Introdução às Redes e

Protocolos TCP/IP

Jorge Gomes

jorge@lip.pt

O curso

• Objectivos e motivação:

– Consolidar e melhorar os conhecimentos sobre redes

no grupo de computação

– Oportunidade para outros interessados

• O curso é abrangente na complexidade:

– Possui tópicos elementares

– Possui outros já bastante mais detalhados

• Conteúdo:

– Sobretudo a teoria

– Mas contém também informação mais prática

– Em termos de S.O e exemplos IOS e RH Linux

Inicio

Guerra Fria

• Em 1949 os EUA temiam um ataque nuclear massivo por

bombardeiros soviéticos

• Os bombardeiros eram cada vez mais rápidos

• O tempo entre a detecção e a chegada ao alvo era cada

vez mais curto …

Tu-16 BADGER

Guerra Fria• Surge a ideia de automatizar o processo de tratamento e

consolidação da informação dos radares e de outras fontes

• Apresentar um visão integrada em tempo real do espaço aéreo

SAGE• SAGE (Semi Automatic Ground Environment)

• Sistema semi-automatizado para seguir e interceptar aeronaves

• Usado pelo NORAD entre finais dos anos 50 e meados dos anos 80

• Projecto piloto iniciado em 1949 usando o primeiro computador

real time “whirlwind I” desenvolvido no MIT

• O projecto SAGE começou em 1954 e ficou operacional em 1959

• Project executado pelo MIT e IBM para a Força Aérea dos EUA

• Um dos maiores projectos de computação de sempre

• O SAGE estava 10 a 30 anos à frente de tudo o que então existia

SAGE• É considerado como um dos sistemas

informáticos mais complexos e mais bem

sucedidos da historia

• Contribuiu enormemente para o

desenvolvimento da computação

online, sistemas interactivos, sistemas

de tempo real, terminais CRT,

comunicações digitais, redundância

• Terá inspirado Licklider e o desenvolvimento da ARPANET

• O sistema interligava mais de 100 radares e 20 centros de

comando com computadores e operadores:

– Cada computador A/N FSQ-7 ocupava 2000m2, pesava ~275 toneladas

– Primeiro computador com memoria de anéis de ferrite (64K x 32bits)

– Cerca de 50000~60000 válvulas (????)

– Consumia 3 megawatts (????)

– Primeiro sistema hot standby havia dois computadores por centro

– Um centro de comando tinha 100 operadores e 60 técnicos da IBM

SAGE• As válvulas falhavam constantemente os técnicos

passavam o tempo a muda-las

• O sistema era redundante para poder resistir às falhas

– Isolava zonas em falha

– Existiam dois computadores em cada localização

SAGE• Mais de 7000 programadores trabalharam no projecto

• A interactividade era uma característica fundamental

SAGE

SAGE

SAGE• Todos os centros estavam interligados

• Ligações por linhas analógicas

• Comunicação digital com modems 1300 baud

• As mais extensas linhas de dados até então

SAGE

• Muito antes da Internet o SAGE foi o primeiro

sistema de computação distribuído

Inicio e Motivação• Em 1957 os Sputnik 1 e 2 são lançados para o espaço.

• Os Sputnik mostraram ao mundo as capacidades

cientificas tecnológicas da URSS.

• O Sputnik 1 pesava 83Kg o Sputnik 2 pesava 508Kg.

• O Vanguard Americano pesava 1.4Kg.

A ARPA• Como resposta à capacidade tecnológica da URSS os

EUA criam em 1958 a agencia governamental ARPA:

– Advanced Research Projects Agency

– Mais tarde (1972) Defense Advanced Research Projects

Agency (DARPA)

http://www.darpa.mil

• Princípios e objectivos da ARPA:

– Manter a tecnologia militar dos EUA à frente da URSS

– Com base no conceito de que muitas tecnologias militares (ex.

bomba atómica) não surgiram de requisitos militares

– Motor para o desenvolvimento de tecnologias com potencial

para eventual aplicação militar

– Funcionamento independente seguindo ideias inovadoras

A ARPA• Funcionamento:

– Respondia directamente ao departamento de defesa (DoD)

– Não dependia dos militares e tinha grande liberdade

– Recorria a investigadores civis e a contratos com empresas

– Financiou projectos de investigação em múltiplos domínios

– High-risk high-payoff approach

– Funcionou como fornecedor de opções tecnológicas para

aplicação em projectos militares

– Criou tecnologias como o GPS, VLSI e a Internet

– Financiou investigação que desenvolveu tremendamente as

ciências da computação

• Curiosidade:

– Antes da criação da NASA foi a ARPA que coordenou a

investigação espacial civil nos EUA

Primeiras Ideias• Em 1960 surgiram as primeiras ideias de interligar computadores

para partilha de informação:

– J.C.R. Licklider, paper: Man-Computer Symbiosis

– Computadores como ferramenta de apoio ao processo criativo humano

– Requisitos: comp. interactiva, realidade virtual, sist. Inteligentes e

redes

• Em 1957 Licklider foi presidente da BBN:

– A BBN trabalhava inicialmente em acústica mas devido aos requisitos

de calculo interessou-se pela computação

– Adquiriu um dos primeiro DEC PDP-1 onde realizou a primeira

demonstração de um sistema time-sharing

• Em 1962 Licklider ainda na BBN:

– Criou o conceito da “Intergalactic Computer Network”

– Conceito que descreve fundamentalmente o que a Internet é hoje.

Primeiras Ideias

• Licklider é considerado como uma das pessoas mais

influentes na historia da computação:

– Escreveu trabalhos importantes em psicoacustica (Harvard)

– Foi presidente da sociedade Americana de psicoacustica

– Os seu trabalho, ideias e projectos levaram à invenção das

redes de comunicação, do mouse, do hipertexto e das janelas

entre outros …

– Concebeu um dos primeiros sistemas operativos time-shared

– Acérrimo defensor da computação interactiva

– No MIT trabalhou no projecto SAGE

– Trabalhou na ARPA

– Mais tarde no MIT liderou o projecto MAC

Primeiras Ideias• Licklider é considerado como uma das pessoas mais

influentes na historia da computação:

– Em 1968 publica The Computer as a Communications Device

– Famoso também por ter criado uma cultura de gestão em que

estudantes geriam projectos milionários

Primeiras Ideias

• Em 1962 Licklider é nomeado para a ARPA para dirigir

o Information Processing Techniques Office (IPTO):• Defende a importância dos computadores na partilha da informação

• Computadores para melhorar a comunicação entre os investigadores

• Em 1963 é nomeado director do Behavioral Sciences

Command & Control Research da ARPA:– Escreve um memorando delineando uma rede para interligar

computadores tipo time-shared para ser usada pelos investigadores

da ARPA

– Financiou projectos para o desenvolvimento das tecnologias

necessárias ao desenvolvimento da rede

– Deixou as bases para a implementação da ARPANET

Primeiras Ideias

• No inicio dos anos 60 a tecnologia de comutação de

pacotes ganha forma:– Paul Baran (RAND Corp) realiza estudo para a ARPA sobre redes

(militares) sobreviventes, estabelece a comutação de pacotes como

solução para criar redes redundantes

– Donald Davies, National Physical Laboratory (NPL) Reino Unido

em paralelo estuda e propõe uma rede de comutação de pacotes

– Leonard Kleinrock (MIT)

desenvolve a teoria Matemática da comutação de pacotes

• Em 1968 tem lugar as primeira demonstração de

tecnologia de comutação de pacotes:– Donald Davies, National Physical Laboratory (NPL) Reino Unido

– A ARPANET também se inspirou nestes trabalhos

Transmissão por Pacotes

1. Segmentação dos dados em pacotes

2. Envio dos pacotes sequencialmente

3. Reconstrução dos dados no destino

A B

Segmentation Reassembly

Comutação de Pacotes

A B

C D

Comutação

de pacotes

• Cada pacote é encaminhado individualmente

• A informação para encaminhamento está distribuída por

todos os nós

• Redundância embebida no sistema

A

C

BPkt 1

B-CPkt 2

B-C

Pkt 3

B-C

Pkt 1

B-C

Pkt 2

B-C

Pkt 3

B-C

Dados para

enviar de B para C

Pkt 3

B-C

Pkt 1

B-C

Pkt 2

B-C

Pkt 3

B-C

Dados recebidos

de B para C

A ARPANET• Em 1968 a ARPA lança um concurso para desenvolvimento da

tecnologia para a ARPANET

• Entre mais de 100 empresas a “BBN technologies” ganha o

contrato, objectivo:

– Desenvolver um engenho de processamento de pacotes

– IMP Interface Message Processor

• O protocolo de comunicação host-host foi então desenvolvido por

investigadores e chamou-se NCP (Network Control Protocol)

IMP

Honeywell

DDP-516

Computador A

Computador B

Computador C

Computador D

IMP

Honeywell

DDP-516

Computador E

Computador F

Computador G

Computador H

A primeira ARPANET• A ARPANET inicial era constituída por 4 nós:

– UCLA (SDS Sigma 7)

– Stanford Research Institute (SDS 940)

– UC Santa Barbara (IBM 360/75)

– Universidade do Utah (DEC PDP-10)

• A primeira mensagem a 29 Out de 1969 22:30 PST

– UCLA SRI (resultou num crash)

Proliferação de Protocolos• Com base na ARPANET a ITU desenvolveu o standard X.25 para

comunicação por comutação de pacotes:

– A primeira rede X.25 surgiu no Reino Unido em 1974

• SERCnet mais tarde JANET a rede académica do Reino Unido

– A primeira rede X.25 comercial surge no Reino Unido em 1978

• Diversas outras redes e protocolos foram surgindo …

– Torre de Babel …

– BITNET / EARN (1981)

– DECnet (1975), SNA (1974)

– …

• Em 1979 surge o UUCP uma forma mais simples de comunicação:

– Funcionava sobre linhas alugadas, X.25 ou mesmo ARPANET

– Sobretudo modems (linhas telefónicas dialup)

– Ponto-a-ponto com store-and-forward (Sistema de filas / queueing)

– E-mail, news, transferência de ficheiros

– USENET

Origens do TCP/IP• Em 1972 Robert Kahn da ARPA recruta Vinton Cerf da

Universidade de Stanford para trabalhar:

– Na uniformização dos protocolos

– Independência dos protocolos em relação ao hardware de rede

• É Vinton Cerf que cria os protocolos TCP/IP

• Em 1973 cria um protocolo de rede “universal”

– Internetwork Protocol ou IP

• Em 1974 cria o TCP (RFC 675)

– Transmission Control Protocol

• Em 1981 surge a versão 4 do IP (RFC791)

• Em 1983 o TCP/IP tornou-se o protocolo oficial da ARPANET

• Em 1983 a componente militar da ARPANET separa-se

• Em 1984 a NSF cria a CSNET mais tarde NSFnet

Evolução

• ARPANET com

TCP/IP em 1982.

• Em 1987 havia 10000 sistemas na Internet.

• Em 1989 havia 100000 sistemas na Internet.

Europa• Em 1984 o CERN monta uma rede TCP/IP interna.

• Em 1987 o CERN compra os primeiros routers CISCO

para uso interno. Filtrar o acesso ao Cray !!!

– A cisco tinha então 20 empregados

• Em 1988 Daniel Karrenberg do CWI visita Ben Segal no

CERN procurando informação e conselho sobre o que

fazer com o lado Europeu da rede UUCP (USENET)

• Ben Segal aconselha a migração para TCP/IP e a

compra de routers CISCO.

• Em 1989 são estabelecidas os

primeiros circuitos Wide Area

Network com TCP/IP na Europa

• Em 1990 o CERN era o maior

site TCP/IP na Europa.

Crescimento• Em 1989 Tim Berners-Lee inventa o World Wide Web.

• Em 1991 é lançada a primeira versão do WWW.

• Em 1993 o NCSA lança o Mosaic web browser

• Em 1993 havia 500 servidores web que eram

responsáveis por 1% do tráfego na Internet

• Em 1994 já havia 10,000 servidores web

• Segue-se a grande explosão do uso da Internet.

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Internet hosts evolution based on ISC data

Portugal• Em 1988 as comunicações de dados eram efectuadas com modems

sobre linhas telefónicas normais ou linhas dedicadas

• Existia um serviço comercial de comutação de pacotes X.25

operado pela Telepac:

– O LIP possuía uma linha X.25 dedicada de 9600 bps

– Ligava um MicroVAX II à rede Telepac

– A rede Telepac estava ligada às suas congéneres Europeias

– A rede interna Ethernet de 10Mbps usava o protocolo DECnet

• A primeira rede TCP/IP no LIP foi estabelecida em 88/89 para uso

interno apenas:

– VAXstation 2000 (Ultrix)

– PCs com DOS (Ethernet 3COM 3C501 PC/TCP)

– VAX/VMS (CMU/Tek)

– Endereços IP fornecidos pelo nic.ddn.mil

• Para enviar mail para à Internet (e outras redes existentes)

usávamos uma gateway no CERN (mint) através de X.25

Portugal• A rede IP académica começou:

– Para dar acesso ao mini super-computador CONVEX C2

Adquirido pela FCCN e instalado no LNEC (1989)

– A rede surgiu algum tempo depois para dar acesso ao CONVEX

• O LIP instalou um circuito dedicado de 64kbps:

– Modem síncrono a 4 fios

– Router CISCO CGS+ (1x porta V35, 1x porta Ethernet 10Mbps)

– Conectividade internacional (1991)

A Internet como funciona

Internet

• O termo Internet vem de internetworking

• A ideia de interligar múltiplas redes autónomas

• Para isso é necessário um protocolo Universal TCP/IP

Internet• A Internet permite interligar redes independentes:

– Redes dos Internet Service Providers (ISP):

• Comerciais

• Académicos (NREN)

• Governamentais

– Redes de entidades diversas:

• Comerciais

• Académicas (Universidades, Instituições de investigação)

• Governamentais

• Sem fins lucrativos

• Domésticas

• A interligação destas redes pode ser complexa, uma

mesma rede pode ligar a diversas outras:

– Uma mesma rede pode ligar a mais de um ISP

– Cada ISP pode manter ligações a diversos outros ISPs

Internet

• A Internet é constituída por redes de computadores

• As redes interligam-se entre si através de routers

ISP ISP

Internet Service Providers• Fornecem conectividade IP aos seus clientes

– Os clientes pagam ao ISP pelo serviço de acesso à Internet

– Os ISP operam redes próprias às quais os clientes se ligam

• A Internet funciona na base do end-to-end connectivity

– Todas as redes têm acesso a todas as redes

– Nenhum ISP possui conectividade directa para todas as redes.

– Logo os ISPs têm de estabelecer trocas de tráfego entre si.

• Cada ISP possui ligações com outros ISPs, existem dois

tipos de ligações entre fornecedores de serviço IP:

– Peering: ligação entre dois ISPs para beneficio mutuo dos seus

clientes e negócios, as ligações de peering normalmente não

são pagas cada ISP assume a sua parcela dos custos

– Transit: um ISP paga a outro (transit provider) para poder

enviar/receber tráfego através da sua rede para outras redes

• A conectividade entre ISPs é estabelecida directamente

ou através dos Internet Exchange Points

Peering e Transito• O peering é uma troca

directa de tráfego entre

ISPs

• O peering na maior parte

dos casos não é pago

• Por vezes estabelecem-se

peering fees

• Um ISP em posição de

dominância pode exigir

uma fee a um ISP mais

pequeno para trocar

tráfego com ele na base de

que o ISP mais pequeno é

quem mais beneficia

• No entanto quando os

custos da troca directa são

mais baixos do que pagar

transito existe uma forte

motivação para peering

Internet

• A Internet não tem um backbone !!!!!

• As melhores definições de backbone da Internet

são possivelmente:

– Default-free Zone (DFZ):

• Conjunto de grandes redes que trocam informação entre si

sobre rotas e que não necessitam de fazer default routing

• Que possuem core routers com todos os destinos existentes

(ou pelo menos a grande maioria deles …)

– O “skitter core” é outra definição possível:

• Baseia-se nas grandes redes (service providers) com maior

tráfego à escala mundial de acordo com as medições da

CAIDA (http://www.caida.org/)

• O termo skitter vem do nome da ferramenta usada para

efectuar as medições

– A definição de core é quanto muito estatística …

Internet• Embora não sendo oficial é frequente classificar as

redes IP de acordo com uma nomenclatura de Tiers

– Tier-1

• Uma rede que pode aceder a todas as outras redes da Internet sem pagar

nem serviços de transito nem acordos de peering

• Tem de ter acordos de peering (não pagos) com todos os outros Tier-1s

• Os seus clientes são ISPs ou grandes empresas que pagam o transito

– Tier-2

• Uma rede que possui acordos de peering sem pagar com outras redes e que

satisfaz muita da sua conectividade Internet desta forma

• Paga transito ou fees em alguns dos acordos de peering para ter acesso às

restantes redes da Internet

– Tier-3

• Uma rede que obtém acesso Internet com base em pagamento de serviços

de transito

Internet

• Um ISP pode ter peering com outros ISPs

• As trocas de tráfego de peering entre ISPs podem ser pagas ou não

• Um ISP paga a um transit provider para ter acesso ao resto da Internet

• O pagamento é baseado no volume de tráfego (Mbps)

Clientes

Clientes

Clientes

Clientes

Clientes

ISP A ISP C

Transit

X

ISP B

Transit

Z

Clientes

Clientes

ISP D

Transit

Y

Transit

Peering

RCTS / FCCN

• O ISP do LIP é a FCCN

• A FCCN:

– é não comercial

– é um NREN

• O transit provider da

FCCN é a rede Géant

Adjacência da RCTS

Fonte: CIDR report

Géant

A rede Géant

permite

conectividade

entre as redes

dos NRENs

Europeus

A rede Géant é

um Tier-2

Géant

• Rede de fibra

• Inclui:

– rede Géant

– NRENs

Géant

Adjacência Géant

Internet Exchange Point• Internet Exchange Point (IXP)

• Infra-estrutura física onde ISPs trocam tráfego entre si

directamente permitindo:

– Melhorar a conectividade entre os ISPs beneficiando os seus

utilizadores

– Reduz a quantidade de tráfego que tem de ser enviada através

de dos transit providers

– Maior largura de banda, menor latência, menor custo

• Permite estabelecer as relações de peering

– Os acordos de peering

entre ISPs podem ser

pagos ou não

– Os IXP também são

usados para estabelecer

trocas de transit pagas

Internet Exchange Point• Um IXP é tecnicamente bastante simples:

– Um local físico

– Switch Ethernet Layer 2 para efectuar as trocas de tráfego

– Espaço para alojar equipamentos de rede dos ISPs

– Cada ISP instala um router seu no local do IXP

– Cada ISP instala e paga uma linha sua até ao seu equipamento no IXP

IXP

ISP CISP BISP A

ISP A ISP B ISP C

Instalações

do IXP

GIGA-PIX• Gigabit Portuguese Internet Exchange (GIGA-PIX)

• Operado pela FCCN interliga ISPs nacionais

• Conjunto de switches L3 Ethernet

• Cada ISP coloca no GIGA-PIX equipamento seu

• O GIGA-PIX disponibiliza nível

físico e conectividade de rede IP

• Os ISPs estabelecem as relações

de peering entre si

Packet Clearing House (PCH)

• Organização sem fins lucrativos

• Dá apoio aos exchange points:

– Na operação

– Treino do pessoal

– Criação de novos exchange points

– Esclarecimento de reguladores e governos

– Ajuda à organização

• Opera uma rede de comunicação

– Inter-Network Operations Center Dial-By-ASN (INOC-

DBA) hotline

– Rede privada altamente redundante e segura

– Interliga: Exchanges, ISPs, carriers, CSIRTS,

fabricantes, entidades ligadas à Internet

A economia das interligações

em resumo

• Apostar nas relações de peering para pagar menos aos

transit providers:

– Usar as poupanças para expandir o negocio

• Graças à expansão ter mais clientes e tráfego:

– Ficar mais atraente para outros ISPs quererem estabelecer

peering connosco

– Conseguir chegar aqueles ISPs de maior dimensão que são

mais interessantes para o peering

• Estabelecer IXPs:

– Para juntar num mesmo local o máximo de redes

– Para estabelecer mais relações de peering

– Para atrair os transit providers e criar competitividade

– Para baixar os custos ainda mais

A economia das interligações• E quando alguém recusa estabelecer uma relação de

peering ???

• Diz-se que uma grande empresa de software Americana quis

uma vez estabelecer uma relação de peering com um ISP

Europeu que recusou …

• A dita empresa descobriu qual era o transit provider mais

caro que o ISP em questão usava

• A dita empresa fez todo o seu tráfego com destino e origem

no ISP fluir através do tal transit provider

• Em breve o ISP estava a pagar um balúrdio ao transit

provider devido ao acréscimo de tráfego

• Pouco depois o ISP e a empresa estabeleceram um acordo

de peering

• …

Alguns Conceitos Sobre Redes

Níveis• Primeiro conceito

• Os protocolos de comunicação modernos são normalmente baseados em camadas (Layers).

• O modelo OSI (Open Systems Interconnection) define o processo de comunicação como um conjunto de sete níveis.

• As camadas implementam diferentes níveis de funcionalidades.

Aplicação

Transporte

Rede

Ligação

Apresentação

Sessão

Físico1

2

3

4

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6

7

Modelo OSIBibliotecas para acesso aos serviços de rede,

protocolos de alto nível, …

Conceito de ligação, transporte fiável de dados, …

Como transferir entre redes, endereçamento lógico, …

Como transferir dados, endereçamento físico, driver,…

Conversão de formatos de dados, encriptação, …

Implementa estabelecimento e fim de ligações …

Meio de comunicação, sinais, transmissão binária, …

L2

L3

Níveis• Os níveis 1 e 2 estão ambos relacionados com a tecnologia de rede

física – ex. Ethernet, FDDI, ATM, Infiniband, Fibre Channel, etc

• Os níveis 3 a 7 corresponde aos protocolos de alto nível e são implementados ao nível do sistema operativo

– ex. TCP/IP, IPX/SPX, DECnet, Appletalk, SNA, etc

Aplicação

Transporte

Rede

Ligação

Apresentação

Sessão

Físico1

2

3

4

5

6

7

Modelo OSI

Aplicação

Transporte

Rede

SSH, HTTP, e-mail, etc.

TCP, UDP

IP, ICMP, IGMP

TCP / IP

Cabos, hardware, buses,

modulação, especificações

eléctricas, mecânicas etc

Ligação Protocolo, framing binário,

correcção de erros, driver

Físico

Transmissão• Simplex

– Comunicação num só sentido

• Full Duplex

– Permite comunicação simultânea em ambos os sentidos

• Half Duplex

– Permite comunicação em ambos os sentidos mas não simultânea

• Time Division Multiplexing (TDM)

– Permite 2 ou mais canais aparentemente simultaneamente, mas de

facto transmitidos à vez em slots de tempo fixos diferentes cuja

alocação também é fixa

• Statistical Time Division Multiplexing (STDM)

– Redes de comutação de pacotes

– Não há alocação fixa de slots

– Os slots são alocados pacote a pacote

Modos de comunicação

• Connection oriented

– É preciso estabelecer uma ligação antes de poder

efectuar qualquer transmissão de dados

– Uma vez estabelecida a ligação existe um canal de

comunicação

– Exemplo: a rede telefónica

• Connectionless

– Não é necessário estabelecer uma ligação

– Cada unidade de dados é autónoma

– Cada unidade possui toda a informação necessária

para ser entregue ao destino

– Exemplo: envelope postal

LAN e WAN

• LAN - Local Area Network

– Limitação geográfica (alguns metros ou Kms)

– Baixo atraso (delay)

– Largura de banda total muito elevada

– Confinada a um domínio administrativo ou organização

– Baixa taxa de erros (bit error rate)

• WAN - Wide Area Network

– Cobre grandes distâncias geográficas

– Atraso elevado (delay)

– Largura de banda limitada

– Múltiplos domínios administrativo ou organização

– Maior taxa de erros (bit error rate)

LAN e WAN

ROUTER

LIP

FCCN /

Internet

LAN

10Gigabit Ethernet

sobre fibra óptica

10Gbase-LR (< 10Km)

10Gigabit Ethernet

sobre fibra óptica

10Gbase-SR (< 550m)

Predominância

Gigabit Ethernet

Fast Ethernet

sobre cobre

1000Base-T (< 100m)

100Base-TX (< 100m)

Wide Area Network

WAN

Local Area Network

LAN

Diferenças sobretudo ao nivel dos meios físicos de transmissão

Topologias de rede

ANEL / RING

BARRAMENTO / BUS

ESTRELA

MALHA / MESH

(parcialmente ligada)

Ponto-a-PontoPonto-multiponto

MALHA / MESH

(totalmente ligada)

Nuvens• Cada vez é mais difícil de distinguir entre:

– topologias de rede (redes híbridas)

– tipos de rede (LAN / WAN)

• Para simplificar muitas vezes representa-se as redes

como uma nuvem

• O exemplo típico é a Internet

Backbone

• Espinha dorsal de uma rede

• É a rede que interliga todas as outras redes

Rede CRede B

Rede A

Backbone da Rede

Ethernet• Inventada por Robert Metcalf e David Boggs enquanto trabalham

para a Xerox em Palo Alto:

– Primeira descrição na tese de Robert Metcalf em 1973 (Harvard)

– Inventada em 1976 e patenteada em 1977 (CSMA/CD)

• Comercialização começou em 1981 por um consorcio

– Digital, Xerox e Intel

• Tornou-se no standard IEEE802.3 (10base5) em 1983

– A Ethernet original era uma rede em bus

– Cabo coaxial grosso (thickwire)

– Comprimento máximo de 500m

– Até 1024 estações podiam ser ligadas ao mesmo cabo

– Cabo (meio de transmissão) partilhado

– Transmissão um de cada vez half duplex

• O standard IEEE802.3 (10base2) surge em 1985

– Cabo coaxial fino mais fácil e barato de instalar

– Comprimento máximo de 185m

– 30 estações

Ethernet• 10base5

– Um único cabo coaxial ao qual se acoplavam transceivers

– O cabo tinha de ser furado até ao núcleo para efectuar a acoplagem

• 10base2

– Múltiplos cabos coaxiais finos RG58 com fichas BNC nas pontas

– Ts BNC eram usados para interligar os cabos aos transceivers

• Em ambos os casos os segmentos eram terminados com

resistências de 50Ω nas duas pontas.

Token Ring• Diversas implementações:

– ATR (appolo) 1981 (12Mbits)

– ProNet 10 (proteon) (10Mbits)

– IBM Token Ring IEEE802.5 surgiu em 1984

• IBM token ring:

– Rede em anel com passagem de token

– Store-and-Forward

– Concorrente das redes Ethernet durante muitos anos

– Até 260 estações num anel lógico

– Ligações em STP a um hub central (MSAU)

– Topologia física em estrela

– 1, 4 e 16 Mbit/s

• Mais tarde o standard IEEE802.5 evoluiu para:

– 100Mbit/s e 1000Mbit/s

– sobre UTP e Fibra óptica

FDDI• Fibre Distributed Data Interface ANSI X3T9.5 (1989)

– Rede em anel com passagem de token

– Store-and-Forward

• Fibra (FDDI)

– 100Mbit/s full duplex

– Usava dois aneis de fibra

– MTU 4500 bytes

– Fibra 50/125 e 62.5/125 micron

– Máximo de 500 estações por anel

– Máximo de 2Km entre estações

– Perímetro máximo do anel 100Km

• Cobre (CDDI/TP-PMD)

– 100Mbits/s full duplex

– Distancia de cada ligação 100m

– Cabos UTP cat5 ou STP Type 1

– MTU 4500 bytes

– Topologia física em estrela com um concentrador no centro

FDDI• Foi a rede em anel mais popular em backbones

LAN C

CDDILAN B

Ethernet

LAN A

Ethernet

Backbone FDDI

Unicast/Broadcast/Multicast• Pacote Unicast quando:

– O endereço de destino é uma única estação A B

• Pacote Broadcast quando:

– O endereço de destino são todas as estações A [B-Z]

• Pacote Multicast quando:

– O endereço de destino é um conjunto A (F, B, G)

A B

A

A BGF

Frame Ethernet

Frame Ethernet

DadosHeader

Ethernet

Endereços Ethernet

de origem e destino

Comprimento

Tipo de dados

• Um pacote Ethernet chama-se frame

• O formato do frame Ethernet IEEE 802 é comum a diversas tecnologias

• Um frame Ethernet possui um header que contém:

– Endereço Ethernet (MAC) de origem

– Endereço Ethernet (MAC) de destino

– Comprimento do frame

– Tipo de dados que transporta

– No final possui um trailer

Dentro da zona de

dados pode ir por

exemplo um pacote

“TCP/IP”

Trailer

Preambulo

Inicio de

frame

Header

Ethernet

Frame Ethernet

endereço

Origem

(6)

trailer

CRC32

(4)

endereço

Destino

(6)

tipo

(2)

Encapsulamento Ethernet original (RFC 894)

Dados Trailer

• Após a transmissão de cada pacote há uma pausa equivalente à

transmissão de 96 bits designada por interframe gap

– Preparar a recepção do próximo frame

– Evitar situações pouco claras de colisão entre duas transmissões consecutivas

O Ethertype identifica o conteúdo ou seja Identifica o protocolo L3

IPv4, IPv6, ARP, IPX, DECnet, NetBIOS Frames (NBF), LLDP …

http://standards.ieee.org/regauth/ethertype/eth.txt

Payload

DADOS + Padding se necessário

(46-1500)

Frame Ethernet

• Endereço Ethernet é conhecido por vários nomes:

– Medium Access Control address (MAC address)

– Ethernet Hardware address

– Physical address

– Hardware address

• Representação típica

– Hexadecimal

– AA-BB-CC-DD-EE-FF

– AA:BB:CC:DD:EE:FF

http://en.wikipedia.org/wiki/File:MAC-48_Address.svg

Frame Ethernet

• Cada interface Ethernet possui um endereço único

• Cada endereço Ethernet (MAC) possui 48 bits

• O endereço MAC de uma interface Ethernet pode ser

reprogramado:

– Para usar endereços atribuídos localmente

– Para suportar protocolos que não possuam a funcionalidade de

“Ethernet Address Discovery” (DECnet):

• Os endereços das interfaces eram reprogramados em função do endereço

DECnet

• No boot o protocolo DECnet tinha de ser inicializado primeiro

• AA-00-04-00-xx-yy

– Para evitar uma mudança de endereço em caso de substituição

da interface Ethernet

– Muito usado para crackar sistemas