman, e “Computer Networks”, 3th Edition, de Andrew S.Tanenbaum – Prentice-Hall (ISBN 0-13-349945-6) e em sua tradução “Redes deComputadores” – Terceira Edição, da Editora Campus (ISBN 8535201572). Parainformações mais detalhadas sobre a bibliografia do curso, bem como outras referênciasutilizadas, consulte http://www.acmesecurity.org/redes/bibliografia.html.

Copyright (c) ADRIANO MAURO CANSIAN. É dada permissão para copiar,distribuir e/ou modificar este documento sob os termos da Licença deDocumentação Livre GNU, Versão 1.1 ou qualquer versão posteriorpublicada pela F R E E S O F T W A R E F O U N D A T I O N emhttp://www.gnu.org/licenses/licenses.html, SEM Seções Invariantes, comos Textos da Capa da Frente sendo “Curso de Redes de Computadores –Prof. Adriano Mauro Cansian”, e com os textos da quarta-capa sendo aspáginas numeradas de “ii” até “v” deste documento.

Contato:

Adriano Mauro CansianProfessor Assistente Doutor

[email protected] / [email protected] / [email protected]

UNESP - Universidade Estadual PaulistaCampus de São José do Rio Preto

Depto. de Ciência da Computação e EstatísticaLaboratório ACME! de Pesquisa em Segurança de Computadores e Redes

Endereço:R. Cristóvão Colombo, 2265 - Jd. Nazareth15055-000 * São José do Rio Preto, SP.Tel. (17) 221-2475 (laboratório) / 221-2201 (secretaria)http://www.acmesecurity.org/~adriano

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iv

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Breaking seal constitutes acceptance of agreement. For off-road use only. As seen on TV. One size fitsall. Many suitcases look alike. Contains a substantial amount of non-tobacco ingredients. Colors may, in time, fade. Wehave sent the forms which seem right for you. Slippery when wet. For office use only. ACME! Research is not affiliatedwith the American Red Cross. Drop in any mailbox. Edited for television. Keep cool. process promptly. Post office willnot deliver without postage. List was current at time of printing. Return to sender, no forwarding order on file, unable toforward. ACME! is not responsible for direct, indirect, incidental or consequential damages resulting from any defect,error or failure to perform. At participating locations only. Not the Beatles. Penalty for private use. See label forsequence. Substantial penalty for early withdrawal. Do not write below this line. Falling rock. Lost ticket pays maximumrate. Your canceled check is your receipt. Add toner. 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v

“ Ticking away the moments that make up a dull dayYou fritter and waste the hours in an offhand way.

Kicking around on a piece of ground in your home townWaiting for someone or something to show you the way. ”

Time – Pink Floyd, in “Dark Side of the Moon” album

UNESP - São José do Rio Preto - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1

Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1

1

unesp - IBILCE - SJRP

Curso deCurso deRedes de ComputadoresRedes de Computadores

Adriano Mauro CansianAdriano Mauro [email protected]@unesp.br

Capítulo 1Capítulo 1IntroduçãoIntrodução

2


Parte I: IntroduçãoParte I: Introdução

Meta do Capítulo:Meta do Capítulo:

❒❒ Dar o contexto, visão geral e intuitiva de redes.Dar o contexto, visão geral e intuitiva de redes.

❒❒ Aprofundamento e detalhes mais adiante.Aprofundamento e detalhes mais adiante.

❒❒ Abordagem:Abordagem:

❍❍ Descritiva.Descritiva.

❍❍ Uso da Internet como exemplo.Uso da Internet como exemplo.

3


Visão geral:Visão geral:

❒❒ O que que é a InternetO que que é a Internet❒❒ O que é um protocoloO que é um protocolo❒❒ A borda (A borda (edgeedge) da rede) da rede❒❒ O núcleo (O núcleo (corecore) da rede) da rede❒❒ Rede de acesso, meioRede de acesso, meio

físico.físico.❒❒ Desempenho: perdas,Desempenho: perdas,

retardo.retardo.

❒❒ Camadas de protocolo eCamadas de protocolo emodelos de serviço.modelos de serviço.

❒❒ BackbonesBackbones,, PTTs PTTs,,provedoresprovedores

❒❒ História.História.

❒❒ Redes ATM.Redes ATM.

4


O que que é a Internet: os componentesO que que é a Internet: os componentes

❒❒ Milhões deMilhões decomputadorescomputadoresinterligados: hospedeiros,interligados: hospedeiros,sistemas terminaissistemas terminais❍❍ PCsPCs, estações, servidores, estações, servidores❍❍ PDAsPDAs, telefones,, telefones,

torradeiras.torradeiras.❍❍ Executando Executando aplicaçõesaplicações de de

rede.rede.

❒❒ Enlaces (Enlaces (linkslinks) de) decomunicaçãocomunicação❍❍ fibra, cobre, rádio, satélitefibra, cobre, rádio, satélite

❒❒ Roteadores (Roteadores (routersrouters):):encaminham pacotesencaminham pacotes(blocos) de dados pela(blocos) de dados pelarederede

5


Estrutura da InternetEstrutura da Internet

Provedorlocal

Rede corporativa

Provedor regional

roteador estação

servidor móvel

6


O que que é a Internet: os componentesO que que é a Internet: os componentes

❒❒ Protocolos: controlamProtocolos: controlamenvio, recepção deenvio, recepção demensagensmensagens❍❍ TCP, IP, HTTP, FTP,TCP, IP, HTTP, FTP,

PPP,...PPP,...

❒❒ Internet: “rede de redes”Internet: “rede de redes”❍❍ AproximadamenteAproximadamente

hierárquicahierárquica❍❍ Internet pública e Internet pública e intranetintranet

privadaprivada

❒❒ Padrões InternetPadrões Internet❍❍ RFC:RFC: Request Request for for

commentscomments..http://http://wwwwww..faqsfaqs..orgorg❍❍ IETF: InternetIETF: Internet

Engineering TaskEngineering Task Force Forcehttp://http://wwwwww..ietfietf..orgorg



7


O que que é a Internet: os serviçosO que que é a Internet: os serviços

❒❒ Infra-estrutura deInfra-estrutura decomunicação: comunicação: possibilitapossibilitaaplicações distribuídas:aplicações distribuídas:❍❍ WWW, correio, jogos,WWW, correio, jogos,

comércio eletrônico, basescomércio eletrônico, basesde dados, eleições,de dados, eleições,

❍❍ Outras?Outras?

❒❒ Serviços de comunicaçãoServiços de comunicaçãooferecidos:oferecidos:❍❍ Sem conexão.Sem conexão.❍❍ Orientado a conexão.Orientado a conexão.

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Ciberspaço Ciberspaço / / CyberspaceCyberspace

Ciberespaço [Ciberespaço [GibsonGibson]:]:“Uma alucinação consensual, sofrida“Uma alucinação consensual, sofrida

diariamentediariamente por por bilhões de operadores, em bilhões de operadores, emtodos os países, ...”todos os países, ...”

9


O que que é um protocolo?O que que é um protocolo?Protocolos humanos:Protocolos humanos:❒❒ “-Que horas são?”“-Que horas são?”❒❒ “-Queria perguntar”.“-Queria perguntar”.❒❒ Apresentações.Apresentações.

… mensagens específicas… mensagens específicasenviadas.enviadas.

… ações específicas… ações específicastomadas ao recebertomadas ao recebermensagens, ou emmensagens, ou emoutros eventos.outros eventos.

Protocolos de rede:Protocolos de rede:❒❒ Máquinas em vez de genteMáquinas em vez de gente❒❒ Toda comunicação naToda comunicação na

Internet governadaInternet governada por porprotocolosprotocolos

ProtocolosProtocolos definem formato, definem formato,ordem de mensagensordem de mensagensenviadas e recebidas entreenviadas e recebidas entreentidades de rede, e açõesentidades de rede, e açõestomadas ao enviar outomadas ao enviar oureceber uma mensagem.receber uma mensagem.

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

Oi!

Oi!Que horas

são?2:00

TCP pedido de conexão.

TCP resposta.

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

<arquivo>Tempo

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Detalhes sobre a estrutura da redeDetalhes sobre a estrutura da rede

❒❒ BordaBorda ( (edgeedge) da rede:) da rede:aplicações eaplicações ehospedeiros (hospedeiros (hostshosts).).

❒❒ NúcleoNúcleo ( (corecore) da rede:) da rede:❍❍ Roteadores.Roteadores.❍❍ Rede de redes.Rede de redes.

❒❒ Redes de acesso,Redes de acesso,meios físicos:meios físicos: enlaces enlaces((linkslinks) de) decomunicação.comunicação.

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A borda da rede:A borda da rede:❒❒ Sistemas terminais:Sistemas terminais:

❍❍ Executam aplicaçõesExecutam aplicações•• Exemplo: WWW, correioExemplo: WWW, correio

❍❍ Na “borda da rede”.Na “borda da rede”.

❒❒ Modelo Modelo cliente/servidorcliente/servidor❍❍ Cliente solicita, recebe serviçoCliente solicita, recebe serviço

do servidor.do servidor.•• Exemplo: cliente WWWExemplo: cliente WWW

((browserbrowser) / servidor;) / servidor;•• Cliente / servidor de e-Cliente / servidor de e-mailmail..

❒❒ Modelo entre pares (Modelo entre pares (p2pp2p):):❍❍ Interação simétricaInteração simétrica

•• Exemplo: teleconferênciasExemplo: teleconferências



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Borda da rede: serviço orientado a conexão (1)Borda da rede: serviço orientado a conexão (1)

Meta:Meta: transferência de dados entre sistemas transferência de dados entre sistemas❒❒ ““handshakinghandshaking”:”: preparação para iniciar preparação para iniciar

transferência.transferência.❍❍ Protocolo humano: “Protocolo humano: “OiOi!” - “!” - “OiOi!”!”❍❍ Criar “estado”Criar “estado” em 2 sistemas em comunicação em 2 sistemas em comunicação

❒❒ TCP -TCP - Transmission Control ProtocolTransmission Control Protocol❍❍ Serviço orientado a conexão da Internet.Serviço orientado a conexão da Internet.

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Borda da rede: serviço orientado a conexão (2)Borda da rede: serviço orientado a conexão (2)

Características do Serviço TCP Características do Serviço TCP [RFC 793][RFC 793]❒❒ Transferência de dados: fluxo de bytesTransferência de dados: fluxo de bytes

ordenado, confiável:ordenado, confiável:❍❍ Perdas: reconhecimentos e retransmissõesPerdas: reconhecimentos e retransmissões

❒❒ Controle de fluxo:Controle de fluxo:❍❍ Remetente não vai “afogar” o receptorRemetente não vai “afogar” o receptor

❒❒ Controle de congestionamento:Controle de congestionamento:❍❍ Remetentes “reduzem a taxa de envio” quando redeRemetentes “reduzem a taxa de envio” quando rede

fica congestionada.fica congestionada.

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Borda da rede: serviço sem conexãoBorda da rede: serviço sem conexão

Meta:Meta: transferência de dados entre sistemas transferência de dados entre sistemas(-(- Ué Ué ?? A mesma que antes ?!?) ?? A mesma que antes ?!?)

❒❒ UDPUDP - - User Datagram ProtocolUser Datagram Protocol [RFC 768]: [RFC 768]:Serviço sem conexão da InternetServiço sem conexão da Internet❍❍ Transferência de dados não confiável.Transferência de dados não confiável.❍❍ Sem controle de fluxo.Sem controle de fluxo.❍❍ Sem controle de congestionamento.Sem controle de congestionamento.

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AplicaçõesAplicações

Aplicações usando TCP:Aplicações usando TCP:❒❒ HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo),HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo),

TelnetTelnet (acesso remoto), SMTP (correio), (acesso remoto), SMTP (correio), sshssh,...,...

Aplicações usando UDP:Aplicações usando UDP:❒❒ Mídia com “Mídia com “streammingstreamming”, teleconferências,”, teleconferências,

telefonia pela Internet.telefonia pela Internet.

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Núcleo (Núcleo (corecore) da Rede) da Rede

❒❒ Malha conexa de roteadores.Malha conexa de roteadores.❒❒ AA questão fundamental:questão fundamental: como como

se transfere dados através dase transfere dados através darede?rede?❍❍ Comutação de circuitos:Comutação de circuitos:

circuito dedicadocircuito dedicado por porchamada: rede de telefoniachamada: rede de telefonia

❍❍ Comutação de pacotes:Comutação de pacotes:dados enviados pela rededados enviados pela redeem quantias discretasem quantias discretas

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Núcleo da Rede: comutação de Núcleo da Rede: comutação de circuitos circuitos (1)(1)

Recursos fim a fimRecursos fim a fimreservados para areservados para a“chamada”“chamada”

❒❒ Banda de enlace, capacidadeBanda de enlace, capacidadede comutação.de comutação.

❒❒ Recursos dedicados: não háRecursos dedicados: não hácompartilhamento.compartilhamento.

❒❒ Desempenho como circuitosDesempenho como circuitos(garantido).(garantido).

❒❒ Requer fase inicial (“Requer fase inicial (“setupsetup”).”).



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Recursos de rede Recursos de rede picado em “pedaços”.picado em “pedaços”.•• Por Por exemplo: Banda (exemplo: Banda (bandwidthbandwidth))

❒❒ Pedaços alocados para as chamadas.Pedaços alocados para as chamadas.❒❒ Recurso fica Recurso fica ociosoocioso se não usado pela chamada se não usado pela chamada

((não há compartilhamentonão há compartilhamento).).

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Divisão de banda emDivisão de banda em““pedaçospedaços””

❒❒ DivisãoDivisão por frequência por frequência((FDM - FDM - FrequencyFrequencyDivision MultiplexingDivision Multiplexing))

❒❒ DivisãoDivisão por por tempo tempo((TDM - Time TDM - Time DivisionDivision

MultiplexingMultiplexing))

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Núcleo da Rede: comutação de Núcleo da Rede: comutação de pacotes pacotes (1)(1)

Cada fluxo de dados fim aCada fluxo de dados fim afim é dividido emfim é dividido empacotespacotes

❒❒ Pacotes de usuários A, BPacotes de usuários A, Bcompartilhamcompartilham recursos.recursos.

❒❒ Cada pacote usa bandaCada pacote usa bandainteirainteira do enlace. do enlace.

❒❒ Recursos usados a demanda.Recursos usados a demanda.

Divisão de bandaDivisão de bandaAlocação dedicadaAlocação dedicada

Reserva de recursosReserva de recursos

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ContençãoContenção por por recursos: recursos:❒❒ Demanda agregada pode exceder os recursosDemanda agregada pode exceder os recursos

disponíveis.disponíveis.❒❒ CongestionamentoCongestionamento: fila de pacotes espera para: fila de pacotes espera para

uso do enlace.uso do enlace.❒❒ Armazena, reencaminha: pacotes movem umArmazena, reencaminha: pacotes movem um

enlace a cada vez.enlace a cada vez.❍❍ Transmite pelo enlaceTransmite pelo enlace..❍❍ Aguarda vez para o próximo.Aguarda vez para o próximo.

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Comutação de pacotes Comutação de pacotes versusversus comutação de circuitos: comutação de circuitos:analogia humana de restauranteanalogia humana de restaurante❒❒ Outras analogias humanas?Outras analogias humanas?

A

B

CEthernet 10 Mbps

2 Mbps

34 Mbps

D E

multiplexação estatística

fila de pacotes aguardando enlace

de saída

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Comutação de pacotes:Comutação de pacotes:comportamento armazena ecomportamento armazena e

rere-encaminha-encaminha



25


Comutação de pacotes X comutação de circuitos (1)Comutação de pacotes X comutação de circuitos (1)

❒❒ Enlace de 1 Enlace de 1 MbpsMbps..❒❒ Cada usuário:Cada usuário:

❍❍ 100Kbps quando “ativo”100Kbps quando “ativo”❍❍ Ativo 10% do tempoAtivo 10% do tempo

❒❒ Comutação de circuitos:Comutação de circuitos:❍❍ 1010 users users

❒❒ Comutação de pacotes:Comutação de pacotes:❍❍ Com 35 usuários,Com 35 usuários,

probabilidade > 10 ativosprobabilidade > 10 ativosmenor que 0,004menor que 0,004

Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários!Comutação de pacotes permitir admitir mais usuários!

N usuáriosenlace de 1 Mbps

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Comutação de pacotes X comutação de circuitos (2)Comutação de pacotes X comutação de circuitos (2)

❒❒ Fantástico para dados em rajadasFantástico para dados em rajadas❍❍ Compartilha recursos.Compartilha recursos.❍❍ Não requer inicialização (Não requer inicialização (setupsetup).).

❒❒ Congestionamento excessivo:Congestionamento excessivo: retardo e perdas retardo e perdas❍❍ Protocolos necessários para transferência confiávelProtocolos necessários para transferência confiável

de dados, controle de congestionamento.de dados, controle de congestionamento.❒❒ P: Como prover comportamento de circuitos?P: Como prover comportamento de circuitos?

❍❍ Garantias de banda necessárias para aplicações deGarantias de banda necessárias para aplicações deáudio/vídeo.áudio/vídeo.

...é um problema ainda sem solução (capítulo 6)...é um problema ainda sem solução (capítulo 6)

Comutação de pacotes será sempre o melhor?Comutação de pacotes será sempre o melhor?

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Redes de pacotes: roteamentoRedes de pacotes: roteamento

❒❒ Meta:Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao mover pacotes entre roteadores da origem aodestino.destino.❍❍ Estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (Estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (capcap. 4). 4)

❒❒ Rede de Rede de datagramasdatagramas::❍❍ endereço de destino endereço de destino determina próximo passo.determina próximo passo.❍❍ rotas podem mudar durante uma sessão.rotas podem mudar durante uma sessão.❍❍ analogia: dirigindo, perguntando o caminho.analogia: dirigindo, perguntando o caminho.

❒❒ Rede de Rede de circuitos virtuaiscircuitos virtuais::❍❍ Cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótuloCada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo

determina próximo passo.determina próximo passo.❍❍ Rota fixa determinada em Rota fixa determinada em tempo de estabelecimento datempo de estabelecimento da

chamadachamada, permanece fixa durante a chamada., permanece fixa durante a chamada.❍❍ Roteadores mantêm estadoRoteadores mantêm estado por por chamada. chamada.

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Redes de acesso e meios físicosRedes de acesso e meios físicos

P: Como ligar sistemasP: Como ligar sistemasterminais ao 1o roteador?terminais ao 1o roteador?

❒❒ Redes de acessoRedes de acessoresidencial.residencial.

❒❒ Redes de acessoRedes de acessoinstitucional (escola,institucional (escola,empresa).empresa).

❒❒ Redes de acesso móvel.Redes de acesso móvel.

Características principais:Características principais:❒❒ Banda (bits perBanda (bits per second second) da rede) da rede

de acesso?de acesso?❒❒ Compartilhada ou dedicada?Compartilhada ou dedicada?

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Acesso residencial: acesso ponto a pontoAcesso residencial: acesso ponto a ponto

❒❒ Discado via modem (Discado via modem (dial-dial-upup))❍❍ até 56Kbps, acesso direto aoaté 56Kbps, acesso direto ao

roteador (roteador (conceitualmenteconceitualmente))❒❒ RDSI:RDSI: rede digital de serviços rede digital de serviços

integrados (DVI -integrados (DVI - Telemar Telemar):):128Kbps, conexão digital ao128Kbps, conexão digital aoroteador. (roteador. (ISDNISDN))

❒❒ ADSL:ADSL: asymmetricasymmetric digital digitalsubscriber linesubscriber line❍❍ Até 1Até 1 Mbps Mbps de casa ao roteador. de casa ao roteador.❍❍ Até 8Até 8 Mbps Mbps do roteador a casa. do roteador a casa.❍❍ Disponibilidade de ADSL :Disponibilidade de ADSL :

Telefônica,Telefônica, Telemar Telemar (MG, BA) (MG, BA)30


Acesso residencial:Acesso residencial: cablecable modems modems

❒❒ HFC:HFC: hybrid fiber coaxhybrid fiber coax❍❍ assimétrico: até 10Mbps p/ aassimétrico: até 10Mbps p/ a

casa, 1casa, 1 Mbps Mbps para a rede para a rede

❒❒ RedeRede de cabo e fibra liga a de cabo e fibra liga acasa ao roteador do provedor.casa ao roteador do provedor.❍❍ Acesso compartilhado aoAcesso compartilhado ao

roteador pelas casas.roteador pelas casas.❍❍ Problemas: dimensionamento,Problemas: dimensionamento,

congestionamento.congestionamento.❍❍ Disponibilidade: viaDisponibilidade: via

companhias de TV a cabo,companhias de TV a cabo,Exemplo: NET, TVA.Exemplo: NET, TVA.



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Acesso institucional: redes locaisAcesso institucional: redes locais

❒❒ Rede local Rede local (LAN) da(LAN) daEmpresa/Universidade ligaEmpresa/Universidade ligasistema terminal ao 1osistema terminal ao 1oroteador.roteador.

❒❒ EthernetEthernet:: cabo compartilhado oucabo compartilhado oudedicado usado para acesso aodedicado usado para acesso aoroteador. 10 roteador. 10 MbpsMbps, 100Mbps,, 100Mbps, Gigabit GigabitEthernetEthernet

❒❒ Disponibilidade:Disponibilidade:Corporações e instituiçõesCorporações e instituições(redes locais domésticas em(redes locais domésticas embreve)breve)

❒❒ LANsLANs - Redes locais: - Redes locais: cap cap. 5. 5

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Redes de acesso sem fioRedes de acesso sem fio

❒❒ Rede de acesso Rede de acesso semsem fiofioliga ao roteadorliga ao roteador

❒❒ Redes locais sem fio:Redes locais sem fio:❍❍ Espectro de rádioEspectro de rádio

substitui cabosubstitui cabo❍❍ Exemplo: Exemplo: WavelanWavelan 2 e 2 e

1111 Mbps Mbps da da LucentLucent..❍❍ Wavelan Wavelan também usadatambém usada

para ligações ponto apara ligações ponto aponto.ponto.

❒❒ Acesso sem fio não localAcesso sem fio não local❍❍ CDPD: acesso sem fio aoCDPD: acesso sem fio ao

roteador do provedor viaroteador do provedor viarede de telefonia celularrede de telefonia celular

estaçãobase

sistemasmóveis

roteador

33


Meios físicosMeios físicos

❒❒ Enlace físico:Enlace físico:Bit de dados transmitidoBit de dados transmitidopropaga através dopropaga através doenlace.enlace.

❒❒ Meio guiado:Meio guiado:❍❍ Sinais propagam em meiosSinais propagam em meios

sólidos: cobre, fibra.sólidos: cobre, fibra.

❒❒ Meios não guiados:Meios não guiados:❍❍ Sinais propagamSinais propagam

livremente, p.livremente, p.exex., rádio., rádio

Par trançadoPar trançado((TwistedTwisted PairPair - TP)- TP)❒❒ Dois fios isolados deDois fios isolados de

cobre.cobre.❍❍ Categoria 3: fio telefônicoCategoria 3: fio telefônico

tradicional,tradicional, ethernet ethernet de 10 de 10MbpsMbps

❍❍ Categoria 5:Categoria 5: ethernet ethernet de de100Mbps100Mbps

34


Meios físicos: cabo coaxial, fibraMeios físicos: cabo coaxial, fibra

Cabo coaxialCabo coaxial::❒❒ Fio (portador do sinal)Fio (portador do sinal)

dentro de um fiodentro de um fio(blindagem)(blindagem)❍❍ Banda básica: canal únicoBanda básica: canal único

no cabo.no cabo.❍❍ Banda larga: múltiplosBanda larga: múltiplos

canais no cabo.canais no cabo.

❒❒ Bidirecional.Bidirecional.❒❒ Uso era comum emUso era comum em

EthernetEthernet de 10Mbps de 10Mbps

Cabo de Cabo de fibra óticafibra ótica::❒❒ Fibra de vidro iluminadaFibra de vidro iluminada

porpor pulsos de luz pulsos de luz❒❒ Operação de altaOperação de alta

velocidade:velocidade:❍❍ EthernetEthernet de 100Mbps de 100Mbps❍❍ Transmissão de altaTransmissão de alta

velocidade ponto a pontovelocidade ponto a ponto(p.(p.exex., 10., 10 Gbps Gbps))

❒❒ Baixa taxa de erros.Baixa taxa de erros.❒❒ 2 tipos de fibra:2 tipos de fibra:

monomodomonomodo, , multimodomultimodo..

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Meios físicos: rádio (1)Meios físicos: rádio (1)

❒❒ Sinal enviado pelo espectro eletromagnético.Sinal enviado pelo espectro eletromagnético.❒❒ Sem “fio” físico.Sem “fio” físico.❒❒ Bidirecional.Bidirecional.❒❒ Efeitos sobre propagação do ambiente:Efeitos sobre propagação do ambiente:

❍❍ Reflexão.Reflexão.❍❍ Obstrução Obstrução porpor objetos. objetos.❍❍ Interferência.Interferência.

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Meios físicos: rádio (2)Meios físicos: rádio (2)

TiposTipos de enlace de de enlace de rádio rádio::❒❒ MicroondasMicroondas

❍❍ p.ex.p.ex. canais até canais até 155 155 Mbps Mbps

❒❒ RedeRede local local (p.ex., (p.ex., waveLAN waveLAN))❍❍ 2Mbps, 11Mbps2Mbps, 11Mbps

❒❒ Longa distânciaLonga distância (p.ex., (p.ex., celular celular))❍❍ p.ex. CDPD, 10’sp.ex. CDPD, 10’s Kbps Kbps

❒❒ SatéliteSatélite❍❍ CanaisCanais de de até até 50Mbps ( 50Mbps (ou múltiplos canais menoresou múltiplos canais menores))❍❍ Retardo pontoRetardo ponto a a ponto ponto de 270 ms. de 270 ms.❍❍ GeosíncronoGeosíncrono X LEOS ( X LEOS (Low Earth Orbit SatelliteLow Earth Orbit Satellite))



37


Atrasos / Atrasos / DelaysDelays

38


Retardo em redes de pacotesRetardo em redes de pacotesPacotes experimentamPacotes experimentam

retardo retardo em caminhosem caminhosfim a fim.fim a fim.

❒❒ QuatroQuatro causas de causas deretardo a cada enlace.retardo a cada enlace.

❒❒ Processamento no nó:Processamento no nó:❍❍ Verifica erros de bitsVerifica erros de bits❍❍ Determina enlace saídaDetermina enlace saída

❒❒ FilasFilas❍❍ Tempo gasto aguardandoTempo gasto aguardando

envio no enlace de saída.envio no enlace de saída.❍❍ Depende do nível deDepende do nível de

congestionamento.congestionamento.A

B

propagação

transmissão

Processamentono nó enfileiramento

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Atrasos ou Atrasos ou retardosretardos ( (delaysdelays))

Enquanto um pacote viaja de um nó (seja um host ou router) até o nósubseqüente, o pacote sofre diversos tipos diferentes de retardo (ouatraso) em cada nó ao longo do trajeto.

Os mais importantes atrasos são:

•Atraso de processamento nodal (referente a cada nó) � dpro•Atraso de enfileiramento � dqueue•Atraso de transmissão � dtrans•Atraso de propagação � dprop

Atraso nodal total �� dnodal .

40


Atraso de ProcessamentoAtraso de Processamento

• Atraso de Processamento : O tempo requerido para examinar ocabeçalho do pacote e determinar onde enviar o pacote é parte do atrasoprocessamento.

• O atraso de processamento pode também incluir outros fatores, taiscomo o tempo necessário para verificar se há erros eventualmenteocorridos ao transmitir os bit do pacote do host ao router A.

• Os atrasos de processamento em routers de alta-velocidade estãotipicamente na ordem dos microsegundos ou menores. Após esteprocessamento nodal, o router envia o pacote à fila que precede a ligaçãoaté o router B.

41


Uma vez na fila, o pacote experimenta um atraso de enfileiramentoenquanto espera para ser transmitido na ligação.

O atraso de enfileiramento de um pacote específico dependerá daquantidade de outros pacotes, que chegaram anteriormente, e que sãoenfileirados e estão aguardando a transmissão através do link.

O atraso de um dado pacote pode variar significativamente de pacote parapacote.

Se a fila estiver vazia, e nenhum outro pacote estiver sendo transmitido nomomento, então o atraso de enfileiramento do pacote é zero.

Já se o tráfego for pesado, e muitos outros pacotes também estiveremesperando para ser transmitidos, o atraso de enfileiramento será longo.

O atraso de fila (O atraso de fila (queue delayqueue delay))

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Atraso de transmissão (1)Atraso de transmissão (1)Pacotes são transmitidos à maneira first-come-first-serve, como écomum na Internet, nosso pacote pode ser transmitido, se todos ospacotes que chegaram antes tenham sido transmitidos.

Denote o comprimento do pacote por L bits, e considere a taxa datransmissão da ligação do router A ao router B de R bits/sec.

A taxa R é determinada pela taxa da transmissão da ligação aorouter B.

• Ethernet 10-Mbps, a taxa é R = 10 Mbps• Ethernet 100-Mbps, a taxa é R = 100 Mbps

O atraso de transmissão (chamado também de atraso store-and-forward) é L/R. Esta é a quantidade de tempo requerida paratransmitir todos os bits do pacote no link. Na prática, os atrasos datransmissão estão tipicamente na ordem dos microsegundos oumenos.



43


Atraso de transmissão (2)Atraso de transmissão (2)❒❒ RR= banda do enlace= banda do enlace

((bpsbps))❒❒ LL= tamanho do pacote= tamanho do pacote

(bits)(bits)❒❒ Tempo para transmitirTempo para transmitir

pacote no enlace = pacote no enlace = L/RL/R

A

B

propagação

transmissão

!! ATENÇÃO!! cuidado para!! ATENÇÃO!! cuidado paranão confundir com “não confundir com “retardo deretardo depropagaçãopropagação” (mais adiante)” (mais adiante)

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Atraso na PROPAGAÇÃO (1)Atraso na PROPAGAÇÃO (1)PROPAGAÇÃO:PROPAGAÇÃO:

Uma vez que um bit seja empurrado no link, ele necessita propagar para oroteador seguinte (B). O tempo gasto para propagar do começo do link atéo router B é o atraso da propagação. O bit propaga na velocidade dapropagação do link.

A velocidade da propagação depende do meio físico do link (isto é, fibramultimodo, fio de cobre par-trançado, e assim por diante) e está na escala de2x10 8 m/s a 3x10 8 m/s ( ≅ velocidade de luz).

O atraso da propagação é a distância entre dois routers dividida pelavelocidade da propagação no link. Isto é, o atraso da propagação é d/s,onde d está a uma distância entre o router A e o router B, e s é a velocidadeda propagação do link.

Em redes WAN, os atrasos da propagação estão na ordem dos milisegundos.

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Atraso na PROPAGAÇÃO (2)Atraso na PROPAGAÇÃO (2)Retardo de Retardo de propagaçãopropagação::❒❒ d = comprimento do enlaced = comprimento do enlace❒❒ s = velocidade des = velocidade de

propagação (~2x10propagação (~2x1088

m/m/secsec))❒❒ Retardo propagação = d/sRetardo propagação = d/s

Note: Note: ss e e RR sãosãoquantidadesquantidades

muitomuito diferentesdiferentes!!

A

B

propagação

transmissão

Processamentono nó enfileiramento

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Comparando atrasos de propagação eComparando atrasos de propagação ede transmissãode transmissão

Importante entender a diferença entre o atraso detransmissão e o atraso de propagação. A diferença é sutil, masimportante.

Atraso da transmissão: quantidade de tempo exigida para orouter EMPURRAR o pacote. É uma função do comprimentodo pacote e da taxa da transmissão do link, mas não tem nadafazer com a distância entre os dois routers.

Atraso da propagação: tempo que um bit leva para propagarde um router ao seguinte. É uma função da distância entre osdois routers, mas não tem nada ver com o comprimento do pacote,nem com a taxa da transmissão da ligação.

47


Analogia da rodovia (1)Analogia da rodovia (1)

❒ Uma analogia pôde esclarecer as noçõesdo atraso da transmissão e da propagação.

❒ Considere uma estrada que tenha umacabine do pedágio cada 100 quilômetros.

❒ Pensar nos segmentos da estrada entrecabines do pedágio como os links, e ascabines do pedágio como routers.

48



❒ Suponha que os carros viajam na estradaa uma taxa (instantânea) de 100 km/h(isto é, a propagação).

❒ Há uma caravana de 10 carros que estãoviajando juntos.

❒ Pensar em cada carro como um bit.❒ Cada cabine do pedágio presta serviços

para cada carro em um tempo de 12segundos (isto é, “transmite” a 5carros/minuto).



49



❒❒ A caravana são os únicos carros naA caravana são os únicos carros naestrada.estrada.

❒❒ Sempre que o Sempre que o primeiro carroprimeiro carro da caravana da caravanachega em uma cabine do pedágio, chega em uma cabine do pedágio, esperaesperaaté os nove outros carros chegarematé os nove outros carros chegarem e se e sealinharem atrás dele (caravana inteira éalinharem atrás dele (caravana inteira é“armazenada" na cabine do pedágio antes“armazenada" na cabine do pedágio antesde começar ser “enviada").de começar ser “enviada").

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❒ O tempo requerido para a cabine dopedágio “empurrar” (servir) a caravanainteira na estrada é:

[ 10 carros / (5 carros/minuto) ] = 2 minutos2 minutos.

Este tempo é Este tempo é análogo ao atraso daanálogo ao atraso datransmissãotransmissão em um em um routerrouter.

51



❒❒ O tempo para um carro viajar desde aO tempo para um carro viajar desde asaída de uma cabine do pedágio, até asaída de uma cabine do pedágio, até acabine seguinte é:cabine seguinte é:

100 km / (100 km/h) = 1 hora100 km / (100 km/h) = 1 hora..

Este tempo é análogo ao atraso daEste tempo é análogo ao atraso dapropagaçãopropagação..

E o tempo decorrido a partir de quando a caravana estiver “armazenada" na frente de umaE o tempo decorrido a partir de quando a caravana estiver “armazenada" na frente de umacabine do pedágio, até que a caravana esteja “armazenada" na frente da cabinecabine do pedágio, até que a caravana esteja “armazenada" na frente da cabineseguinte é o resultado da seguinte é o resultado da soma da "atraso transmissão" soma da "atraso transmissão" e do e do “atraso da“atraso dapropagação"propagação" - neste exemplo - neste exemplo, 62 minutos, 62 minutos..

52



❒ E se o tempo de serviço da cabine do pedágiopara uma caravana, fosse maior do que otempo de serviço exigido para um carroviajar entre cabines do pedágio?

❒ Suponha carros viajem a 1.000 km/h, e sendo servidos pelacabine do pedágio a uma taxa de apenas 1 carro por o minuto.❒❒ AtrasoAtraso de viagem de viagem entre as cabinesentre as cabines do pedágio é apenas do pedágio é apenas 66minutosminutos, e o tempo para , e o tempo para servir a uma caravana é servir a uma caravana é 10 minutos10 minutos..

❒❒ Primeiros carros da caravana chegarão na segunda cabinePrimeiros carros da caravana chegarão na segunda cabinedo pedágio do pedágio antesantes mesmo que os últimos carros na caravana mesmo que os últimos carros na caravanasaiam da primeira cabine do pedágio.saiam da primeira cabine do pedágio.

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Em redes de pacotesEm redes de pacotes

❒❒ O mesmo ocorre em redesO mesmo ocorre em redes packetpacket--switchedswitched: os primeiros bits em: os primeiros bits emum pacote podem chegar em um router quando muitos dos bitsum pacote podem chegar em um router quando muitos dos bitsrestantes no pacote ainda esperam para ser transmitidos pelo routerrestantes no pacote ainda esperam para ser transmitidos pelo routerprecedente.precedente.

❒ Considerando dproc, dqueue, dtrans, e dprop denotando respectivamenteo atraso de processamento, o atraso de enfileiramento, o atraso detransmissão, e atraso de propagação, o atraso nodal total é dadopor

dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

A contribuição destes componentes do atrasopode variar significativamente.

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Contribuição dos componentesContribuição dos componentes

❒ dprop é insignificante (alguns microsegundos) para uma ligação queconecta dois routers dentro da mesma empresa; e pode sercentenas de milisegundos para dois routers ligados por um satélitegeoestacionário, e pode ser o termo dominante em dnodal.

❒ dtrans é insignificante para taxas da transmissão iguais ou superioresa 10 Mbps (LANs), e pode ser centenas dos milisegundos parapacotes grandes emitidos sobre links de Internet em modems de28,8 Kbps.

❒ dproc é freqüentemente insignificante; entretanto, influenciafortemente o throughput máximo de um router, que é a taxa máximaem que um router pode enviar pacotes.



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Queue delayQueue delay - o atraso de fila (1) - o atraso de fila (1)

❒ Ao contrário de outros três atrasos (a saber, dproc, dtrans, e dprop ) oatraso de fila pode variar de pacote para pacote.

❒ Exemplo: se 10 pacotes chegarem em uma fila vazia ao mesmotempo, o primeiro pacote transmitido não sofrerá nenhum atrasode fila, enquanto o último pacote transmitido sofrerá um atrasode fila relativamente grande (enquanto espera outros novepacotes serem transmitidos).

❒ Ao caracterizar o atraso de fila, usa-se medidas estatísticas, taiscomo o atraso médio da fila, a variança do atraso, e aprobabilidade que o atraso de fila exceda algum valor específico.

❍ Quando o atraso de fila é grande e quando é insignificante? Depende da taxa emque o tráfego chega à fila, à taxa da transmissão do link, e à natureza dotráfego de entrada, isto é, se o tráfego chega periodicamente, ou se chega emrajadas (bursts).

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❒ Denote como sendo “a” a taxa média em que os pacoteschegam à fila (a é dado em pacotes/seg).

❒ R é a taxa da transmissão, isto é, a taxa em que os bits sãoeliminados da fila (em bits/seg).

❒ Suponha também, para simplicidade, que todos os pacotesconsistem em L bits.

❒ Então a taxa média em que os bits chegam à fila é(La) bits/seg

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❒ Suponha que a fila é muito grande, e podeacomodar essencialmente um númeroinfinito dos bits. (mentira!!! - mais adiante)

❒ A relação La/R, é chamada de intensidadedo tráfego, e representa um papelimportante para estimar o atraso da fila.

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• Se La/R > 1 : taxa média em que os bits chegam à filaexcede a taxa em que os bits podem ser transmitidos dafila. A fila tende a aumentar sem limite, e o atraso de fila seaproxima de infinito!

❒ Se La/R ≤≤≤≤ 1: A natureza do tráfego de entrada causaimpacto no atraso de fila.

❍ Se os pacotes chegarem periodicamente, isto é, um pacotechegando a cada L/R segundos, então cada pacote chegará auma fila vazia e não haverá nenhum atraso de fila.

❍ Se os pacotes chegarem em rajadas, mas periodicamente,pode haver um atraso de fila médio significativo.

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❒ Exemplo: N pacotes chegam ao mesmotempo a cada (L/R)N segundos.

• O primeiro pacote transmitidonão tem nenhum atraso de fila.

• O segundo pacote transmitido tem um atraso de fila deL/R segundos.

• O n-ésimo pacote transmitido tem um atraso de fila de(n - 1)L/R segundo.

❒❒ Exercício: Calcular o atraso médio total de enfileiramento neste exemplo.Exercício: Calcular o atraso médio total de enfileiramento neste exemplo.

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Atraso em filas (revisado)Atraso em filas (revisado)

❒❒ R=banda do enlace (R=banda do enlace (bpsbps))❒❒ L=comprimento do pacoteL=comprimento do pacote

(bits)(bits)❒❒ a=taxa média de chegadasa=taxa média de chegadas

IntensidadeIntensidade de de tráfegotráfego = La/R = La/R

❒❒ La/R La/R ≅≅ 0 : Retardo médio de fila pequeno 0 : Retardo médio de fila pequeno❒❒ La/R La/R →→ 1 : Atrasos aumentam. 1 : Atrasos aumentam.❒❒ La/R > 1 : Chega mais “trabalho” do que aLa/R > 1 : Chega mais “trabalho” do que a

capacidade do serviço, retardo médio infinito!capacidade do serviço, retardo médio infinito!



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Descarte (Descarte (DropDrop) de pacotes) de pacotes

❒ A capacidade da fila não é infinita, os atrasos de pacote não seaproximam realmente a infinito. Eles se perdem.

❒ Um pacote pode chegar e encontrar uma fila cheia. Sem lugar paraarmazenar tal pacote, um router descartará (“drop”) esse pacote,isto é, o pacote será perdido.

❒ De um ponto de vista da extremidade do sistema, isto parece comum pacote que está sendo transmitido para núcleo da rede, masnunca emergindo da rede no destino.

❒ A fração de pacotes perdidos aumenta enquanto a intensidadedo tráfego aumenta. Consequentemente, o desempenho em um nóé medido não somente nos termos do atraso, mas também nostermos da probabilidade da perda do pacote.

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O atraso total fim-a-fimO atraso total fim-a-fim❒❒ Até este ponto foi focalizado no atraso Até este ponto foi focalizado no atraso nodalnodal, isto é, o atraso , isto é, o atraso em um único routerem um único router..

❒ Deve-se tratar o atraso TOTAL da origem ao destino. Suponha que há outros (Q-1)routers entre o host origem e o host de destino. Suponha que:

1.) A rede não é congestionada os atrasos de fila são insignificantes).2.) O atraso de processamento em cada router e também na origem é dproc

3.) A taxa de transmissão de cada router e do host de origem é R bits/sec4.) O atraso de propagação entre cada par ou routers, e entre o host origem e o primeiro

router é dprop.

Os atrasos nodais se acumulam, resultando em um atraso fim-a-fim:

dend-end = Q (dproc + dtrans + dprop)

dtrans = L/R, onde L é o tamanho do pacote.

❒ Exercício: generalizar esta fórmula para um exemplo de atrasos heterogêneos nos nós e na presençade um atraso médio de enfileiramento em cada nó.

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Camadas de ProtocolosCamadas de Protocolos

Montando redes como peças de Montando redes como peças de LegoLego

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“Camadas” de Protocolos“Camadas” de ProtocolosRedes são complexas!Redes são complexas!❒❒ Muitos componentes:Muitos componentes:

❍❍ Hosts.Hosts.❍❍ Roteadores.Roteadores.❍❍ LinksLinks de diversos de diversos

meios.meios.❍❍ Aplicações.Aplicações.❍❍ Protocolos.Protocolos.❍❍ Hardware,Hardware,

software...software...

Pergunta:Pergunta:Existe alguma esperança deExiste alguma esperança de

organizarorganizar a estrutura da a estrutura darede?rede?

Ou, pelo menos, organizarOu, pelo menos, organizarnossa nossa discussãodiscussão de de

redes?redes?

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Organização de viagens aéreasOrganização de viagens aéreas

❒❒ Uma série de passos...Uma série de passos...

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem

roteamento do avião

passagem (reclama)

bagagem (recupera)

portão (desembarque)

aterrissagem

roteamento do aviãoroteamento do avião

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Organização de viagens aéreasOrganização de viagens aéreas: outra visão: outra visão

Camadas: Camadas: cada camada cada camada implementa um serviço.implementa um serviço.❍❍ Através das Através das ações internasações internas da própria camada. da própria camada.❍❍ Usando os Usando os serviços providos pela camada inferior.serviços providos pela camada inferior.

passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem


passagem (reclama)

bagagem (recupera)


aterrissagem

roteamento do aviãoroteamento do avião



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Viagens aéreas em camadas: serviçosViagens aéreas em camadas: serviços

Entrega balcão a balcão de passageiros / bagagem

Entrega de bagagem do check-in à esteira

Entrega pessoas: pessoal embarque - ao pessoal desembarque

Entrega de avião: aeroporto a aeroporto

Roteamento do avião da origem ao destino

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Implementação distribuída da funcionalidade das camadasImplementação distribuída da funcionalidade das camadas

Aero

porto

de

emba

rque

Aer

opor

to d

e de

sem

barq

ue

locais intermediários de tráfego aéreo


passagem (compra)

bagagem (entrega)

portão (embarque)

decolagem


passagem (reclama)

bagagem (recupera)


aterrissagem




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PorPor que usar camadas? que usar camadas?Ao lidar com sistemas complexos:Ao lidar com sistemas complexos:❒❒ Estrutura explícita permite identificação, relações entreEstrutura explícita permite identificação, relações entre

componentes de sistema complexo.componentes de sistema complexo.❍❍ Modelo de referênciaModelo de referência para discussão. para discussão.

❒❒ Modularização facilita manutenção, atualização doModularização facilita manutenção, atualização dosistemasistema❍❍ Mudanças de implementação do serviço da camadaMudanças de implementação do serviço da camada

é transparente ao resto do sistema.é transparente ao resto do sistema.❍❍ Exemplo: mudança no procedimento do portãoExemplo: mudança no procedimento do portão

não afeta o resto do sistema.não afeta o resto do sistema.❒❒ O uso de camadas podem causar danos?O uso de camadas podem causar danos?

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Pilha de protocolos da InternetPilha de protocolos da Internet❒❒ Aplicação:Aplicação: suporta aplicações de rede suporta aplicações de rede

❍❍ FTP, SMTP, HTTP.FTP, SMTP, HTTP.

❒❒ Transporte:Transporte: transferência de dados transferência de dadosentre sistemas terminaisentre sistemas terminais❍❍ TCP, UDP = transporte.TCP, UDP = transporte.

❒❒ Rede:Rede: roteamento de datagramas da roteamento de datagramas daorigem ao destinoorigem ao destino❍❍ IP = protocolos de roteamentoIP = protocolos de roteamento

❒❒ Enlace:Enlace: transferência de dados entre transferência de dados entreelementos de rede vizinhoselementos de rede vizinhos❍❍ PPP, PPP, ethernetethernet..

❒❒ Física:Física: bitsbits “nos fios”. “nos fios”.

aplicação

transporte

rede

enlace

física

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Camadas: comunicação lógicaCamadas: comunicação lógica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

redeenlacefísica

Cada camada:Cada camada:❒❒ Distribuída.Distribuída.❒❒ “Entidades”“Entidades”

implementamimplementamfunções dafunções dacamada emcamada emcada nó.cada nó.

❒❒ EntidadesEntidadesrealizam ações,realizam ações,trocamtrocammensagensmensagenscom pares.com pares.


redeenlacefísica aplicação

transporterede

enlacefísica


redeenlacefísica

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Camadas: comunicação Camadas: comunicação lógicalógica


redeenlacefísica


redeenlacefísica application

transportnetwork

linkphysical


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

ExEx. transporte. transporte❒❒ Obtém dados daObtém dados da

aplicação.aplicação.❒❒ Inclui endereços,Inclui endereços,

infoinfo para paraconfiabilidade paraconfiabilidade paraformar “datagrama”.formar “datagrama”.

❒❒ Envia datagrama aoEnvia datagrama aopar.par.

❒❒ Espera receberEspera receber ack ack(confirmação) do(confirmação) dopar.par.

❒❒ Analogia: correios.Analogia: correios.

dados

transport

transport

ack



73


Camadas: comunicação físicaCamadas: comunicação física


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica


redeenlacefísica

redeenlacefísica

dados

dados

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Comunicação físicaComunicação física

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Camadas de protocolos e dadosCamadas de protocolos e dados❒❒ Cada camada recebe dados da camada superior.Cada camada recebe dados da camada superior.❒❒ Acrescenta cabeçalho com informação para criar novaAcrescenta cabeçalho com informação para criar nova

unidade de dados.unidade de dados.❒❒ Passa nova unidade de dados para camada inferior.Passa nova unidade de dados para camada inferior.


redeenlacefísica


redeenlacefísica

origem destinoMMMM

Ht

HtHnHtHnHl

MMMM

Ht

HtHnHtHnHl

mensagemsegmento

datagramaquadro

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Relação da pilha e os Relação da pilha e os PDUsPDUs

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BackbonesBackbones, , NAPsNAPs e e ISPs ISPs (1)(1)

❒ Internet é hierárquica.❒ De cima para baixo: a hierarquia consiste nos sistemas de

extremidade (PCs, hosts, servers, etc...) conectados aosprovedores de serviço locais da Internet (Internet ServiceProviders - ISPs).

❒ Os ISPs locais são conectados a ISPs regionais, que sãoconectados a ISPs nacionais e internacionais.

❒ Os ISPs nacionais e internacionais são conectadosjuntos no topo do nó mais elevado na hierarquia.

❒ Os novos nós podem ser adicionados apenas como umaparte nova de Lego pode ser unida a uma construçãoexistente de Lego.

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BackbonesBackbones,, NAPsNAPs e e ISPsISPs (2)(2)

❒❒ No ponto mais alto da hierarquia No ponto mais alto da hierarquia →→ osos ISPs ISPs nacionais nacionais, que são, que sãochamados os fornecedores de serviço nacionais (chamados os fornecedores de serviço nacionais (National ServiceNational ServiceProvidersProviders - - NSPs NSPs).).

❒❒ OsOs NSPs NSPs formam uma espinha dorsal ( formam uma espinha dorsal (backbonebackbone) de redes) de redesindependentesindependentes que se espalham no país (e muitas vezes se estendem que se espalham no país (e muitas vezes se estendemtambém ao exterior).também ao exterior).

❍❍ Da mesma forma que existem várias companhias telefônicas de longa distânciaDa mesma forma que existem várias companhias telefônicas de longa distância(interurbanas), há vários(interurbanas), há vários NSPsNSPs que competem entre si pelo o tráfego e que competem entre si pelo o tráfego e pelos pelosclientes.clientes.

❒❒ OsOs NSPs NSPs existentes incluem existentes incluem EmbratelEmbratel, , GlobalOneGlobalOne, , NetStream NetStream (AT&T),(AT&T),COMSAT, COMSAT, DiveoDiveo, IMPSAT, RNP, Brasil , IMPSAT, RNP, Brasil TelecomTelecom,, Telemar Telemar, Telefônica, dentre, Telefônica, dentreoutyrosoutyros. . OsOs NSPs NSPs têm tipicamente links de transmissão de alta têm tipicamente links de transmissão de altavelocidadevelocidade, com as larguras de banda que variam de 1,5, com as larguras de banda que variam de 1,5 Mbps Mbps a 622 a 622 Mbps Mbpse até mais. Cada NSP tem também muitos hubs que interconectam seuse até mais. Cada NSP tem também muitos hubs que interconectam seuslinks e onde oslinks e onde os ISPs ISPs regionais podem se ligar ao NSP. regionais podem se ligar ao NSP.



79



❒❒ OO NSPs NSPs devem ser interconectados entre si. devem ser interconectados entre si.❍❍ Suponha um ISP regional, comoSuponha um ISP regional, como por por exemplo exemplo Guapiaçu Guapiaçu--NetNet, é, é

conectado ao NSP Telefônica, e um outro ISP regional, comoconectado ao NSP Telefônica, e um outro ISP regional, como por porexemploexemplo BarraMansaNet BarraMansaNet, é conectado a NSP, é conectado a NSP Embratel Embratel. Como pode o. Como pode otráfego ser emitido entretráfego ser emitido entre Guapiaçu Guapiaçu--NetNet a a BarraMansaNet BarraMansaNet??

❒❒ A solução: introduzir centros do comutação (A solução: introduzir centros do comutação (switchingswitching), chamados), chamadosos os Pontos de Troca de TráfegoPontos de Troca de Tráfego (PTT) (PTT) ou ou Pontos de Acesso dePontos de Acesso deRedeRede ( (Network Network Access Access PointsPoints - - NAPs NAPs), que interconectam o), que interconectam o NSPs NSPs,,permitindo desse modo que cada ISP regional passe o tráfego apermitindo desse modo que cada ISP regional passe o tráfego atodo o outro ISP regional.todo o outro ISP regional.

{ Alguns dos { Alguns dos NAPsNAPs são denominados como pontos de trocas da área são denominados como pontos de trocas da áreametropolitana (metropolitana (Metropolitan Area ExchangesMetropolitan Area Exchanges - - MAEs MAEs). Nos Estados Unidos,). Nos Estados Unidos,muitos domuitos do NAPs NAPs são operados são operados por por companhias regionais ( companhias regionais (RegionalRegional Bell BellOperating CompaniesOperating Companies – – RBOCsRBOCs). }). }

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❒ Por exemplo, a Telefônica tem um NAP em São Paulo, eBrasil Telecom tem um NAP em Brasília. Além de seconectarem em NAPs, os NSPs podem se conectar tambématravés dos pontos de troca privativos (Private PeeringPoints).

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❒ NAPs transmitem e comutam volumes tremendosde tráfego de Internet eles são redes decomutação de alta-velocidade, muito complexas.

❒ Tipicamente concentradas em uma áreageográfica pequena (por exemplo, um únicoedifício, normalmente chamado de “teleporto”).

❒ Freqüentemente, os NAPs usam tecnologiaavançadas de comutação ATM (AsyncronousTransfer Mode), com o IP montado sobre o ATM.

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Redes ATM:Redes ATM: Asynchronous Transfer ModeAsynchronous Transfer Mode

Internet:Internet:❒❒ Hoje é o padrão mundialHoje é o padrão mundial

““de de factofacto” para redes de” para redes dedados.dados.

1980’s:1980’s:❒❒ ATM desenvolvido pelasATM desenvolvido pelas

telcostelcos: padrão de rede: padrão de redealternativo paraalternativo paravoz/dados em altavoz/dados em altavelocidade.velocidade.

❒❒ Padronização:ATMPadronização:ATMFórum / ITU.Fórum / ITU.

Princípios de ATM:Princípios de ATM:❒❒ Pequenas (48B de carga, 5BPequenas (48B de carga, 5B

de cabeçalho) célulasde cabeçalho) células(pacotes de tamanho fixo)(pacotes de tamanho fixo)❍❍ Comutação rápida.Comutação rápida.❍❍ Tamanho pequeno, bomTamanho pequeno, bom

para voz.para voz.❒❒ Rede deRede de CVs CVs: comutadores: comutadores

mantêm estado para cadamantêm estado para cada“chamada”.“chamada”.

❒❒ Interface bem definida entre aInterface bem definida entre a“rede” e o “usuário” (pense na“rede” e o “usuário” (pense nacompanhia telefônica).companhia telefônica).

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Camadas ATMCamadas ATM

❒❒ Camada deCamada deAdaptação ATMAdaptação ATM(AAL):(AAL): interface interfaceàs camadasàs camadassuperioressuperiores❍❍ SistemaSistema

terminalterminal❍❍ Segmentação/Segmentação/

remontagem.remontagem.❒❒ Camada ATM :Camada ATM :

comutação decomutação decélulas.células.

❒❒ Física.Física.

AALATMfísica

AALATMfísica

AALATMfísica

AALATMfísica

ATMfísica

OndeOnde ficafica a a aplicaçãoaplicação??❒❒ ATM: ATM: camada camada inferiorinferior❒❒ Só funcionalidadeSó funcionalidade❒❒ IPIP sobre sobre ATM: ATM: adianteadiante......

aplicaçãoTCP/UDP

IP

aplicaçãoTCP/UDP

IP

aplicaçãoTCP/UDP

IP

applicationTCP/UDP

IP

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Exemplo: NAP da Exemplo: NAP da PacBell PacBell de San Franciscode San Francisco



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Provedor Nacional de Backbone - RNPProvedor Nacional de Backbone - RNP

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História da Internet (1)História da Internet (1)

❒❒ 1961:1961: Kleinrock Kleinrock - teoria das - teoria dasfilas demonstra eficácia defilas demonstra eficácia decomutação de pacotes.comutação de pacotes.

❒❒ 1964:1964: Baran Baran - comutação de - comutação depacotes em redes militares.pacotes em redes militares.

❒❒ 1967:1967: ARPAnetARPAnet concebida concebidapelapela Advanced ReearchAdvanced ReearchProjects AgencyProjects Agency..

❒❒ 1969:1969: Primeiro nó Primeiro nó ARPAnet ARPAnetoperacional.operacional.

❒❒ 1972:1972:❍❍ ARPAnetARPAnet demonstrada demonstrada

publicamente.publicamente.❍❍ NCP (NCP (Network ControlNetwork Control

ProtocolProtocol) primeiro) primeiroprotocolo fim a fim.protocolo fim a fim.

❍❍ Primeiro programa dePrimeiro programa decorreio eletrônico.correio eletrônico.

❍❍ ARPAnetARPAnet tem tem 1515 nós. nós.

1961-1972: 1961-1972: princípios de comutação de pacotesprincípios de comutação de pacotes

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❒❒ 1970:1970: ALOHAnetALOHAnet rede via rede viasatélite em Havaí.satélite em Havaí.

❒❒ 1973:1973: Tese de doutorado de Tese de doutorado deMetcalfeMetcalfe propõe propõe EthernetEthernet..

❒❒ 1974:1974: Cerf Cerf & & KahnKahn - -arquitetura para interligararquitetura para interligarredes.redes.

❒❒ fim dos 70:fim dos 70: arquiteturas arquiteturasproprietárias:proprietárias: DECnet DECnet, SNA,, SNA,XNA.XNA.

❒❒ fim dos 70:fim dos 70: comutação de comutação depacotes de tamanho fixopacotes de tamanho fixo(precursor do ATM).(precursor do ATM).

❒❒ 1979:1979: ARPAnetARPAnet tem 200 nós tem 200 nós

CerfCerf & & KahnKahn: princípios de: princípios de inter inter--redes:redes:❍❍ Minimalismo, autonomia:Minimalismo, autonomia:

nenhuma mudançanenhuma mudançainterna necessária parainterna necessária parainterligar redes.interligar redes.

❍❍ Modelo de serviço deModelo de serviço demelhor esforçomelhor esforço ( (bestbest--efforteffort).).

❍❍ Roteadores sem estado.Roteadores sem estado.❍❍ Controle descentralizadoControle descentralizado

��Definem a arquiteturaDefinem a arquiteturada Internet de hoje !da Internet de hoje !

1972-1980:1972-1980: Inter Inter-redes, redes novas e proprietárias-redes, redes novas e proprietárias

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❒❒ 1983:1983: implantação de implantação deTCP/IP.TCP/IP.

❒❒ 1982:1982: definição do definição doprotocoloprotocolo smtp smtp (e- (e-mailmail).).

❒❒ 1983:1983: definição do DNS definição do DNSpara tradução de nomepara tradução de nomepara endereço IP.para endereço IP.

❒❒ 1985:1985: definição do definição doprotocolo protocolo ftpftp..

❒❒ 1988:1988: TCP: controle de TCP: controle decongestionamento.congestionamento.

❒❒ Novas redes nacionais:Novas redes nacionais:CsnetCsnet,, BITnet BITnet,, NSFnet NSFnet,,MinitelMinitel..

❒❒ 100,000 hosts ligados à100,000 hosts ligados àconfederação de redes.confederação de redes.

❒❒ Brasil - início daBrasil - início da BITnet BITnetem 1988 (LNCC eem 1988 (LNCC eFAPESP)FAPESP)

❒❒ Brasil - início da UUCPBrasil - início da UUCPem 1989 (em 1989 (AlternexAlternex))

1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes

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❒❒ Início dos 1990: fim daInício dos 1990: fim daARPAnetARPAnet

❒❒ 1991: 1991: NSF remove restrições emNSF remove restrições emuso comercial dauso comercial da NSFnet NSFnet(aposentada, 1994).(aposentada, 1994).

❒❒ Início dos 1990:Início dos 1990: WWW WWW❍❍ HypertextoHypertexto [ [BushBush 1945, 1945,

Nelson 1960’s]Nelson 1960’s]❍❍ HTML, http:HTML, http: Berners Berners--LeeLee❍❍ 1994:1994: Mosaic Mosaic, depois, depois

NetscapeNetscape❍❍ fim dos 1990:fim dos 1990:

comercialização da WWW.comercialização da WWW.

Fim dos 1990:Fim dos 1990:❒❒ Estimado em 50 milhõesEstimado em 50 milhões

de computadores nade computadores naInternet.Internet.

❒❒ Estimado em mais de 100Estimado em mais de 100milhões de usuários.milhões de usuários.

❒❒ Enlaces backboneEnlaces backbonefuncionando em 1 funcionando em 1 GbpsGbps..

1990’s: 1990’s: comercializaçãocomercialização, WWW, WWW, e-business..., e-business...

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A Internet no BrasilA Internet no Brasil

Pequena cronologiaPequena cronologia❒❒ 1991 - rede TCP/IP1991 - rede TCP/IP

experimental (SP, RJ,experimental (SP, RJ,RS) até 9.600RS) até 9.600 bps bps

❒❒ 1992 - Rede-Rio, ANSP,1992 - Rede-Rio, ANSP,RNP até 64RNP até 64 kbps kbps

❒❒ 1994/5 - RNPv2, com1994/5 - RNPv2, comenlaces de 2enlaces de 2 Mbps Mbps

❒❒ 1994/5 - abertura1994/5 - aberturacomercial,comercial, Embratel Embratel,,Comitê GestorComitê Gestor

❒❒ 1999 - criação das1999 - criação dasReMAVsReMAVs, Rede-Rio 2,, Rede-Rio 2,enlaces de 155enlaces de 155 Mbps Mbps

❒❒ 1999 - novo backbone da1999 - novo backbone daRede-UFF 622Rede-UFF 622 Mbps Mbps

❒❒ 2000 - backbone ATM2000 - backbone ATMda RNP2da RNP2

❒❒ 2001 - conexão2001 - conexãointernacional em 155internacional em 155MbpsMbps



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Capítulo 1: SumárioCapítulo 1: SumárioCobrimos muita matéria!Cobrimos muita matéria!❒❒ Visão geral da Internet.Visão geral da Internet.❒❒ O que que é um protocolo?O que que é um protocolo?❒❒ Borda e núcleo de rede,Borda e núcleo de rede,

rede de acesso.rede de acesso.❒❒ Desempenho: perdas,Desempenho: perdas,

retardo.retardo.❒❒ Modelos de camadas eModelos de camadas e

serviços.serviços.❒❒ Backbones,Backbones, PTTs PTTs,,

provedores.provedores.❒❒ HistóriaHistória❒❒ Redes ATM.Redes ATM.

Até aqui, você jáAté aqui, você jáadquiriu:adquiriu:

❒❒ Contexto, visão geral,Contexto, visão geral,intuição de redes.intuição de redes.

❒❒ Profundidade eProfundidade edetalhes maiores,detalhes maiores,mais adiantemais adiante nonocurso...curso...

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