Aula 3 Introdução a Redes II

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Aula 3 Introdução a Redes II

  1. 1. Fundamento de Redes de Computadores Aula 3 IntroduçãoNúcleo da Rede, Atraso, Perda e Vazão nas redes Comutadas por Pacotes
  2. 2. Notas da Aula✔ Apresentar os resultados das atividades da semana passada. – Pesquisar como é a conexão da Internet da Fatec Indaiatuba. – Verificar a velocidade de acesso upstream e downstream de algum nó final da Internet utilizando o SpeedTest. Fundamentos de Redes de Computadores 2/39
  3. 3. O Núcleo da Redemalha de roteadores interconectadosa questão fundamental: como os dados são transferidos pela rede? ● comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada: rede telefônica ● comutação de pacotes: dados enviados pela rede em “pedaços” discretos Fundamentos de Redes de Computadores 3/39
  4. 4. O Núcleo da Rede: Comutação de Circuitosrecursos fim a fim reservados para “chamada” ● largura de banda do enlace, capacidade de comutação ● recursos dedicados: sem compartilhamento ● desempenho tipo circuito (garantido) ● exige preparação de chamada Fundamentos de Redes de Computadores 4/39
  5. 5. O Núcleo da Rede: Comutação de Circuitosrecursos de rede (p. e., dividindo largura de largura de banda) banda do enlace em divididos em “pedaços” “pedaços” divisão de frequênciapedaços alocados a divisão de tempo chamadaspedaço de recurso ocioso se não usado por chamada particular (sem compartilhamento) Fundamentos de Redes de Computadores 5/39
  6. 6. Comutação de Circuitos: FDM e TDM Multiplexação por divisão de frequência Multiplexação por divisão de tempo (TDM - time (FDM - frequency division multiplexing); division multiplexing); o tempo de o espectro de frequências é dividido em transmissão de um canal é dividido em pequenas fracções de tempo (iguais ou de diversas faixas, uma para cada acordo com uma proporção estatística), transmissão ou comunicação distinta. atribuindo-se uma fracção a cada uma das várias transmissões que estão a decorrer ao mesmo tempo. Exemplo:FDM 4 usuários frequênciaTDM tempo frequência Fundamentos de Redes de Computadores 6/39 tempo
  7. 7. Exemplo NuméricoQuanto tempo leva para enviar um arquivo de 640.000 bits do hospedeiro A para o hospedeiro B em uma rede de comutação de circuitos?todos os enlaces são de 1536 Mbpscada enlace usa TDM com 24 slots/seg500 ms para estabelecer circuito fim a fimVamos resolver! Fundamentos de Redes de Computadores 7/39
  8. 8. Exemplo NuméricoQuanto tempo leva para enviar um arquivo de 640.000 bits do hospedeiro A para o hospedeiro B em uma rede de comutação de circuitos?todos os enlaces são de 1536 Mbpscada enlace usa TDM com 24 slots/seg500 ms para estabelecer circuito fim a fim.Se eu tenho 24 slots posso ter 24 usuários simultâneos.Então em cada slot eu trafego a 1536 Mbps/24 = 64 kbpsPara trafegar um arquivo de 640Kbits temos que 640kbits/64kbps = 10sNo tempo total temos que somar o tempo de ativação que é 0,5sPortanto o tempo total é igual a 10 + 0,5 = 10,5 s Fundamentos de Redes de Computadores 8/39
  9. 9. ExercícioQuanto tempo leva para enviar um arquivo de 1.280.000 bits do hospedeiro A para o hospedeiro B em uma rede de comutação de circuitos?todos os enlaces são de 1536 Mbpscada enlace usa TDM com 4 slots/seg700 ms para estabelecer circuito fim a fim. Fundamentos de Redes de Computadores 9/39
  10. 10. Núcleo da rede: comutação de pacotescada fluxo de dados fim a fim disputa por recursos: dividido em pacotes ● demanda de recurso ● usuário A, pacotes de B agregado pode exceder compartilham recursos da quantidade disponível rede ● cada pacote usa largura de ● congestionamento: fila de banda total do enlace pacotes, espera por uso ● recursos usados quando do enlace necessários ● store and forward: pacotes se movem um salto de cada vezDivisão da largura de banda em “pedaços” ● Nó recebe pacote completo antes deAlocação dedicada encaminharReserva de recursos Fundamentos de Redes de Computadores 10/39
  11. 11. Comutação de pacotes: multiplexação estatística Ethernet C A 100 Mb/s multiplexação estatística 1,5 Mb/s B fila de pacotes esperando pelo enlace de saída D ESequência de pacotes A & B não tem padrão fixo, largura de banda compartilhada pordemanda → multiplexação estatística.TDM: cada hospedeiro recebe mesmo slot girando quadro TDM. Fundamentos de Redes de Computadores 11/39
  12. 12. Comutação de pacotes: store-and-forwardleva L/R segundos para Exemplo: transmitir (push out) pacote de L bits para enlace em R L = 7,5 Mbits bps R = 1,5 Mbpsstore-and-forward: pacote inteiro deve chegar ao atraso de transmissão = roteador antes que possa 15 s ser transmitido no próximo enlaceatraso = 3L/R (supondo zero atraso de propagação) L R R R Fundamentos de Redes de Computadores 12/39
  13. 13. Quais dos dois Métodos de Comutação você acham mais vantajoso?Comutação por Comutação por Pacotes Circuitos Fundamentos de Redes de Computadores 13/39
  14. 14. Comutação de pacotes versus comutação de circuitosComutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!enlace de 1 Mb/scada usuário: ● 100 kb/s quando “ativo” ● ativo 10% do tempo N usuárioscomutação de circuitos enlace 1 Mbps● 10 usuárioscomutação de pacotes:● com 35 usuários, probabilidade > 10 ativos ao mesmo tempo é menor que 0,0004A comutação de pacotes é a “grande Fundamentos de Redes de Computadores 14/39
  15. 15. vencedora”?ótima para dados em rajadas ● compartilhamento de recursos ● mais simples, sem configuração de chamadacongestionamento excessivo: atraso e perda de pacotes ● protocolos necessários para transferência de dados confiável, controle de congestionamentoP: Como fornecer comportamento tipo circuito? ● largura de banda garante necessário para aplicações de áudio/vídeo ● ainda um problema não resolvido (Capítulo 7)Que analogias humanas de recursos reservados (comutação de circuitos) versus alocação por demanda (comutação de pacotes) podemos fazer? Fundamentos de Redes de Computadores 15/39
  16. 16. Estrutura da Internet: rede de redesaproximadamente hierárquicano centro: ISPs de “nível 1” (p. e., Verizon, Sprint, AT&T, Cable and Wireless), cobertura nacional/internacional ● tratam uns aos outros como iguais interconexão ISP nível 1 de provedores de nível 1 (peer) privadamente ISP nível 1 ISP nível 1 Fundamentos de Redes de Computadores 16/39
  17. 17. Fundamentos de Redes de Computadores 17/39
  18. 18. Fundamentos de Redes de Computadores 18/39
  19. 19. ISP nível 2 (tier 2) ISPs de nível 2: ISPs menores (geralmente regionais) conectam a um ou a mais ISPs de nível 1, possivelmente outros ISPs de nível 2 ISPs de nívelISP de nível 2 ISP nível 2 2 também ISP nível 2paga ao ISP nível olham1 por ISP nível 1 privadamenteconectividade uns para oscom restante da outros.Internet ISP de nível 2 é ISP nível 1 ISP nível 1 ISP nível 2cliente doprovedor de nível ISP nível 2 ISP nível 21 Fundamentos de Redes de Computadores 19/39
  20. 20. ISP nível 3 (tier 3)ISPs de nível 3 e ISPs locaisrede do último salto (“acesso”), mais próxima dos sistemas finais ISP local ISP ISP ISP ISP nível 3 local local local ISPs locais e ISP nível 2 ISP nível 2 de nível 3 são clientes de ISP nível 1 ISPs de camada mais alta conectando- ISP nível 1 ISP nível 1 ISP nível 2 os ao restante da ISP ISP nível 2 ISP nível 2 Internet local ISP ISP ISP local local local Fundamentos de Redes de Computadores 20/39
  21. 21. Um Pacote Passa Por Muitas Redes ISP local ISP ISP ISP ISP nível 3 local local local ISP nível 2 ISP nível 2 ISP nível 1 ISP nível 1 ISP nível 1 ISP nível 2 ISP ISP nível 2 ISP nível 2 ISP local ISP ISP local local local Fundamentos de Redes de Computadores 21/39
  22. 22. Atraso, perda e vazão nas redes comutadas por pacotes Fundamentos de Redes de Computadores 22/39
  23. 23. Como ocorrem a perda e o atraso?pacotes se enfileiram em buffers de roteadortaxa de chegada de pacotes ao enlace ultrapassa capacidade de saída do enlacepacotes se enfileiram, esperam por sua vez pacote sendo transmitido (atraso) A B pacotes se enfileirando (atraso) buffers livres (disponíveis) : pacotes chegando descartados (perda) se não houver buffers livres Fundamentos de Redes de Computadores 23/39
  24. 24. Quatro fontes de atraso de pacote1. processamento 2. enfileiramento nodal: ● tempo esperando ● verificar erros de bit por transmissão no enlace de ● determinar enlace saída de saída ● depende do nível de congestionamento transmissão A do roteador propagação B processamento nodal enfileiramento Fundamentos de Redes de Computadores 24/39
  25. 25. Quatro fontes de atraso de pacote3. atraso de transmissão: 4. atraso de propagação: ● R = largura de banda ● d = tamanho do do enlace (bps) enlace físico ● L = tamanho do ● s = vel. de pacote (bits) propagação no meio ● tempo para enviar (~2x108 m/s) bits no enlace = L/R ● atraso de propagação transmissão = d/s A propagação B processamento Nota: s e R são quantidades nodal enfileiramento muito diferentes! Fundamentos de Redes de Computadores 25/39
  26. 26. Analogia: Caravana de Carroscarros se “propagam” a tempo para “empurrar” caravana inteira pela100 km/h cabine na estrada = 12 Xcabines de pedágio levam 12 10 = 120 s s para atender carro tempo para último carro se (tempo de transmissão) propagar da 1a à 2a cabinecarro~bit; caravana ~ pacote de pedágio: 100 km/(100 km/h) = 1 hP: Quanto tempo para a caravana formar fila antes Resposta: 62 minutos da 2ª cabine? 100 100 km km caravana cabine cabine de 10 carros Fundamentos de Redes de Computadores 26/39
  27. 27. Analogia: Caravana de Carroscarros agora se “propagam” a Sim! Após 7 min, 1º carro na 1000 km/h 2ª cabine e 3 carros ainda na 1ª cabine.cabine agora leva 1 min para atender um carro 1º bit do pacote pode chegar ao 2º roteador antes que oP: Os carros chegarão à 2ª pacote seja totalmente cabine antes que todos os transmitido no 1º roteador! carros sejam atendidos na 1ª cabine? 100 100 km km caravana cabine cabine de 10 carros Fundamentos de Redes de Computadores 27/39
  28. 28. Atraso Nodaldnodal = dproc + dfila + dtrans + dpropdproc = atraso de processamento ● normalmente, poucos microssegundos ou menosdfila = atraso de enfileiramento ● depende do congestionamentodtrans = atraso de transmissão ● = L/R, significativo para enlaces de baixa velocidadedprop = atraso de propagação ● alguns microssegundos a centenas de ms Fundamentos de Redes de Computadores 28/39
  29. 29. Atraso de EnfileiramentoR = largura de banda do enlace (bps)L = tamanho do pacote (bits)a = taxa média de chegada de pacoteintensidade de tráfego = L.a/RLa/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento médioLa/R >= 1: atrasos tornam-se grandesLa/R > 1: mais “trabalho” chegando do que pode ser atendido, atraso médio infinito! Fundamentos de Redes de Computadores 29/39
  30. 30. ExercícioSeja uma transmissão de dados com as seguintes informações.Seja L (Tamanho do pacote) = 640 bitsa (Taxa de chegada de pacotes)= 5R (Banda do enlace) = 56000 bpsEsse enlace está dimensionando? Explique.E se mudarmos os dados para L = 640, a = 5 e R = 3000 bps Fundamentos de Redes de Computadores 30/39
  31. 31. Atrasos e Rotas Reais da InternetComo são os atrasos e perdas “reais” da Internet?Programa Traceroute: fornece medida do atraso da origem ao roteador ao longo do caminho de fim a fim da Internet para o destino. Para todo i: ● envia três pacotes que alcançarão roteador i no caminho para o destino ● roteador i retornará pacotes ao emissor ● emissor temporiza intervalo entre transmissão e resposta. 3 sondas 3 sondas 3 sondas Fundamentos de Redes de Computadores 31/39
  32. 32. Traceroute Atrasos1 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 ms5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms6 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 * * * Sem resposta18 * * *19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms Fundamentos de Redes de Computadores 32/39
  33. 33. Perda de pacotefila (ou buffer) antes do enlace no buffer tem capacidade finitapacote chegando à fila cheia descartado (ou perdido)último pacote pode ser retransmitido pelo nó anterior, pela origem ou de forma nenhuma buffer A (área de espera) pacote sendo transmitido B pacote chegando ao buffer cheio é perdido Fundamentos de Redes de Computadores 33/39
  34. 34. Vazãovazão: taxa (bits/unidade de tempo) em que os bits são transferidos entre emissor/receptorinstantânea: taxa em determinado ponto no tempomédia: taxa por período de tempo maior servidor, com arquivo de F bits para enviar ao clienteservidor envia link capacity link capacity tubulação que pode tubulação que pode bits (fluido) transportar fluido na Rs bits/sec transportar fluido na Rc bits/sec pela tubulação taxa Rs bits/s) taxa Rc bits/s) Fundamentos de Redes de Computadores 34/39
  35. 35. Vazãoenlace no caminho de fim a fim que restringe a vazão de fim a fim • Rs < Rc Qual é a vazão média de fim a fim? Rs bits/s Rc bits/s  Rs > Rc Qual é a vazão média de fim a fim? Rs bits/s Rc bits/s Fundamentos de Redes de Computadores 35/39
  36. 36. Vazão: cenário da Internetna prática: Rc ou Rs normalmente é gargalo Rs Rs Rsvazão de fim a fim por conexão: R min(Rc,Rs,R/10) Rc Rc Rc 10 conexões (aproximadamente) compartilham enlace de gargalo do backbone a R bits/s Fundamentos de Redes de Computadores 36/39
  37. 37. InternetUsuários? ~1.5 bilhãoRoteadores? ~107Emails por dia? ~1010Google? ~105 p/ segYouTube? ~108 p/ dia Fundamentos de Redes de Computadores 37/39
  38. 38. Para a Próxima AulaAtividade prática1.Ler o texto em inglês IDCTier1-Whitepaper e fazer um resumo de uma página para me entregar. Fundamentos de Redes de Computadores 38/39
  39. 39. Slides baseados no material do livro Fundamento de Redes da Pearson Editora. Fundamentos de Redes de Computadores 39/39

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