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Redes de Computadores
1: Introdução 1
Prof. Nelson [email protected]
www.ic.unicamp.br/~nfonseca/redes
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Chapter 1Introduction
1: Introdução 2Introduction 1-2
Computer Networking: A Top Down Approach ,5th edition. Jim Kurose, Keith RossAddison-Wesley, April 2009.
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Thanks and enjoy! JFK/KWR
All material copyright 1996-2009
J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved
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Parte I: IntroduçãoObjetivos:r Introduzir conceitos básicos em redes
r dar uma visão geral da matéria, maiores detalhes ao longo do
Conteúdo do capítulo:r O que é a Internetr O que é um protocolo?r periferia da reder núcleo da rederede de acesso, meios físicos
Ler capítulo 1 do livro texto
1: Introdução 3
da matéria, maiores detalhes ao longo do curso
r Abordagem:m descritivam Internet como exemplo
r rede de acesso, meios físicosr backbones, NAPs, ISPsr noções de desempenhor hierarquia de protocolos, modelos de serviços
r história
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Aparelhos Internet interessantes
Porta retratos IP
http://www.ceiva.com/
1: Introdução 4
O menor servidor Web do mundo
http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
http://www.ceiva.com/
Tostadeira habilitada para a Web +
Previsão do tempo
http://dancing-man.com/robin/toasty/
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O que é a Internet?
r Milhões de dispositivos interconectados: hosts, sistemas finais
m Estações de trabalho, servidores
m PDA’s, fones, torradeiras
ISP local
roteador estaçãoservidor
móvel
1: Introdução 5
m PDA’s, fones, torradeirasexecutando aplicativos
r Enlaces de comunicaçãom fíbras óticas, cobre, rádio, satélite
r roteadores: encaminham pacotes (blocos) de dados ao longo da rede rede
coorporativa
ISP regional
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O que é a Internet
r protocolos: controla o envio e recebimento de msgs
m e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
r Internet: “rede de redes”m Fracamente hierarquizadaInternet pública versus
ISP local
roteador estaçãoservidor
móvel
1: Introdução 6
m Internet pública versus intranet privativas
r Padrões Internet m RFC: Request for commentsm IETF: Internet Engineering Task Force
redecoorporativa
ISP regional
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Serviços da Internetr Infraestrutura de comunicação permite aplicações distribuídas:
m WWW, e-mail, jogos, comércio eletrônico, banco de dados., compartilhamento de arquivos (MP3)
1: Introdução 7
compartilhamento de arquivos (MP3)
r Serviços de comunicação:m sem conexãom orientado à conexão
r cyberspace [Gibson]:“a consensual hallucination experienced daily by billions of operators, in every nation, ...."
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O que é um protocolo?Protocolos humanos:r “Que horas são?”r “Eu tenho uma pergunta”
Protocolos de Redes:r Máquinas ao invés de humanos
r Toda comunicação em redes é regida por protocolos
1: Introdução 8
… Msgs específicas enviadas
… Ações específicas tomadas frente ao recebimento das msgs
protocolos
Protocolos definem o formato, a ordem de envio e recebimento de msgs entre entidades e ações
realizadas
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ProtocolosExemplos de protocolos humanos e de computadores
Oi
OiResposta de
Solicitação de conexão TCP
1: Introdução 9
OiQue horas
são?2:00
Resposta de conexão TCP
Get http://gaia.cs.umass.edu/index.htm
<arquivo>tempo
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Estrutura da Rede
r Periferia da rede:aplicações e hosts
r Núcleo da rede:m roteadoresm redes de redesredes de acesso, meio
1: Introdução 10
r redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação
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Periferia da Rede:r Sistemas finais (hosts):
m executam aplicativosm WWW, emailm “na periferia da rede”
r modelo cliente/servidor m host cliente envia requisição,
1: Introdução 11
m host cliente envia requisição, servidor executa serviço
m e.g., cliente WWW(browser)/ servidor; email cliente/servidor
r modelo ponto-a-ponto :m Interação simétrica entre hosts;m Mínimo (ou nenhum) uso de
servidores dedicados;
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Periferia da Rede: serviços orientados à conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais
r handshaking:estabelecimento de
Serviços TCP [RFC 793]r Confiável, em seqüência, (byte-stream)
m Perdas: confirmações e retransmissões
Controle de fluxo:
1: Introdução 12
estabelecimento de conexão - preparação para transferência de dados
m TCP - Transmission Control Protocol
m Serviço orientado à conexão da Internet
r Controle de fluxo:m transmissor não sobrecarrega o receptor;
r Controle de congestionamento:
m transmissor dimui taxa de transmissão quando a rede está congestionada
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Controle de Fluxo
1: Introdução 13
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Controle de Congestionamento
1: Introdução 14
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Serviços não orientados a conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais
r UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da
Aplicações típicas que usam TCP:
r HTTP (WWW), FTP, Telnet, SMTP (e-mail)
1: Introdução 15
Protocol [RFC 768]: serviços sem conexão da Internet m transferência não-confiável
m sem controle de fluxom sem controle de congestionamento
Aplicações típicas que usam UDP
r áudio sob medida, teleconferência, Telefonia Internet
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O Núcleo da Rede
r Malha de roteadores interconectados
r Questão fundamental:Como os dados são transferidos na rede?
comutação de
1: Introdução 16
m comutação de circuitos: circuitos dedicados - rede telefônica
m comutação de pacotes:dados enviados pela rede em “blocos”
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Comutação de Circuitos
Recursos reservados fim-a-fim para uma chamada ( “call”)
r banda passante do enlace, capacidade do comutador
1: Introdução 17
capacidade do comutador r recursos dedicados: não há compartilhamento
r desempenho garantidor Estabelecimento de circuito obrigatório
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Comutação por Circuito
r Comutação por circuito:m overhead estabelecimento de circuito - ordem de 10 segundos.
m Após estabelecimento, retardo de propagação 5 ms por 1000 Km.
18
ms por 1000 Km.m Reserva estática de banda passante.
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Comutação de CircuitosBanda passante dividida em “fatias”
r “fatias” de recursos alocados às chamadas
r desperdício: caso recurso não esteja
r Divisão da banda passantem Atribui diferentes freqüências
m Atribui banda em
1: Introdução 19
recurso não esteja sendo utilizado
r Divisão da banda passantem Divisão por freqüência
m Divisão por tempo
m Atribui banda em diferentes intervalos de tempo
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Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA
FDMA
Freqüência
4 usuários
Exemplo:
1: Introdução 20
tempo
TDMA
Freqüência
tempo
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FDM
r Multiplexação por Divisão da Freqüência
21
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TDM
r Multiplexação por Divisão de Tempom Modulação delta - assume que amostragem difere da anterior +1 ou –1:
22
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TDM
r Multiplexação por Divisão de Tempom Sistemas digitais.m Codec - digitalização de sinais analógicos.m 8000 amostras por segundo - 125µs/amostra.m Pulse Code Modulation (PCM).
23
m Pulse Code Modulation (PCM).m T1 - 24 canais multiplexados, amostragem alternada, fluxo resultante enviado para Codec.
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TDM
r Multiplexação por Divisão de Tempom Cada um dos 24 canais insere 7 bits + 1 bit controle -- 24 x 8 = 192 bits + 1 bit sincronização = 193 bits a cada 125 µs = 1,544 Mbps
24
Mbpsm E1 - 2048 Mbps - 30 canais dados + 2 sinalização
m Modulação de Código de Pulso Diferencial (PEM Diferencial) - diferença entre valor atual e anterior 5 bits ao invés de 7 bits
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TDM
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TDM
r SONETm Synchronous Optical network (Bellcore).m Unificação sistemas TDM.m SDH (CCITT) baseado em SONET, padronização sistemas PDH (USA, Japão e
26
padronização sistemas PDH (USA, Japão e Europa).
m Dar continuidade a hierarquia - Giga bps.m Operação, administração e manutenção.
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TDM
r SONETm Quadros 810 bytes, transmitido a cada 125 µs (8000 quadros por segundo).
m STS-1 - 9 linhas e 3 colunas informação overhead seção, linha e caminho.
27
overhead seção, linha e caminho.m Multiplexação de tributária, byte a bytem STS-3 - três quadros STS-1 = 155,52 Mbps.
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TDM
.
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TDM
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Custos de telefonia
1: Introdução 30
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Wavelength Division Multiplexing
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WDM
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Comutação de PacotesFluxo de dados fim-a-fim dividido em pacotes
r pacotes compartilham recursos da rede
r cada pacote usa totalmente a banda
Contenção de recursos:r a demanda por recursos pode ultrapassar o disponível
r congestionamento: enfileiramento para uso
1: Introdução 33
totalmente a banda passante do enlace
r recursos usados qdo necessário
enfileiramento para uso do enlace
r Armazena-e-retransmite: pacotes trafegam um comutador de cada vezm trasmitem e esperam a vez
Divisão da banda em fatiasAlocação
Reserva de recursos
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Comutação de Pacotes: multiplexação estatística
A
B
C10 MbsEthernet
1.5 Mbs
45 Mbs
Multiplexação estatística
Fila de pacotesesperando no enlace
1: Introdução 34
D E
esperando no enlacede saída
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: analogia com restaurantes
r existem outras analogias humanas?
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Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
r Enlace de 1 Mbitr cada usuário:
m 100Kbps quando ativom ativo 10% do tempo
Comutação de pacotes permite um maior número de usuários na rede!
1: Introdução 35
m ativo 10% do tempo
r Comutação de circuito: m 10 usuários
r Comutação de Pacotes: m com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos < .0004
N usuários
Enlace de 1 Mbps
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r Ideal para tráfego em rajadam compartilhamento de recursosm não há o estabelecimento da chamada (call setup)
r Congestionamento excessivo: perda e retardo
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
A comutação de pacotes ganha de lavagem?
1: Introdução 36
r Congestionamento excessivo: perda e retardom protocolos necessário para transmissão confiável e controle de congestionamento
r Como prover serviços tipo circuito??m Garantia de banda passante para aplicações de vídeo e áudio
m Ainda é um problema em aberto (cap 6)
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Comutação de Pacotes: armazena-e-reenvia
r Leva L/R segundos para transmitir o pacote com L bits em um enlace de R bps;
Exemplo:r L = 7.5 Mbitsr R = 1.5 Mbps
R R RL
1: Introdução 37
enlace de R bps;r O pacote inteiro deve chegar ao comutador antes de ser transmitido no próximo enlace: armazena-e-reenvia
r Atraso = 3L/R
r R = 1.5 Mbpsr atraso = 15 sec
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Comutação de Pacotes: segmentação de mensagens
r Cada pacote com 1,500 bits
r 1 msec para transmitir o
Agora a mensagem é segmentada em 5000 pacotes
1: Introdução 38
r 1 msec para transmitir o pacote em um enlace;
r pipelining: cada enlace trabalha em paralelo
r Atraso reduzido de 15 segundos para 5.002 segundos
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Taxonomia da RedeRedes de
Telecomunicações
Redes de comutação de circuitos
Redes de comutação de pacotes
1: Introdução 39
FDM TDM Redes com CV’s
Redes datagrama
• Uma rede datagrama não é orientada à conexão ou não-orientada à conexão.• Internet provê a suas aplicações serviços orientados à conexão (TCP) e não orientados à conexão (UDP).
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Redes de Acesso e Meios Físicos
P: Como conectar os sistemas finais aos roteadores de borda?
r Redes de acesso residencialr redes de acesso institucional
(escolas, empresa)redes de acesso móvel
1: Introdução 40
r redes de acesso móvel
Considere: r largura de banda (bits por
segundo) da rede de acesso?r compartilhada ou dedicada?
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Rede de Acesso Residencial ponto-a-ponto
r Discado (Dialup) via modemm acesso direto ao roteador de até
56Kbps (teoricamente);m Não pode falar ao telefone e “surfar na
Internet ao mesmo tempo”; não pode estar sempre conectado
r RDSI/ISDN:rede digital de serviços integrados:
1: Introdução 41
m rede digital de serviços integrados: conexão digital de 128Kbps ao roteador.
r ADSL: asymmetric digital subscriber line
m até 1 Mbps na direção da rede (upstream) (tipicamente < 256 kbps)
m até 8 Mbps na direção do usuário (downstream) (tipicamente < 1 Mbps)
m FDM: • 50 kHz – 1MHz na direção do usuário • 4kHz – 50 kHz na direção da rede
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Acesso residencial: cable modems
r HFC: hybrid fiber coaxm assimétrico: até 10Mbps na direção da rede , 1 Mbps na direção do usuário;
r rede de cabos e fibra conectam as residências
1: Introdução 42
r rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do ISP
m acesso compartilhado ao roteador pelas residênciasm questões: congestionamento, dimensionamento
r implantação: disponível através de empresas de TV a cabo, ex.: VIRTUA (Net)
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Acesso residencial: cable modems
1: Introdução 43Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html
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Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
Tipicamente 500 a 5,000 casas
1: Introdução 44
casa
Central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
Tipicamente 500 a 5,000 casas
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Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
1: Introdução 45
casa
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
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Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
servidores(s)
1: Introdução 46
casa
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
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Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
canais
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
V
I
D
E
O
D
A
T
A
D
A
T
A
C
O
N
T
R
O
L
1 2 3 4 5 6 7 8 9
FDM:
1: Introdução 47
casa
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
canais
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ONT
OLT
optical
splitter
ONToptical
fiber
optical
fibersInternet
Fiber to the Home
central office splitter
ONT
r Optical links from central office to the homer Two competing optical technologies:
m Passive Optical network (PON) m Active Optical Network (PAN)
r Much higher Internet rates; fiber also carries television and phone services
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Acesso Institucional: Redes Locaisr rede local (LAN - Local Area
Network) da empresa/univ. conecta sistemas finais ao roteador de borda
r Ethernet:m cabos compartilhados ou dedicados conectam o
1: Introdução 49
dedicados conectam o sistema final ao roteador
m 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet
r instalação: instituições, brevemente nas residências
r LANs: serão vistas depois.
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Redes de Acesso sem Fio (wireless)r rede de acesso
compartilhado sem fioconecta o sistema final ao roteador
m via estação base (ponto de acesso)
r LANs sem fio:m ondas de rádio substituem
os fiosestação
base
roteador
1: Introdução 50
os fiosm 802.11b (Wifi): 11 Mbps
r acesso sem fio com maior cobertura
m CDPD: acesso sem fio ao roteador do ISP através da rede celular
m Provido pela operadora de telecomunicações;
m WAP/GRPS na Europam 3G ~384 Kbps
base
usuáriomóvel
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Home networks
Componentes típicos de home networks: r ADSL ou cable modemr roteador/firewallr Ethernetr ponto de acesso wireless
1: Introdução 51
ponto de acesso wireless
wirelessponto de acesso
wirelesslaptops
roteador/firewall
cablemodem
De/paracable
headend
Ethernet(switched)
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Meio Físico
r enlace físico: bit de dados transmitido se propaga através do enlace
r meios guiados:
Par Trançador dois fios
m Categoria 3: telefonia tradicional, 10 Mbps Ethernet
m Categoria 5 TP:
1: Introdução 52
r meios guiados:m os sinais se propagam em meios sólidos: cobre, fibra
r meios não guiados:m os sinais se propagam livremente, ex. rádio
m Categoria 5 TP: 100Mbps Ethernet
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Cabo Coaxial e Fibra ÓticaCabo coaxial:r fio (transporta o sinal) dentro de outro fio (blindagem)
m banda básica (baseband): canal único no cabo
Cabo de fibra óptica:r fibra de vidro transporta
pulsos de luz, cada pul’so é um bit
r opera em alta velocidade:m Ethernet 100Mbps
transmissão ponto a ponto
1: Introdução 53
canal único no cabom banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo
r bidirecionalr uso comum em Ethernet 10Mbs
m transmissão ponto a ponto de alta velocidade (ex., 5Gps)
r baixa taxa de erros: imune a ruídos eletromagnéticos
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Meios físicos: rádio
r Sinal transportado em meio eletromagnético
r não existe “cabo”r bidirecionalr efeitos de propagação:
Tipos de enlaces de rádio:r microondas
m ex.: canais de até 45 Mbpsr LAN (ex., waveLAN)
m 2Mbps, 11Mbpsr longa distância (ex., celular)
ex. CDPD, 10’s Kbps
1: Introdução 54
efeitos de propagação:m reflexão m obstrução de objetosm interferência
m ex. CDPD, 10’s Kbpsr satélite
m canal de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores)
m atraso fim a fim de 270 mseg
m geoestacionário versus LEOS
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Estrutura Internet: redes de redes
r Ligeiramente hierarquizador No centro: ISPs-nível-1 (ex: UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), cobertura nacional/internacionalm Tratamento igualitário entre os ISPs
provedores nível-1
1: Introdução 55
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: ex: SprintBackbone Sprint US
1: Introdução 56
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Tier-1 ISP: e.g., Sprint
…peering
to/from backbone
…
.
POP: point-of-presence
1: Introdução 57Introduction 1-57
to/from customers
.
………
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Estrutura Internet: redes de redes
r ISPs – nível-2: ISPs menores (geralmente regionais)m Conectado a um ou mais ISPs-nível-1, e possivelmente a vários ISPs-nível-2
ISP-nível-2ISPs nível2
provedores nível-2
1: Introdução 58
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
nível-2 também se interconectam nos NAPs
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Estrutura Internet: redes de redes
r ISPs-nível-3 e ISPs locais m última rede de acesso (próximo aos sistemas finais)
ISP nível2
ISP localISP
localISP local
ISP local ISP
nível3ISPs nível 3 e
1: Introdução 59
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-1
NAP
ISP nível2ISP nível2
ISP nível2 ISP nível2
ISP nível2
local local
ISP local
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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Estrutura Internet: redes de redes
r Um pacote passa por várias redes;
ISP nível2
ISPlocalISP
localISPlocal
ISPlocal ISP
nível3
1: Introdução 60
ISP-nível-1
ISP-nível-1
ISP-nível-1
NAP
ISP nível2ISP nível2
ISP nível2 ISP nível2
ISP nível2
local local
ISPlocal
ISPlocal
ISPlocal
ISPlocal
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Provedor de Backbone Nacional
ex. Embratel
1: Introdução 61
http://www.embratel.net.br/internet/backbone/informacoes-backbone.html
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Provedor de Backbone Nacional
ex. RNP
1: Introdução 62http://www.rnp.br/backbone/bkb-mapa.html
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1: Introdução 63
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1: Introdução 64
![Page 65: Redes de Computadoresnfonseca/arquivos/cap1.pdfRedes de Telecomunicações Redes de comutação de circuitos Redes de comutação de pacotes 1: Introdução 39 FDM TDM Redes com CV’s](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022042400/5f0e3bbe7e708231d43e40ae/html5/thumbnails/65.jpg)
Topologias típicas
1: Introdução 65
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Topologia da Internet
1: Introdução 66
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Como ocorre perda e atraso?Filas de pacotes nos buffers dos roteadores: a taxa de chegada de pacotes excede a capacidade de saída do enlace
r Pacotes enfileirados, esperam sua vez de serem encaminhados
Pacote sendo transmitido (atraso)
1: Introdução 67
A
B
Pacote sendo transmitido (atraso)
Enfileiramento de pacotes (atraso)
Buffers disponíveis: pacotes que chegam são descartados (perda) se não têm buffers disponíveis
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Quatro fontes de atraso de pacotes
r 1. Processamento no nó:m verificação de errosm determina o enlace de saída
r 2. Enfileiramentom tempo de espera no enlace de saída para transmissão
m depende do nível de congestionamento do
1: Introdução 68
A
B
propagação
transmissão
processamento no nó enfileiramento
congestionamento do roteador
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Atraso em redes comutadas por pacotes
3. Atraso de transmissão:r R=capacidade do enlace (bps)
r L=tamanho do pacote (bits)
r tempo para enviar bits
4. Atraso de propagação:r d = comprimento do enlace físico
r s = velocidade de propagação no meio (~2x108 m/sec)
r atraso de propagação = d/s
1: Introdução 69
r tempo para enviar bits no enlace = L/R
r atraso de propagação = d/s
A
B
propagação
transmissão
processamentono nó enfileiramento
Nota: s e R são quantidades bastante diferentes!
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Analogia de uma caravana
r Carros viajam (propagam) a 100 km/h
r Tempo para atender a caravana inteira na rodovia: 12*10 = 120 seg
cabine de pedágio
cabine de pedágio
Caravana com10 carros
100 km 100 km
1: Introdução 70
100 km/hr Cabine de pedágio leva 12 seg. para atender um carro (tempo de transmissão)
r carro~bit; caravana ~ pacote
r Q: Quanto tempo leva até que a caranava atinja o 2oponto de pedágio?
rodovia: 12*10 = 120 segr Tempo que leva para o último carro da caravana “propagar” do 1o para o 2oponto de pedágio: 100km/(100km/h)= 1 hr
r A: 62 minutos
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Analogia de uma caravana
r Carros agora propagam a 1000 km/h
r Sim! Depois de 7 min, o 1ocarro atinge o 2o ponto de
cabine de pedágio
cabine de pedágio
caravana com 10 carros
100 km 100 km
1: Introdução 71
1000 km/hr A cabine agora leva 1 min
para atender um carror Q: Algum carro irá chegar
ao 2o ponto de pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1o ponto de pedágio?
carro atinge o 2o ponto de pedágio, enquanto ainda existem 3 carros no 1o ponto de pedágio
r Os primeiros pacotes de um pacote podem chegar no 2oroteador antes que o pacote seja completamente transmitido no 1o roteador!
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Atraso nodal
r dproc = tempo de processamentom Tipicamente alguns mircrosegundos ou menos
d = atraso de enfileiramento
proptransqueueprocnodal ddddd +++=
1: Introdução 72
r dqueue = atraso de enfileiramentom Depende do congestionamento
r dtrans = atraso de transmissãom = L/R, significante para enlaces de baixa-velocidade
r dprop = atraso de propagaçãom Algumas centenas de milisegundos
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Atraso de enfileiramento
r R=largura de banda do enlace (bps)
r L=compr. do pacote (bits)r a=taxa média de chegada de pacotes
1: Introdução 73
de pacotesintensidade de tráfego = La/R
r La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramentor La/R -> 1: grande atrasor La/R > 1: chega mais “trabalho” do que a capacidade de atendimento, atraso médio infinito!
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Atraso “real” da Internet e dos roteadores
r Como deve ser o atraso e perda real da Internet? r Programa Traceroute: provê medidas de atraso fim-a-fim do caminho entre o nó de origem e o nó de destino. Para cada i:
m envia três pacotes para o roteador i no caminho da origem
1: Introdução 74
m envia três pacotes para o roteador i no caminho da origem até o destino;
m roteador i retorna pacotes para o emissor;m o emissor calcula o intervalo de tempo entre o envio do pacote e o recebimento da sua resposta.
3 sondagens
3 sondagens
3 sondagens
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Atraso “real” da Internet e dos roteadores
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms
traceroute: gaia.cs.umass.edu to www.eurecom.frTrês medidas de atraso de gaia.cs.umass.edu to cs-gw.cs.umass.edu
1: Introdução 75
6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms17 * * *18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
* Significa que nenhuma resposta foi recebida )
Enlace trans-oceânico
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Perda de pacotes
r A fila dos roteadores tem uma capacidade limitada;
r quando a fila está cheia, os pacotes que chegam são descartados;
1: Introdução 76
chegam são descartados;r Pacotes perdidos são retransmitidos pelo nó de origem ou não são retransmitidos;
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Throughput
r throughput: rate (bits/time unit) at which bits transferred between sender/receiverm instantaneous: rate at given point in timem average: rate over longer period of time
1: Introdução 77Introduction 1-77
server, withfile of F bits
to send to client
link capacityRs bits/sec
link capacityRc bits/sec
pipe that can carryfluid at rateRs bits/sec)
pipe that can carryfluid at rateRc bits/sec)
server sends bits (fluid) into pipe
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Throughput (more)
r Rs < Rc What is average end-end throughput?
Rs bits/sec Rc bits/sec
R > R What is average end-end throughput?
1: Introdução 78Introduction 1-78
� Rs > Rc What is average end-end throughput?
Rs bits/sec Rc bits/sec
link on end-end path that constrains end-end throughputbottleneck link
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Throughput: Internet scenario
Rs
RsRs
R
r per-connection end-end throughput:
1: Introdução 79Introduction 1-79
10 connections (fairly) share backbone bottleneck link R bits/sec
Rc
Rc
Rc
Rthroughput: min(Rc,Rs,R/10)
r in practice: Rc or Rs is often bottleneck
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“Camadas” de ProtocolosAs redes são complexas! r muitos “pedaços”:
m hostsm roteadoresm enlaces de diversos
Pergunta:Há alguma esperança em
organizar a estrutura
1: Introdução 80
m enlaces de diversos meios
m aplicaçõesm protocolosm hardware, software
organizar a estrutura da rede?
Ou pelo menos a nossa discussão sobre redes?
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Organização de uma viagem aérea:
bilhete (compra)
bagagem (check in)
portão (embarque)
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrissagem
1: Introdução 81
r uma série de etapas
decolagem
rota do vôo
aterrissagem
rota do vôo
Roteamento do avião
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Viagem Aérea: uma visão diferente
bilhete (compra)
bagagem (verificação)
portão (embarque)
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrisagem
1: Introdução 82
Camadas: cada camada implementa um serviçom através de elementos da própria camadam depende dos serviços providos pela camada inferior
decolagem
rota do vôo
aterrisagem
rota do vôo
roteamento do avião
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Viagem aérea em camadas: serviços
Transporte balcão a balcão de pessoas+bagagens
transporte de bagagens
transferência de pessoas: entre portões
1: Introdução 83
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)
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
aterrissagem
aeroporto de saída
aeroporto de chegada
1: Introdução 84
decolagem
rota de vôo
aterrissagem
rota de vôo
rota de vôo
aeroporto de saída
aeroporto de chegada
Aeroportos intermediários
rota de vôo rota de vôo
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Por que camadas?Lidar com sistemas complexos:r estrutura explícita permite a identificação e relacionamento
entre as partes do sistema complexom modelo de referência em camadas para discussão
r modularização facilita a manutenção e atualização do sistemam mudança na implementação do serviço da camada é
1: Introdução 85
m mudança na implementação do serviço da camada é transparente para o resto do sistema
m ex., mudança no procedimento no portão não afeta o resto do sistema
r divisão em camadas é considerada prejudicial?
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Pilha de protocolos Internetr aplicação: dá suporte a aplicações de rede
m ftp, smtp, http
r transporte: transferência de dados host-a-host
tcp, udp
aplicação
transporte
rede
1: Introdução 86
m tcp, udp
r rede: roteamento de datagramas da origem até o destino
m ip, protocolos de roteamento
r enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos
m ppp, ethernet
r física: bits “no fio”
rede
enlace
física
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Hierarquia em Camadas
1: Introdução 87
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1: Introdução 88
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1: Introdução 89
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1: Introdução 90
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1: Introdução 91
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Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
Cada camada:r distribuídar “entidades” implementam as funções em cada nó
1: Introdução 92
aplicaçãotransporteredesenlacefísica aplicação
transporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
enlacefísica
as funções em cada nó
r entidades executam ações, trocam mensagens com os pares
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Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redesenlacefísica
dadosEx.: camada de transporte
r recebe dados da aplicação
r adiciona endereço e verificação de erro para formar o
transporte
ack
1: Introdução 93
aplicaçãotransporteredesenlacefísica aplicação
transporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
enlacefísica
dados
erro para formar o “datagrama”
r envia o datagrama para a parceira
r espera que a parceira acuse o recebimento (ack)
r analogia: correio
dados
transporte
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Camadas: Comunicação Física
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãoredesenlace
dados
1: Introdução 94
aplicaçãotransporteredesredesfísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísicaa
enlacefísicol
dados
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Camadas de protocolos e dados
Cada camada recebe dados da camada superiorr adiciona informação no cabeçalho para criar uma nova unidade de dados
r passa a nova unidade de dados para a camada inferior
origem destino
1: Introdução 95
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
origem destino
MMMM
Ht
HtHn
HtHnHl
MMMM
Ht
HtHn
HtHnHl
mensagemsegmentodatagramaquadro
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Modelo OSI-ISO
r ISO - International Organization for Standards
r OSI - Open Systems Interconnection
r Modelo em 7 camadas:
1: Introdução 96
r Modelo em 7 camadas:
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Física
Internet
X Transporte
Host-to-network
OSI TCP/IP
Aplicação
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Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO
r Uma camada deve ser criada se houver necessidade de abstração
r Camadas devem executar funções bem definidas
1: Introdução 97
definidas
r A definição da camada deve levar em conta protocolos padronizados internacionalmente
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Princípio de projeto do Modelo OSI-ISO
r Os limites de cada camada devem ser escolhidos a fim de reduzir o fluxo de informação transportada entre as interfaces;
r O número de camadas deve ser suficientemente grande para que funções distintas não precisem
1: Introdução 98
O número de camadas deve ser suficientemente grande para que funções distintas não precisem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e suficientemente pequeno para que o projeto não se torne difícil de controlar;
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A Camada Física
r Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais
1: Introdução 99
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A Camada de Enlace de Dados
r Transformar um canal de transmissão bruta de dados em uma linha que pareça livre de erros -controle de erro
r Enquadramento de dados;
1: Introdução 100
r Enquadramento de dados;
r Delimitação de quadros;
r Controle de fluxo - acoplamento de velocidade de transmissão - transmisor / receptor
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A Camada de Rede
r Controla a operação da sub-rede
r Roteamento
Controle de congestionamento
1: Introdução 101
r Controle de congestionamento
r Contabilidade
r Interconexão de redes
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A Camada de Transporte
r Aceitar dados da camada de sessão e dividi-los em unidades menores (pacotes);
r Gerenciamento de conexões:estabelecimento, encerramento e multiplexação;
1: Introdução 102
m estabelecimento, encerramento e multiplexação;
r Primeira camada fim-a-fim;
r Controle de fluxo;
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A Camada de Sessão
r Gerenciamento de sessões;
r Gerenciamento de tokens;
Sincronização;
1: Introdução 103
r Sincronização;
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A Camada de Apresentação
r Sintaxe e semântica da informação a ser transferida
r Codificação dos dados
1: Introdução 104
r Conversão de estruturas de dados
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A Camada de Aplicação
r Contém uma série de protocolos comumente necessários;
r Protocolo de terminal virtual;
1: Introdução 105
r Protocolo de transferência de arquivos;
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Network Securityr The field of network security is about:
m how bad guys can attack computer networksm how we can defend networks against attacksm how to design architectures that are immune to attacks
1: Introdução 106Introduction 1-106
attacksr Internet not originally designed with (much) security in mindm original vision: “a group of mutually trusting users attached to a transparent network” ☺
m Internet protocol designers playing “catch-up”m Security considerations in all layers!
![Page 107: Redes de Computadoresnfonseca/arquivos/cap1.pdfRedes de Telecomunicações Redes de comutação de circuitos Redes de comutação de pacotes 1: Introdução 39 FDM TDM Redes com CV’s](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022042400/5f0e3bbe7e708231d43e40ae/html5/thumbnails/107.jpg)
Bad guys can put malware into hosts via Internetr Malware can get in host from a virus, worm, or trojan horse.
r Spyware malware can record keystrokes, web sites visited, upload info to collection site.
1: Introdução 107Introduction 1-107
sites visited, upload info to collection site.
r Infected host can be enrolled in a botnet, used for spam and DDoS attacks.
r Malware is often self-replicating: from an infected host, seeks entry into other hosts
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Bad guys can put malware into hosts via Internetr Trojan horse
m Hidden part of some otherwise useful software
m Today often on a Web page (Active-X, plugin)
� Worm:� infection by passively receiving object that gets itself executed
� self- replicating: propagates to other hosts, users
1: Introdução 108Introduction 1-108
page (Active-X, plugin)
r Virusm infection by receiving object (e.g., e-mail attachment), actively executing
m self-replicating: propagate itself to other hosts, users
to other hosts, users
Sapphire Worm: aggregate scans/secin first 5 minutes of outbreak (CAIDA, UWisc data)
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Bad guys can attack servers and network infrastructure
r Denial of service (DoS): attackers make resources (server, bandwidth) unavailable to legitimate traffic by overwhelming resource with bogus traffic
1. select target
2. break into hosts
1: Introdução 109Introduction 1-109
2. break into hosts around the network (see botnet)
3. send packets toward target from compromised hosts
target
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The bad guys can sniff packetsPacket sniffing:
m broadcast media (shared Ethernet, wireless)m promiscuous network interface reads/records all packets (e.g., including passwords!) passing by
A C
1: Introdução 110Introduction 1-110
A
B
C
src:B dest:A payload
� Wireshark software used for end-of-chapter labs is a (free) packet-sniffer
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The bad guys can use false source addressesr IP spoofing: send packet with false source address
A C
src:B dest:A payload
1: Introdução 111Introduction 1-111
B
src:B dest:A payload
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The bad guys can record and playback
r record-and-playback: sniff sensitive info (e.g., password), and use laterm password holder is that user from system point of view
1: Introdução 112Introduction 1-112
A
B
C
src:B dest:A user: B; password: foo
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Network Securityr more throughout this courser chapter 8: focus on securityr crypographic techniques: obvious uses and not so obvious uses
1: Introdução 113Introduction 1-113
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História da Internet
r 1961: Kleinrock - teoria das filas demonstra eficiência da comutação por pacotes
r 1964: Baran - comutação de pacotes em redes
r 1972:m Demosntração pública da ARPAnet
m NCP (Network Control Protocol) - primeiro
1961-1972: Primórdios dos Princípios de redes: comutação de pacotes
1: Introdução 114
1964: Baran - comutação de pacotes em redes militares
r 1967: concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced Reearch Projects Agency)
r 1969: entra em operação o primeiro nó da ARPAnet
Protocol) - primeiro protocolo host-host
m primeiro programa de e-mail
m ARPAnet com 15 nós
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História da Internet
r 1970: rede de satélite ALOHAnet no Havaí
r 1973: Metcalfe propõe a Ethernet em sua tese de doutorado
r 1974: Cerf e Kahn -
Cerf and Kahn’s princípios de interconexão:
m minimalismo, autonomia, não há necessidade de mudança interna para interconexão
1972-1980: Interconexão, novas redes privativas
1: Introdução 115
r 1974: Cerf e Kahn -arquitetura para a interconexão de redes
r fim dos anos 70: arquiteturas proprietárias: DECnet, SNA, XNA
r fim dos anos 70: comutação de pacotes de comprimento fixo (precursor do ATM)
r 1979: ARPAnet tem 200 nós
interconexãom modelo de serviço melhor esforço (best effort)
m roteadores sem estado m controle descentralizado
define a arquitetura da Internet de hoje
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História da Internet
r 1983: implantação do TCP/IP
r 1982: definição do protocolo smtp para e-mail
r 1983: definição do DNS
r Novos backbones nacionais: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel100,000 hosts
1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes
1: Introdução 116
r 1983: definição do DNS para tradução de nome para endereço IP
r 1985: definição do protocolo ftp
r 1988: controle de congestionamento do TCP
r 100,000 hosts conectados numa conferederação de redes
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História da Internet
r início dos anos 90: ARPAnet desativada
r 1991: NSF remove restrições ao uso comercial da NSFnet (desativada em 1995)
Final dos anos 90:r est. 50 milhões de
computadores na Internet
r est. mais de 100 milhões de usuários
1990’s, 2000’s: comércio, WWW, novas aplicações
1: Introdução 117
(desativada em 1995)r início dos anos 90 : WWW
m hypertexto [Bush 1945, Nelson 1960’s]
m HTML, http: Berners-Leem 1994: Mosaic, posteriormente Netscape
m fim dos anos 90: comercialização da Web
de usuáriosr enlaces de backbone a
Gbpsr 1996: criação do
projeto INTERNET2r Segurança: uma
necessidader Novas aplicações (killer
applications): napster
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Internet/BR
r RNP teve início em 1989.r Aberta para uso comercial em 1994r Posição absoluta (Network Wizards, 1/00):
m Número de hosts: 446.444
1: Introdução 118
m Número de hosts: 446.444m 13o do Mundom 3o das Américasm 1o da América do Sul
r 4.500.000 Internautas (2/00)
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Resumo da Introdução
Material cobertor Visão geral da Internetr O que é um protocolor Periferia da rede, núcleo da
rede, redes de acessoComutação de pacotes versus
Conhecimento adquirido:r contexto, visão geral, sentimento da rede
r mais detalhes ao longo do curso
1: Introdução 119
m Comutação de pacotes versus comutação de circuitos
r backbones, NAPs, ISPsr Desempenho: perda e atrasor Modelo de serviços em camadar História