Redes de Computadoresnfonseca/arquivos/cap1.pdfRedes de Telecomunicações Redes de comutação de...

Redes de Computadores

1: Introdução 1

Prof. Nelson [email protected]

www.ic.unicamp.br/~nfonseca/redes

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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All material copyright 1996-2009

J.F Kurose and K.W. Ross, All Rights Reserved

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

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/

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

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

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, ...."

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

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

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

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;

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

Controle de Fluxo

1: Introdução 13

Controle de Congestionamento

1: Introdução 14

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

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”

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

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.

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

Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA

FDMA

Freqüência

4 usuários

Exemplo:

1: Introdução 20

tempo

TDMA

Freqüência

tempo

FDM

r Multiplexação por Divisão da Freqüência

21

TDM

r Multiplexação por Divisão de Tempom Modulação delta - assume que amostragem difere da anterior +1 ou –1:

22

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.

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

TDM

25

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.

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.

TDM

.

28

TDM

29

Custos de telefonia

1: Introdução 30

Wavelength Division Multiplexing

31

WDM

32

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

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?

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

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)

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

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

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).

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?

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

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)

Acesso residencial: cable modems

1: Introdução 43Diagram: http://www.cabledatacomnews.com/cmic/diagram.html

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


1: Introdução 45

casa

central




servidores(s)

1: Introdução 46

casa

central




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



canais

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

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.

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

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)

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

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

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

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)

ISP-nível-1: ex: SprintBackbone Sprint US

1: Introdução 56

Tier-1 ISP: e.g., Sprint

…peering

to/from backbone

…

.

POP: point-of-presence


to/from customers

.

………


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


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


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

Provedor de Backbone Nacional

ex. Embratel

1: Introdução 61

http://www.embratel.net.br/internet/backbone/informacoes-backbone.html

Provedor de Backbone Nacional

ex. RNP

1: Introdução 62http://www.rnp.br/backbone/bkb-mapa.html

1: Introdução 63

1: Introdução 64

Topologias típicas

1: Introdução 65

Topologia da Internet

1: Introdução 66

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

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

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!

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

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!

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

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!

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

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

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;

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


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

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?


� 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

Throughput: Internet scenario

Rs

RsRs

R

r per-connection end-end throughput:


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

“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?

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

Viagem Aérea: uma visão diferente

bilhete (compra)

bagagem (verificação)

portão (embarque)


bagagem (recup.)


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

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

Implementação distribuída da funcionalidade das camadas

bilhete (compra)

bagagem (check in)

portão (embarque)


bagagem (recup.)


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

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?

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

Hierarquia em Camadas

1: Introdução 87

1: Introdução 88

1: Introdução 89

1: Introdução 90

1: Introdução 91

Camadas: comunicação lógica

aplicaçãotransporteredesenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

Cada camada:r distribuídar “entidades” implementam as funções em cada nó

1: Introdução 92

aplicaçãotransporteredesenlacefísica aplicação

transporteredesenlacefísica


enlacefísica

as funções em cada nó

r entidades executam ações, trocam mensagens com os pares

Camadas: comunicação lógica


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


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

Camadas: Comunicação Física


aplicaçãoredesenlace

dados

1: Introdução 94

aplicaçãotransporteredesredesfísica


aplicaçãotransporteredesenlacefísicaa

enlacefísicol

dados

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



origem destino

MMMM

Ht

HtHn

HtHnHl

MMMM

Ht

HtHn

HtHnHl

mensagemsegmentodatagramaquadro

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

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

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;

A Camada Física

r Especificação das interfaces mecânicas, elétricas e procedurais

1: Introdução 99

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

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

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;

A Camada de Sessão

r Gerenciamento de sessões;

r Gerenciamento de tokens;

Sincronização;

1: Introdução 103

r Sincronização;

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

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;

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


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!

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.


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

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


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)

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


2. break into hosts around the network (see botnet)

3. send packets toward target from compromised hosts

target

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


A

B

C

src:B dest:A payload

� Wireshark software used for end-of-chapter labs is a (free) packet-sniffer

The bad guys can use false source addressesr IP spoofing: send packet with false source address

A C



B


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


A

B

C

src:B dest:A user: B; password: foo

Network Securityr more throughout this courser chapter 8: focus on securityr crypographic techniques: obvious uses and not so obvious uses


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


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


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


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

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)

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

Redes de Computadoresnfonseca/arquivos/cap1.pdfRedes de Telecomunicações Redes de comutação de...

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