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Redes de Computadores

Prof. César Melo

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Parte I: Introdução

Objetivos: ● Introduzir conceitos

básicos em redes ● Abordagem:

– descritiva– Internet como

exemplo

Conteúdo do capítulo:● O que é a Internet?● Estrutura da rede

– periferia da rede– núcleo da rede

● backbones, NAPs, ISPs● Protocolos e hierarquia de

protocolos, modelos de serviços

Ler capítulo 1 do livro texto

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O que é a Internet?

● “é a rede MUNDIAL de computadores.”– Definição feita de um alto nível de

abstração– Acesso o Facebook; – Twitto; – Instagram; – email

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Internet, tecnicamente

falando● Definida

– Em termo dos componentes(H/S) que formam a rede;

● Sistemas finais;● Enlaces de comunicação;● Protocolos de comunicação

– Em termo dos serviços prestados.● Aplicações distribuídas● Para comunicação

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● Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas fnais– Estações de trabalho,

servidores– PDA’s, fones, torradeiras

executando aplicativos ● Enlaces de comunicação

– fíbras óticas, cobre, rádio, satélite

● roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede

ISP local

redecoorporativa

ISP regional

roteador estaçãoservidor

móvel

Componentes

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● protocolos: controla o envio e recebimento de msgs– e.g., TCP, IP, HTTP, FTP

● Padrões Internet – RFC: Request for

comments– IETF: Internet Engineering

Task Force

ISP local

redecoorporativa

ISP regional

roteador estaçãoservidor

móvel

Componentes...

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● Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas:– WWW, e-mail, jogos,

comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos (MP3)

● Serviços de comunicação:– sem conexão– orientado à conexão

Serviços

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exemplo




protocolos, modelos de serviços


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exemplo



● backbones, NAPs, ISPs● Protocolos e a hierarquia de

protocolos


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● Periferia da rede:– aplicações e hosts

● Núcleo da rede: – roteadores– redes de redes

● redes de acesso, meio físico: – enlaces de

comunicação

Estrutura da Rede

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● Sistemas finais (hosts):– executam aplicativos– WWW, email, Mídia social– “na periferia da rede”

● modelo cliente/servidor – host cliente envia requisição,

servidor executa serviço– e.g., cliente WWW(browser)/

servidor; email cliente/servidor● modelo ponto-a-ponto (P2P) :

– Interação simétrica entre hosts;– Mínimo (ou nenhum) uso de

servidores dedicados;

Periferia da Rede

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Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais

● handshaking: estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados– TCP - Transmission

Control Protocol – Serviço orientado à

conexão da Internet

Serviços TCP [RFC 793]● Confável, em seqüência,

(byte-stream) – Perdas: confirmações e

retransmissões ● Controle de fluxo:

– transmissor não sobrecarrega o receptor;

● Controle de congestionamento: – transmissor dimui taxa de

transmissão quando a rede está congestionada

Serviço orientado à conexão

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Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais

● UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet – transferência não-

confiável– sem controle de

fluxo– sem controle de

congestionamento

Aplicações típicas que usam TCP:

● HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP (e-mail)

Aplicações típicas que usam UDP

● áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet

Serviço não orientado a conexão

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● Malha de roteadores interconectados

● Questão fundamental: Como os dados são transferidos na rede?– comutação de circuitos:

circuitos dedicados – antiga rede telefônica

– comutação de pacotes: dados enviados pela rede em “blocos”

O Núcleo da Rede

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Recursos reservados fim-a-fim para uma chamada ( “call”)

● banda passante do enlace, capacidade do comutador

● recursos dedicados: não há compartilhamento

● desempenho garantido● Estabelecimento de

circuito obrigatório

Comutação de Circuitos

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Banda passante dividida em “fatias”

● “fatias” de recursos alocados às chamadas

● desperdício: caso recurso não esteja sendo utilizado

● Divisão da banda passante– Divisão por

freqüência– Divisão por tempo

❒ Divisão da banda passante❍ Atribui diferentes

freqüências❍ Atribui banda em

diferentes intervalos de tempo

Comutação de Circuitos

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Fluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes

● pacotes compartilham recursos da rede

● cada pacote usa totalmente a banda passante do enlace

● recursos usados qdo necessário

Contenção de(briga por) recursos:

❒ a demanda por recursos pode ultrapassar o volume de recurso disponível

❒ congestionamento: enfileiramento para uso do enlace

❒ Armazena-e-retransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vez

❍ transmitem e esperam a vez

Divisão da banda em fatiasAlocação

Reserva de recursos

Comutação de Pacotes

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Comutação de Pacotes: multiplexação estatística

A

B

C10 MbsEthernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

Multiplexação estatística

Fila de pacotesesperando no enlace

de saída

Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes

● existem outras analogias humanas?

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exemplo



● backbones, NAPs, ISPs● Protocolos e a hierarquia de

protocolos


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Estrutura Internet: rede de redes

❒ Ligeiramente hierarquizado❒ No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint,

AT&T), cobertura nacional/internacional❍ Tratamento igualitário entre os ISPs

ISP-nível-1

ISP-nível-1

ISP-nível-1

Provedores nível-1 se interconectam privativamente

NAP

provedores nível-1 também se interconectam em pontos públicos de acesso (NAP -network access points)

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ISP-nível-1: Superb Net

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ISP-nível-1: Globenet

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❒ ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais)❍ Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários

ISPs-nível-2

ISP-nível-1

ISP-nível-1

ISP-nível-1

NAP

ISP-nível-2ISP-nível-2

ISP-nível-2 ISP-nível-2

ISP-nível-2

ISPs nível2 pagam para ISPs nível1 para se conectarem a Internet ISP nível2 é um consumidor de ISPs nível 1

provedores nível-2 também se interconectam nos NAPs

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ISP-nível-2: Backbone Oi

25

ISP-nível-2: Backbone RNP

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❒ ISPs-nível-3 e ISPs locais ❍ última rede de acesso (próximo aos sistemas finais)

ISP-nível-1

ISP-nível-1

ISP-nível-1

NAP

ISP nível2ISP nível2

ISP nível2 ISP nível2

ISP nível2

ISP local

ISP local

ISP local

ISP local

ISP local ISP

nível3

ISP local

ISP local

ISP local

ISPs nível 3 e locais são consumidores de ISPs de mais alto nível que os conecta a Internet

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❒ Um pacote passa por várias redes;

ISP-nível-1

ISP-nível-1

ISP-nível-1

NAP

ISP nível2ISP nível2

ISP nível2 ISP nível2

ISP nível2

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal ISP

nível3

ISPlocal

ISPlocal

ISPlocal

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exemplo




protocolos


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Protocolos humanos:● “Que horas são?”● “Eu tenho uma

pergunta, posso?”

… Msgs específicas enviadas

… Ações específicas tomadas frente ao recebimento das msgs

Protocolos de Redes:● Máquinas ao invés de

humanos● Toda comunicação em

redes é regida por protocolos

Protocolos defnem o formato, a ordem de envio e recebimento de msgs entre entidades, bem como ações a serem tomadas para a transmissão e/ou recepção de uma mensagem ou outro evento.

O que é um protocolo?

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Exemplos de protocolos humanos e de computadores

Oi

OiQue horas

são?2:00

Resposta de conexão TCP

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

<arquivo>tempo

Solicitação de conexão TCP

Protocolos

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“Camadas” de Protocolos

As redes são complexas! ● muitos “pedaços”:

– hosts– roteadores– enlaces de diversos

meios– aplicações– protocolos– hardware, software

Pergunta: Há alguma esperança em

organizar a estrutura da rede?

Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?

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Exemplo: Uma viagem aérea

● uma série de etapas

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

decolagem

rota do vôo

bilhete (reclamação)

bagagem (recup.)

portão (desembarque)

aterrissagem

rota do vôo

Roteamento do avião

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Camadas: cada camada implementa um serviço– através de elementos da própria camada– depende dos serviços providos pela camada inferior

bilhete (compra)

bagagem (verificação)

portão (embarque)

decolagem

rota do vôo


bagagem (recup.)


aterrissagem

rota do vôo

roteamento do avião

Viagem Aérea: uma visão diferente

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Viagem aérea em camadas: serviços

Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens

transporte de bagagens

transferência de pessoas: entre portões

transporte do avião de pista a pista

roteamento do avião da origem ao destino

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Implementação distribuída da funcionalidade das camadas

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)

decolagem

rota de vôo


bagagem (recup.)


aterrissagem

rota de vôo

rota de vôo

aero

port

o de

saí

da

aero

port

o de

che

gada

Aeroportos intermediáriosrota de vôo rota de vôo

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Lidar com sistemas complexos:● estrutura explícita permite a identificação e

relacionamento entre as partes do sistema complexo– modelo de referência em camadas para discussão

● modularização facilita a manutenção e atualização do sistema– mudança na implementação do serviço da camada

é transparente para o resto do sistema– ex., mudança no procedimento no portão não afeta

o resto do sistema● Considerações não positivas com relação a

abordagem?

Por que camadas?

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● aplicação: dá suporte a aplicações de rede– ftp, smtp, http

● transporte: transferência de dados host-a-host– tcp, udp

● rede: roteamento de datagramas da origem até o destino– ip, protocolos de roteamento

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

● física: bits “no fio”

aplicação

transporte

rede

enlace

física

Pilha de protocolos Internet

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aplicaçãotransporte

redesenlacefísica


redesenlacefísica


redesenlacefísica


redesenlacefísica

redeenlacefísica

Cada camada:● distribuída● “entidades”

implementam as funções em cada nó

● entidades executam ações, trocam mensagens com os pares

Camadas: comunicação lógica

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redesenlacefísica


redesenlacefísica aplicação

transporteredesenlacefísica


redesenlacefísica

redesenlacefísica

dados

dadosEx.: camada de

transporte● recebe dados da

aplicação● adiciona

endereço e verificação de erro para formar o “datagrama”

● envia o datagrama para a parceira

● espera que a parceira acuse o recebimento (ack)

● analogia: correio

dados

transporte

transporte

ack

Camadas: comunicação lógica

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redesenlacefísica


redesenlacefísica aplicação

transporteredesenlacefísica


redesenlacefísica

redesenlacefísicol

dados

dados

Camadas: Comunicação Física

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Cada camada recebe dados da camada superior● adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova

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


redesenlacefísica


redesenlacefísica

origem destinoMMMM

Ht

HtHr

HtHrHe

MMMM

Ht

HtHr

HtHrHe

mensagem

segmento

datagrama

quadro

Camadas de protocolos e dados

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Nos Hosts: Aonde estão as camadas dos protocolos

Aplicação AplicaçãoProcesso

Rede

TransporteTransporte

Rede

Kernel

Enlace/Acesso Enlace/AcessoDrivers

Física Física

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Para pensar um pouco

● Projete e descreva um protocolo da camada de aplicação a ser usado na comunicação entre um aparelho de GPS, embarcado em um ônibus, e um servidor de mapas. O GPS ao obter as informações de posicionamento, de velocidade e de direção as envia para o servidor.– Mostre um diagrama que descreva a dinâmica das

transmissões;– Faça as suposições que você achar pertinente.

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Para a próxima aula

● Leitura indicada Seções 2.1 e 2.2;● Familiarizar com o wireshark;

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