Net adr-2009-slides-cap1

unesp UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA

REDES DE COMPUTADORES
Anotações de Aula e Slides
8a. Edição - 2009

~1~
Introdução: Redes de Computadores e a Internet

http://adriano.acmesecurity.org/redes

Adriano Mauro Cansian
adriano@acmesecurity.org

São José do Rio Preto
Bacharelado em Ciências da Computação

MMIX

Prefácio 2009
Este é o material didático contendo a coleção de slides e notas de aula do Curso de Redes de
Computadores para o primeiro semestre de 2009, na UNESP – Universidade Estadual
Paulista, Campus de São José do Rio Preto, sob responsabilidade do Professor Adriano Mauro
Cansian. Este material NÃO substitui o livro texto adotado no curso, devendo ser usado de
modo a complementá-lo, e em conjunto com outras referências recomendadas. A principal
função destas notas de aula é facilitar a realização das anotações dos tópicos mais importantes
discutidos em sala de aula, agilizando assim o andamento do curso para os alunos.A primeira
a
versão foi utilizada no primeiro semestre de 1998. Esta é a 8 . Edição - 2009, com
aprimoramentos, novos tópicos e abordagens atualizadas

Estas notas de aula podem diferir ligeiramente do material usado pelo professor durante a aula
em sala. Isso porque o professor muitas vezes acaba inserindo outros materiais de última hora,
para melhorar a qualidade e atualizar o material, visand sempre a melhor expressão dos temas
aos alunos. Portanto, é fortemente recomendável que os alunos tenham este material de
aula em mãos durante a aula, de forma a fazer anotações, inserções e correções conforme
necessário.

Este material tem finalidade meramente educacional e é totalmente GRATUITO. Estas
notas de aula podem conter figuras ou textos extraídos de outras fontes, as quais, quando
ocorrerem, serão devidamente citadas. Os direitos autorais dos textos citados são de
propriedade de seus detentores. Esta não é uma obra comercial. A citação ou uso de
material de outros autores, quando ocorrer, tem finalidade meramente didática. Nem o
autor, nem a UNESP, se responsabilizam por quaisquer danos diretos ou indiretos que o uso
deste material possa eventualmente causar. Este material pode ser copiado livremente, desde
que citadas todas as fontes, e respeitados os detentores dos direitos autorais, e desde que o
material seja distribuído por inteiro e não em partes, inclusive com os prefácios. A referência a
qualquer produto comercial específico, marca, modelo, estabelecimento comercial, processo ou
serviço, através de nome comercial, marca registrada, nome de fabricante, fornecedor, ou
nome de empresa, necessariamente NÃO constitui ou insinua seu endosso, recomendação, ou
favorecimento por parte da UNESP ou do autor. A UNESP ou o autor não endossam ou
recomendam marcas, produtos, estabelecimentos comerciais, serviços ou fornecedores de
quaisquer espécies, em nenhuma hipótese. As eventuais marcas e patentes mencionadas são
de propriedade exclusiva dos detentores originais dos seus direitos e, quando citadas,
aparecem meramente em caráter informativo, para auxiliar os participantes do curso, numa
base de boa-fé pública. Os participantes ou outros interessados devem utilizar estas
informações por sua conta e risco, e estarem cientes desta notificação.

Este material didático não se trata de uma publicação oficial da UNESP. Seu conteúdo não
foi examinado ou editado por esta instituição. As opiniões refletem a posição do autor.

São José do Rio Preto, SP - 24 de março de 2009.


ii

Créditos

Estes slides para notas de aula são, em sua grande parte, baseadas nos livros textos
adotados para o curso: “Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring the
Internet” – James F. Kurose & Keith W. Ross (3a. Edição), Editora Addison Wesley
Longman, e “Computer Networks”, 3th Edition, de Andrew S. Tanenbaum – Prentice-
Hall (ISBN 0-13-349945-6) e em sua tradução “Redes de Computadores” – Terceira
Edição, da Editora Campus (ISBN 8535201572).

Copyright (c) ADRIANO MAURO CANSIAN. É dada permissão para copiar,
distribuir e/ou modificar este documento sob os termos da Licença de
Documentação Livre GNU, Versão 1.1 ou qualquer versão posterior
publicada pela FREE SOFTWARE FOUNDATION em
http://www.gnu.org/licenses/licenses.html, SEM Seções Invariantes, com
os Textos da Capa da Frente sendo “Curso de Redes de Computadores –
Prof. Adriano Mauro Cansian”, e com os textos da quarta-capa sendo as
páginas numeradas de “ii” até “iv” deste documento.

Contato:

Professor Assistente Doutor


UNESP - Universidade Estadual Paulista
Campus de São José do Rio Preto

Depto. de Ciência da Computação e Estatística
Laboratório ACME! de Pesquisa em Segurança de Computadores e Redes

Endereço:
R. Cristóvão Colombo, 2265 - Jd. Nazareth
15055-000 * São José do Rio Preto, SP.
Tel. (17) 3221-2475 (laboratório) / 3221-2201 (secretaria)
http://adriano.acmesecurity.org

Chave PGP:
Adriano Mauro Cansian <adriano@acmesecurity.org>
Key ID: 0x3893CD2B
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Key Fingerprint: C499 85ED 355E 774E 1709 524A B834 B139 3893 CD2B

iii

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Please, read carefully.

This ACME! product is meant for educational purposes only. Any resemblance to real persons, living or dead is purely
coincidental. Void where prohibited. Some assembly required. List each check separately by bank number. Batteries not
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shipped to troops in Saudi Arabia and is also being dropped by warplanes on Iraq. Do not taunt ACME! May cause any
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shrapnel, lasers, napalm, torpedoes, or emissions of X-rays, Alpha, Beta and Gamma rays, knives, stones, etc.). Other
restrictions may apply. This supersedes all previous notices. The ACME! Computer Security Research.

iv

UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1

unesp - IBILCE - SJRP

Curso de
Redes de Computadores
2009


Capítulo 1
Introdução


Parte I: Introdução
Metas:
 Contexto, visão geral e intuitiva de redes.
• Aprofundamento e detalhes mais adiante.
 Abordagem:

• Descritiva.
• Uso da Internet como exemplo.

Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1



Visão geral:

 O que que é a Internet  Camadas de protocolo e
 O que é um protocolo modelos de serviço.
 A borda (edge) da rede  Backbones, PTTs,
 O núcleo (core) da rede provedores
 Rede de acesso, meio  Um pouco de história.
físico.  Resumo.
 Desempenho: perdas,
retardo.


O que que é a Internet: os componentes

1 2
 Milhões de computadores  Enlaces (links) de
interligados: comunicação
 PCs, estações, servidores, • fibra, cobre, rádio, satélite.
telefones, PDAs, games,  Roteadores (routers):
GPS, robôs, geladeiras,
terminais, etc... encaminham pacotes
• Executando aplicações
(blocos) de dados pela
de rede. rede




Cada vez mais coisas na ‘net’


Estrutura da Internet
estação
roteador

servidor móvel

ISP Local Provedor de backbone

Rede
corporativa




Os componentes da Internet

 Protocolos: controlam  Padrões Internet
envio, recepção de • RFC: Request for
mensagens comments.
• TCP, IP, HTTP, FTP, http://www.faqs.org
PPP,... • IETF: Internet

 Internet é a “rede de Engineering Task Force
http://www.ietf.org
redes”
• Aproximadamente
hierárquica.
• Internet pública e intranet
privada.


Os serviços na Internet
 Infra-estrutura de
comunicação: possibilita
aplicações distribuídas:
• WWW, correio, jogos,
comércio eletrônico, P2P,
bases de dados, eleições,
etc...
 Dois serviços de
comunicação oferecidos:
• Sem conexão.
• Orientado a conexão.




Ciberspaço / Cyberspace

Ciberespaço [Willian Gibson]:

“Uma alucinação consensual ...”
Neuromancer


A Internet e sua explosão para o mundo

 Internet dentro do mundo dos negócios:
World Wide Web (WWW)
• Foi adotado um conjunto de padrões
relativamente simples.
• Permitiu acessar a informação em qualquer
lugar.




WWW (1)
 Hipertexto:
“A mente humana (...) opera por associação. De
posse de um item, ela parte instantaneamente
para outro que é sugerido pela associação de
pensamentos, de acordo com alguma teia
intrincada de trilhas levadas pelas células do
cérebro.”
1945 - Vannevar Bush


WWW (2)

 1988 - Theodore Nelson (Xanadu Network)
 1992 / 1993
• Marc Andreesen e Eric Bina (NCSA - Illinois)
• Tim Berners-Lee (CERN - Suíça)
 Acadêmica.
 Idéia certa, feita pelos motivos errados: fazer a
ligação de 200 cientistas a um número ínfimo de
supercomputadores.




A Internet para o e-business


O que que é um protocolo?
Protocolos humanos: Protocolos de rede:
 “-Que horas são?”  Máquinas ao invés de
 “-Tenho uma dúvida”. gente.
 Apresentações.  Toda comunicação na
Internet é governada por
… mensagens protocolos.
específicas enviadas.
… ações específicas
adotadas ao receber
mensagens.




O que que é um protocolo?
Um protocolo humano e um protocolo de rede :

Oi! TCP pedido
de conexão.
Oi!
TCP resposta.
Que horas
são? Get http://www.unesp.br/index.htm
2:00
<arquivo>
Tempo


Detalhes sobre a estrutura da rede

 Borda (edge) da rede:
aplicações e
hospedeiros (hosts).
 Núcleo (core) da rede:
• Roteadores.
• Rede de redes.
 Redes de acesso,
meios físicos: enlaces
(links) de
comunicação.




A borda da rede:
 Sistemas terminais:
• Executam aplicações
• Exemplo: WWW, correio
• Na “borda da rede”.
 Modelo cliente/servidor
• Cliente solicita, recebe serviço
do servidor.
• Exemplo: cliente WWW
(browser) / servidor;
• Cliente / servidor de e-mail.
• P2P.


Borda da rede:

SERVIÇOS COM E SEM
CONEXÃO.




Borda da rede: serviço orientado a conexão (1)

Meta: transferência de dados entre sistemas
 “handshaking”: preparação para iniciar
transferência.
• Protocolo humano: “Oi!” - “Oi!”
• Criar “estado” entre 2 sistemas em comunicação
 TCP - Transmission Control Protocol
• Serviço orientado a conexão da Internet.


Borda da rede: serviço orientado a conexão (2)

Características do Serviço TCP [RFC 793]
 Transferência de dados: fluxo de bytes
ordenado, confiável:
• Perdas: reconhecimentos e retransmissões
 Controle de fluxo:
• Remetente rápido não vai “afogar” o receptor

 Controle de congestionamento:
• Remetentes “reduzem a taxa de envio” quando rede
fica congestionada.




Borda da rede: serviço sem conexão

Meta: transferência de dados entre sistemas
(A mesma coisa que antes ?!?).
 UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]:
Serviço sem conexão da Internet.
• Transferência de dados não confiável.
• Sem controle de fluxo.
• Sem controle de congestionamento.


Aplicações

Aplicações usando TCP:
 HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo),
Telnet (acesso remoto), SMTP (correio), ssh,...

Aplicações usando UDP:
 Mídia com “streamming”, teleconferências,
telefonia pela Internet.




Núcleo (core) da Rede
 Malha conexa de roteadores.
 A questão fundamental: como
se transfere dados através da
rede?
• Comutação de circuitos:
circuito dedicado por
chamada: rede de telefonia
• Comutação de pacotes:
dados enviados pela rede
em quantias discretas
(“pedaços”).


Comutação de CIRCUITOS




Núcleo da Rede: comutação de circuitos (1)

Recursos fim a fim
reservados para a
“chamada”
 Banda de enlace, capacidade
de comutação.
 Recursos dedicados: não há
compartilhamento.
 Desempenho como circuitos
(garantido).
 Requer fase inicial (“setup”).



Recursos de rede picado em “pedaços”.
• Por exemplo: Banda (bandwidth)
 Pedaços alocados para as chamadas.
 Recurso fica ocioso se não usado pela chamada.
 Não há compartilhamento.




Exemplo:

 Um circuito de 1 Mbps só pode
acomodar 10 usuários que
consomem 100 Kbps.
• Estejam eles transmitindo ou não.
 Digamos que os usuários só
transmitam 10% do tempo: há muita
ociosidade do canal.
• Será comparado mais adiante.



Divisão de banda em
“pedaços”
 Divisão por freqüência
(FDMA - Frequency
Division Multiplexing
Access)
 Divisão por tempo
(TDMA - Time Division
Multiplexing Access)




Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA

Exemplo:
FDMA
4 usuários

Freqüência

tempo
TDMA

Freqüência

tempo


Comutação de PACOTES




Núcleo da Rede: comutação de pacotes (1)

Cada fluxo de dados da origem ao
destino é dividido em pacotes:
 Pacotes compartilham recursos.
 Cada pacote usa a banda inteira
do enlace.
• Veremos exemplo mais adiante.

 Recursos usados sob
demanda.



Contenção de recursos:
 Demanda agregada pode exceder os recursos
disponíveis.
 Congestionamento:
• Fila de pacotes em espera para uso do enlace.
 Armazena e re-encaminha (forward):
• Pacotes passam por um enlace a cada vez.

• Transmite através do enlace.
• Aguarda vez para o próximo.




Comutação de pacotes:
“armazena e re-encaminha”
(store-and-forward)



 Cada link 1,5 Mbps
 Total de 7,5 Mbits para transmitir = 5000 pacotes de 1,5 Kbits

Coisas acontecem ao mesmo tempo:
1º. Pacote leva 1 ms até router 1
1º. Pacote leva 2 ms até router 2

 Mas pacote 2º. já começa a vir para router 1 = 1 ms.
 1o. Pacote chega ao destino em 3ms.
 enquanto isso o pacote 2 chega no router 2 em 2 ms.
etc…
Tempo total para os 5000 pacotes é de 5,002 seg.




Comutação de pacotes X comutação de circuitos (1)

Comutação de pacotes permite admitir mais usuários!
 Enlace de 1 Mbps.
 Suponha que cada
usuário: N usuários

• 100 Kbps quando “ativo” enlace de
• Ativo 10% do tempo 1 Mbps

 Comutação de circuitos:
• Comporta só 10 usuários.
• Tem que reservar a banda toda.



Comutação de pacotes permite admitir mais usuários!
 Enlace de 1 Mbps.
 Cada usuário: N usuários
• 100 Kbps quando “ativo”
enlace de
• Ativo 10% do tempo 1 Mbps

 Comutação de pacotes:
• Probabilidade de haver um usuário
específico ativo é 0,1 (ou seja, 10%).
• Se houver 35 usuários: a
probabilidade de haver mais de 11 ou
mais usuários ativos simultâneos é
menor que 0,0004 (Exercício)





 Usuário quando ativo gera dados a 100 Kbps.
• Prob. de MAIS de 10 usuários ativos é 0.0004
• Prob. 10 ou MENOS usuários ativos é 0.9996
 Moral da estória:
• numa rede de packet switching de 1 Mbps
existe probabilidade P = 0.9996 dos 35 usuários
terem disponível a mesma banda que existiria
em uma rede circuit switching de 1 Mbps com
10 usuários.
• Suporta 3 vezes mais usuários que packet switch.



Comutação de pacotes será sempre o melhor?

 Ótimo para dados em rajadas
Compartilha recursos.
•
• Não requer inicialização (setup).
 Questões a serem tratadas:
• Se há congestionamento excessivo: ocorrem retardo e perdas.
• Mas, há protocolos necessários para transferência
confiável de dados e controle de congestionamento.
• Como prover (simular) comportamento de circuitos?
• Garantias de banda necessárias para aplicações de áudio/
vídeo.
(...é um problema ainda sem solução)




Redes de pacotes: roteamento
 Meta: mover pacotes entre roteadores da origem ao
destino.
• Estudamos diversos algoritmos de seleção de rota (cap. 4)
 Rede de datagramas:
• endereço de destino determina próximo passo.
• rotas podem mudar durante uma sessão.
• analogia: dirigindo, perguntando o caminho.

 Rede de circuitos virtuais:
• Cada pacote carrega rótulo (ID de circuito virtual), rótulo
determina próximo passo.
• Rota fixa determinada em tempo de estabelecimento da
chamada, permanece fixa durante a chamada.
• Roteadores mantêm estado por chamada.


Redes de acesso e meio físico




Redes de acesso e meios físicos
 Como ligar sistemas
terminais ao 1º. roteador?
• Redes de acesso residencial.
• Redes de acesso institucional
(escola, empresa, etc...).
• Redes de acesso móvel.

Características principais:
• Qual a Banda (bits per second) da
rede de acesso?
• É Compartilhada ou dedicada?


Acesso residencial: acesso ponto a ponto

 Discado via modem (dial-up)
até 56Kbps, acesso “direto”
•
ao roteador (conceitual).
 RDSI ou ISDN: rede digital de
serviços integrados: 128Kbps,
conexão digital ao roteador
 ADSL: Asymmetric Digital
Subscriber Line
• Até 4 Mbps de casa ao roteador.
• Até 34 Mbps do roteador a casa.
• Disponibilidade de ADSL :
Telefônica, Telemar, etc... Canal Voice: de 0 a 4 KHz
Canal Download: 50 KHz e 1 MHz
Canal Upload: 4KHz a 50 KHz




Acesso residencial: cable modems
 HFC: hybrid fiber coax
• assimétrico: até 10Mbps p/ a
casa, 1 Mbps para a rede
 Rede de cabo e fibra liga a
casa ao roteador do provedor.
• Acesso compartilhado ao
roteador pelas casas.
• Problemas: dimensionamento,
congestionamento.
• Disponibilidade: via
companhias de TV a cabo,
Exemplo: NET, TVA.


Acesso institucional: redes locais
 Rede local (LAN) liga
sistema terminal ao 1º.
roteador.
 Ethernet: cabo compartilhado ou
dedicado usado para acesso ao
roteador. 10 Mbps, 100Mbps, Gigabit
Ethernet
 Disponibilidade:
Corporações e instituições,
redes domésticas ...
 LANs - Redes locais.




Redes de acesso sem fio (wireless)
 Rede de acesso sem fio
liga ao roteador
 Redes locais sem fio: roteador
Espectro de rádio substitui
•
cabo
estação
• Mais usados: 802.11b de 11
Mbps e 802.11g de 54 base
Mbps
• Também usada para
ligações ponto a ponto (rede
ad-hoc).
 Acesso sem fio não local sistemas
• Acesso sem fio ao roteador móveis
do provedor via rede de
telefonia celular.
• Celular 3G.


Meios físicos
Par trançado
 Enlace físico:
Bit de dados transmitido (Twisted Pair - TP)
propaga através do  Dois fios isolados de
enlace. cobre.
 Meio guiado: • Categoria 3: fio telefônico
tradicional, ethernet de 10
• Sinais propagam em meios Mbps
sólidos: cobre, fibra.
• Categoria 5: ethernet de
 Meios não guiados: 100Mbps
• Sinais propagam
livremente, p.ex., rádio




Meios físicos: cabo coaxial, fibra
Cabo coaxial:
 Fio (portador do sinal)
dentro de um fio
(blindagem)
• Banda básica: canal único
no cabo.
• Banda larga: múltiplos
canais no cabo.
 Bidirecional.
 Uso era comum em
Ethernet de 10Mbps


Meios físicos: rádio (1)

 Sinal enviado pelo espectro eletromagnético.
 Sem “fio” físico.
 Bidirecional.
 Efeitos sobre propagação do ambiente:
• Reflexão.
• Obstrução por objetos.
• Interferência.




Meios físicos: rádio (2)

Tipos de enlace de rádio:
 Microondas
• p.ex. canais até 155 Mbps

 Rede local (p.ex.802.11B e 802.11G)
• 11Mbps e 54Mbps

 Longa distância (p.ex., celular)
• p.ex. CDPD, 10’s Kbps ou 3G em alta velocidade.

 Satélite
• Canais de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores)
• Retardo ponto a ponto de 270 ms.
• Geosíncrono X LEOS (Low Earth Orbit Satellite)


Atrasos / Delays




Retardo em redes de pacotes
 Transmissão.
Pacotes experimentam
 Propagação.
retardo em caminhos
fim a fim.  Processamento.
 Enfileiramento
 Quatro causas de
retardo a cada enlace.

transmissão
A propagação

B
Processamento
no nó enfileiramento


Rotas e atrasos na Internet “real”
Traceroute:

adriano@angel:~$ traceroute www.unesp.br

traceroute to shepard.unesp.br (200.145.1.9), 30 hops max, 52 byte packets

1 ***

2 thunder (200.145.216.10) 1.953 ms 2.930 ms 1.953 ms

3 cis-lab-ibilce.net.unesp.br (200.145.0.249) 1.953 ms 1.954 ms 0.976 ms

4 nap-sjrp.net.unesp.br (200.145.0.194) 18.555 ms 13.672 ms 13.672 ms

5 nap2-nap.net.unesp.br (200.145.255.30) 14.649 ms 13.672 ms 14.649 ms

6 shepard.unesp.br (200.145.1.9) 12.695 ms 21.484 ms 13.672 ms
Trace completed

adriano@angel:~$




Atrasos ou retardos (delays)
Enquanto um pacote viaja de um nó (seja um host ou router) até o nó
subseqüente, o pacote sofre diversos tipos diferentes de retardo (ou
atraso) em cada nó ao longo do trajeto.

Os mais importantes atrasos são:

• traso de processamento nodal (referente a cada nó)  dpro
A
• traso de enfileiramento  dqueue
A
• traso de transmissão  dtrans
A
• traso de propagação  dprop
A

Atraso nodal total  dnodal .


Atraso de Processamento
• (dpro) Atraso de Processamento: O tempo requerido para examinar o
cabeçalho do pacote e determinar onde enviar o pacote.

• O atraso de processamento pode também incluir outros fatores, tais
como o tempo necessário para verificar se há erros eventualmente
ocorridos ao transmitir o pacote do host ao router A.

• Os atrasos de processamento em routers de alta-velocidade estão
tipicamente na ordem dos microsegundos ou menores.

• pós este processamento, o router envia o pacote à fila que precede a
A
ligação até o router B.




O atraso de fila (queue delay)
Uma vez na fila, o pacote experimenta um atraso de enfileiramento dqueue
enquanto espera para ser transmitido na ligação.

Variável: O atraso de enfileiramento de um pacote depende da
quantidade de outros pacotes, que chegaram antes, e que estão na fila
aguardando a transmissão através do link.

Se a fila estiver vazia, e nenhum outro pacote estiver sendo transmitido no
momento, então o atraso de enfileiramento do pacote é zero.

Já se o tráfego for pesado, e muitos outros pacotes também estiverem
esperando para ser transmitidos, o atraso de enfileiramento será longo.


Atraso de transmissão (1)
Depende da LARGURA de BANDA (velocidade) disponível no enlace.

Pacotes são transmitidos à maneira first-come-first-serve, assim
que todos os pacotes que chegaram antes tenham sido
transmitidos.

Se o comprimento do pacote por L bits, e a taxa da transmissão da
ligação do router A ao router B de R bits/sec.

A taxa R é determinada pela taxa da transmissão da ligação ao
router B.

• Ethernet 10-Mbps, a taxa é R = 10 Mbps
• Ethernet 100-Mbps, a taxa é R = 100 Mbps

O atraso de transmissão é L/R. Esta é a quantidade de tempo para
transmitir todo o pacote no link. Na prática, os atrasos da
transmissão estão tipicamente na ordem dos microsegundos ou
menos.




Atraso de transmissão (2)
 R= banda do enlace
(bps)
 L= tamanho do pacote
(bits)
 Tempo para transmitir
pacote no enlace = L/R

transmissão
A propagação

B


Atraso na PROPAGAÇÃO (1)




Atraso na PROPAGAÇÃO (2)
Retardo de propagação:
 d = distância do enlace
 v = velocidade de
propagação
(~2x108 metros/sec) R= banda do enlace (bps)
 Retardo propagação = d/v

transmissão
A propagação

B
Processamento
no nó enfileiramento


Comparando atrasos de propagação e
de transmissão

Importante entender a diferença entre o atraso de
transmissão e o atraso de propagação. A diferença é sutil, mas
importante.

Atraso da transmissão: quantidade de tempo exigida para o
router EMPURRAR o pacote. É uma função do comprimento
do pacote e da taxa da transmissão do link, mas não tem nada
fazer com a distância entre os dois routers.

Atraso da propagação: tempo que um bit leva para propagar
de um router ao seguinte. É uma função da distância entre os
dois routers, mas não tem nada ver com o comprimento do pacote,
nem com a taxa da transmissão da ligação.




Em redes de pacotes
 O mesmo ocorre em redes packet-switched: os primeiros bits em
um pacote podem chegar em um router quando muitos dos bits
restantes no pacote ainda esperam para ser transmitidos pelo router
precedente.

 Considerando d proc , d queue , d trans , e d prop denotando
respectivamente o atraso de processamento, o atraso de
enfileiramento, o atraso de transmissão, e atraso de propagação, o
atraso nodal total é dado por
dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop

A contribuição destes componentes do atraso
pode variar significativamente.


Queue delay - o atraso de fila (1)
 Ao contrário de outros três atrasos (a saber, dproc, dtrans, e dprop ) o
atraso de fila pode variar de pacote para pacote.

• Exemplo: se 10 pacotes chegarem em uma fila vazia ao mesmo
tempo, o primeiro pacote transmitido não sofrerá nenhum atraso de
fila, enquanto o último pacote transmitido sofrerá um atraso de fila
relativamente grande (enquanto espera outros nove pacotes serem
transmitidos).

 Ao caracterizar o atraso de fila, usa-se medidas estatísticas, tais
como o atraso médio da fila, a variância do atraso, e a
probabilidade que o atraso de fila exceda algum valor específico.





 Denote como sendo “a” a taxa média em que os pacotes
chegam à fila (a é dado em pacotes/seg).

 Suponha também, para simplicidade, que todos os pacotes
consistem em L bits.

 Então a taxa média em que os bits chegam à fila é
(La) bits/seg



 R é a taxa da transmissão, isto é, a taxa
em que os bits são eliminados da fila (em
bits/seg).
 Suponha que a fila é muito grande, e pode
acomodar essencialmente um número
infinito dos bits. (mentira!!! - mais adiante)
 Então a relação La/R, é chamada de
intensidade do tráfego, e representa um
papel importante para estimar o atraso da
fila.





 Se La/R ≤ 1:
A natureza do tráfego de entrada causa impacto no
atraso de fila.
• Se os pacotes chegarem periodicamente, isto é, um pacote
chegando a cada L/R segundos, então cada pacote chegará a
uma fila vazia e não haverá nenhum atraso de fila.
• Se os pacotes chegarem em rajadas, mas periodicamente,
pode haver um atraso de fila médio significativo.
 Se La/R > 1 : taxa média em que os bits chegam à fila
excede a taxa em que os bits podem ser
transmitidos da fila.
• A fila tende a aumentar sem limite, e o atraso de fila se
aproxima de infinito.


Atraso em filas - Resumo

 R=banda do enlace (bps)
 L=comprimento do pacote
(bits)
 a=taxa média de chegadas




Descarte (Drop) de pacotes
 A capacidade da fila não é infinita, os atrasos de pacote não se
aproximam realmente a infinito. Eles se perdem.
 Um pacote pode chegar e encontrar uma fila cheia. Sem lugar para
armazenar tal pacote, um router descartará (“drop”) esse pacote,
isto é, o pacote será perdido.

 A fração de pacotes perdidos aumenta enquanto a intensidade
do tráfego aumenta.

• Conseqüentemente, o desempenho em um nó é medido não somente nos termos
do atraso, mas também nos termos da probabilidade da perda do pacote.


Camadas de Protocolos

Lego




“Camadas” de Protocolos
Redes são complexas!
 Muitos componentes:
• Hosts. Pergunta:
• Roteadores. Como organizar a
• Links de diversos estrutura da rede?
meios.
• Aplicações.
• Protocolos.
• Hardware,
software...


Organização de viagens aéreas

passagem (compra) passagem (reclama)

bagagem (entrega) bagagem (recupera)

portão (embarque) portão (desembarque)

decolagem aterrissagem

roteamento do avião roteamento do avião

 Uma série de passos...




Organização de viagens aéreas: outra visão






Camadas: cada camada implementa um serviço.
• Através das ações internas da própria camada.
• Usando os serviços providos pela camada inferior.


Viagens aéreas em camadas: serviços

Entrega balcão a balcão de passageiros / bagagem

Entrega de bagagem do check-in à esteira

Entrega pessoas: pessoal embarque - ao pessoal desembarque

Entrega de avião: aeroporto a aeroporto

Roteamento do avião da origem ao destino




Implementação distribuída da funcionalidade das camadas


Aeroporto de desembarque
Aeroporto de embarque





locais intermediários de tráfego aéreo


roteamento do avião


Por que usar camadas?
Ao lidar com sistemas complexos:
 Estrutura explícita permite identificação, relações entre
componentes de sistema complexo.
• Modelo de referência para discussão.
 Modularização facilita manutenção e atualização do
sistema
• Mudanças de implementação do serviço da camada
são invisíveis ao resto do sistema.
• Exemplo: mudança no procedimento do portão
não afeta o resto do sistema.




Pilha de protocolos da Internet
 Aplicação: suporta aplicações de rede
• FTP, SMTP, HTTP.
aplicação
 Transporte: transferência de dados
entre sistemas terminais transporte
• TCP, UDP = transporte.
 Rede: roteamento de datagramas da rede
origem ao destino
• IP = protocolos de roteamento enlace
 Enlace: transferência de dados entre
elementos de rede vizinhos física
• PPP, ethernet.
 Física: bits “nos fios”.
• Na verdade: variação do meio (ondas).


Camadas: comunicação lógica
Cada camada: aplicação
transporte
 Distribuída. rede
 “Entidades” enlace
física
implementam
funções da rede
aplicação enlace
camada em transporte física
cada nó. rede
 Entidades enlace
física
realizam ações, aplicação aplicação
trocam transporte transporte
mensagens rede rede
enlace enlace
com pares. física física




Camadas: comunicação lógica
dados
aplicação
Ex. Transporte TCP transporte
transport
 Obtém dados da rede
aplicação. enlace
física
 Inclui endereços,
info para ack rede
confiabilidade para aplicação enlace
física
formar “datagrama”. transporte dados
rede
 Envia datagrama ao enlace dados
par. física
application aplicação
 Espera receber ack transport transporte
transport
(confirmação) do network rede
par. link enlace
 Analogia: correios. physical física


Camadas: comunicação física
dados
aplicação
transporte
rede
enlace
física
rede
aplicação enlace
transporte física
rede
enlace
física dados
aplicação aplicação
transporte transporte
rede rede
enlace enlace
física física




Camadas de protocolos e dados
 Cada camada recebe dados da camada superior.
 Acrescenta cabeçalho com informação para criar nova
unidade de dados.
 Passa nova unidade de dados para camada inferior.
origem destino
aplicação aplicação M mensagem
M
transporte transporte segmento
Ht M Ht M
rede rede
Hn Ht M Hn Ht M datagrama
enlace enlace
Hl Hn Ht M Hl Hn Ht M quadro
física física


Relação da pilha e os PDUs




Backbones, NAPs e ISPs


Backbones, NAPs e ISPs (1)
 Internet é hierárquica.

 De cima para baixo: a hierarquia consiste nos sistemas de
extremidade (PCs, hosts, servers, etc...) conectados aos
provedores de serviço locais da Internet (Internet Service
Providers - ISPs).

 Os ISPs locais são conectados a ISPs regionais, que são
conectados a ISPs nacionais e internacionais.

 Os ISPs nacionais e internacionais são conectados
juntos no topo do nó mais elevado na hierarquia.
• Os novos nós podem ser adicionados apenas como uma parte nova de
Lego pode ser unida a uma construção existente de Lego.




 No ponto mais alto da hierarquia → os ISPs nacionais, que são
chamados os fornecedores de serviço nacionais (National Service
Providers - NSPs).

 Os NSPs formam uma espinha dorsal (backbone) de redes
independentes que se espalham no país (e muitas vezes se estendem
também ao exterior).
• Da mesma forma que existem várias companhias telefônicas de longa distância
(interurbanas), há vários NSPs que competem entre si pelo o tráfego e pelos
clientes.
 Os NSPs existentes incluem Embratel, GlobalOne, NetStream (AT&T),
COMSAT, Diveo, IMPSAT, RNP, Brasil Telecom, Telemar, Telefônica, dentre
outyros. Os NSPs têm tipicamente links de transmissão de alta
velocidade.


 O NSPs devem ser interconectados entre si.
• Suponha um ISP regional, como por exemplo Guapiaçu-Net, é
conectado ao NSP Telefônica, e um outro ISP regional, como por
exemplo BarraMansaNet, é conectado a NSP Embratel. Como
pode o tráfego ser emitido entre Guapiaçu-Net a
BarraMansaNet?

 A solução: introduzir centros do comutação (switching),
chamados os Pontos de Troca de Tráfego (PTT)
• Também chamados de NAPS (Network Access Points).
 Interconectam o NSPs, permitindo desse modo que cada ISP
regional passe o tráfego a todo o outro ISP regional.




 Por exemplo, a Telefônica tem um NAP em São Paulo, e
Brasil Telecom tem um NAP em Brasília. Além de se
conectarem em NAPs, os NSPs podem se conectar também
através dos pontos de troca privativos (Private Peering
Points).


 NAPs ou PTT (ponto de troca de tráfego)
transmitem e comutam volumes tremendos de
tráfego de Internet eles são redes de comutação
de alta-velocidade, muito complexas.
• Veja: http://ptt.br
 Tipicamente concentradas em uma área geográfica
pequena (por exemplo, um único edifício,
normalmente chamado de “teleporto”).

 Freqüentemente, os NAPs usam tecnologia
avançadas de comutação e roteamento.




Peering X Transit (1)
 Peering: “voluntary interconnection of
administratively separate Internet networks for
the purpose of exchanging traffic between the
customers of each network. The pure definition
of peering is settlement-free or "sender keeps
all," meaning that neither party pays the other
for the exchanged traffic.”


Peering X Transit (2)
 “Transit:
• the advertisement by an Internet service provider
(ISP) of routes to a customer's Internet Protocol
addresses to the other ISPs who constitute the rest of
the Internet, thereby soliciting inbound traffic from
them on behalf of the customer;
• and the advertisement of a default route, or a full
set of routes to all of the destinations on the Internet,
to the ISP's customer, thereby soliciting outbound
traffic from them.”
• You pay money (or settlement) to another network
for Internet access.




Exemplo provedor nacional: Sprint U.S.A.
backbone network


Exemplo: NAP da PacBell de San Francisco




Provedor Nacional de Backbone - RNP





ANSP – FAPESP - UNESP





ANSP FAPESP
 A Rede ANSP fornece acesso à Internet para as
universidades paulistas públicas e algumas
privadas desde 1991.
 http://www.nara.org.br/o-que-e-a-rede-ansp
 A ANSP compra trânsito Internet de 3 ISPs;
Global Crossing, Telefonica e Terremark.


Projeto ANSP / FAPESP
 Em fevereiro de 1991, passou a fornecer acesso
à Internet para as universidades estabelecidas no
Estado de São Paulo por meio de um enlace de
9.6 kbps.
• Também foi responsável pela administração do
registro de domínios e de endereços IP no Brasil
até 2005, ano em que o GGI.br assumiu essa
responsabilidade.
• No período de 1992 a 1994, o projeto ANSP foi o
único acesso que o Brasil teve para a Internet, tanto
para o tráfego acadêmico, como para o comercial.




História da Internet (1)

 1961: Kleinrock - teoria das  1972:
filas demonstra eficácia de • ARPAnet demonstrada
comutação de pacotes. publicamente.
 1964: Baran - comutação de • NCP (Network Control
pacotes em redes militares. Protocol) primeiro
 1967: ARPAnet concebida protocolo fim a fim.
pela Advanced Reearch • Primeiro programa de
Projects Agency. correio eletrônico.
 1969: Primeiro nó ARPAnet • ARPAnet tem 15 nós.
operacional.



 1970: ALOHAnet rede via Cerf & Kahn: princípios de inter-
satélite em Havaí. redes:
 1973: Tese de doutorado de • Minimalismo, autonomia:
Metcalfe propõe Ethernet. nenhuma mudança
 1974: Cerf & Kahn - interna necessária para
arquitetura para interligar interligar redes.
redes. • Modelo de serviço de
 fim dos 70: arquiteturas melhor esforço (best-
proprietárias: DECnet, SNA, effort).
XNA. • Roteadores sem estado.
 fim dos 70: comutação de • Controle descentralizado
pacotes de tamanho fixo
(precursor do ATM). Definem a arquitetura
 1979: ARPAnet tem 200 nós da Internet de hoje !





 1983: implantação de  Novas redes nacionais:
TCP/IP. Csnet, BITnet, NSFnet,
 1982: definição do Minitel.
protocolo smtp (e-mail).  100,000 hosts ligados à
 1983: definição do DNS confederação de redes.
para tradução de nome  Brasil - início da BITnet
para endereço IP. em 1988 (LNCC e
 1985: definição do FAPESP)
protocolo ftp.  Brasil - início da UUCP
 1988: TCP: controle de em 1989 (Alternex)
congestionamento.



 Início dos 1990: fim da Fim dos 1990:
ARPAnet
 Estimado em 50 milhões
 1991: NSF remove restrições em de computadores na
uso comercial da NSFnet Internet.
(aposentada, 1994).
 Estimado em mais de 100
 Início dos 1990: WWW milhões de usuários.
• Hypertexto [Vanemar Bush  Enlaces backbone
1945, Nelson 1960’s] funcionando em 1 Gbps.
• HTML, http: Berners-Lee
• 1994: Mosaic, depois
Netscape
• fim dos 1990:
comercialização da WWW.




A Internet no Brasil
Pequena cronologia  1999 - criação das
 1991 - rede TCP/IP ReMAVs, Rede-Rio 2,
experimental (SP, RJ, enlaces de 155 Mbps
RS) até 9.600 bps  1999 - novo backbone da
 1992 - Rede-Rio, ANSP, Rede-UFF 622 Mbps
RNP até 64 kbps  2000 - backbone ATM da
 1994/5 - RNPv2, com RNP2
enlaces de 2 Mbps  2001 - conexão
 1994/5 - abertura internacional em 155
comercial, Embratel, Mbps
Comitê Gestor


Capítulo 1: Sumário
Cobrimos muita matéria! Até aqui,
 Visão geral da Internet. desenvolvemos:
 O que que é um protocolo?
 Borda e núcleo de rede,
 Contexto, visão geral,
rede de acesso. intuição de redes.
 Desempenho: perdas,
 Profundidade e
retardo.
 Modelos de camadas e detalhes maiores,
serviços. mais adiante no
 Backbones, PTTs, curso...
provedores.
 História
 Redes ATM.


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