RC - SL01 - Introdução às Redes de Computadores

Redes de Computadores:

Introdução a redes de computadores

06 de Fevereiro de 2011

Prof. Rafael Marrocos Magalhã[email protected]

Universidade Federal da Paraíba

Centro de Ciências Aplicadas e Educação

Departamento de Ciências Exatas

UFPB - CCAE - DCE

Esta apresentação contém partes, ou mesmo slides inteiros, da apresentação original disponibilizada por J.F Kurose e K.W. Ross, com permissão para utilização como material de apoio instrucional. E, conforme solicitação do original, incluí aqui a nota de direito autoral.

1segunda-feira, 6 de fevereiro de 12

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Motivação

O que fazemos com oscomputadores hoje em dia?


Sumário

Conceitos sobre comunicação

Protocolos

Arquitetura TCP/IP

Modelo de Referência ISO/OSI

Histórico das redes


O que é a internet (elementos básicos)

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Rede doméstica

Rede institucional

Rede móvel

ISP global

ISP regional

roteador

PC

servidor

laptop sem fio celular portátil

enlaces com fio

pontos de acesso

!  enlaces de comunicação "  fibra, cobre, rádio,

satélite "  taxa de transmissão =

largura de banda !  roteadores:

encaminham pacotes (pedaços de dados)

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Rede doméstica

Rede institucional

Rede móvel

ISP global

ISP regional

roteador

PC

servidor


enlaces com fio

pontos de acesso





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Rede doméstica

Rede institucional

Rede móvel

ISP global

ISP regional

roteador

PC

servidor


enlaces com fio

pontos de acesso





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Rede doméstica

Rede institucional

Rede móvel

ISP global

ISP regional

roteador

PC

servidor


enlaces com fio

pontos de acesso





hosts, aplicação de redeenlace, largura de bandacomutação de pacotes

comutadores, roteadorestaxa de transmissão

rota, caminhoISPs, IP

Padrões de InternetIETF (RFCs), W3C


Utensílios

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^5',*904+*"@0'C(4*B"3("<,5'),'5"

Menor servidor Web do mundo http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html

Quadro de imagens IP http://www.ceiva.com/

Tostadora preparada para Internet + previsor de tempo

Telefones de Internet


O que é a internet (serviços)

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Rede doméstica

Rede institucional

Rede móvel

ISP global

ISP regional

roteador

PC

servidor


enlaces com fio

pontos de acesso





infraestrutura de comunicação

- aplicações distribuídas

serviços de comunicação fornecidos às aplicações

- entrega de dados confiável da origem ao destino- entrega de dados pelo “melhor esforço”


Visão mais próxima da rede

borda da rede-aplicações e hospedeiros

redes de acesso- enlaces de comunicação

borda da rede- roteadores, redes interconectadas


Borda da redesistemas finais (hosts)

modelo cliente/servidor

modelo peer-to-peer

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cliente/servidor

peer-peer

! modelo cliente/servidor "  hospedeiro cliente solicita,

recebe serviço de servidor sempre ativo

"  p. e. navegador/servidor Web; cliente/servidor de e-mail

! modelo peer-peer: "  uso mínimo (ou nenhum) de

servidores dedicados "  p. e. Skype, BitTorrent


Sistemas de acesso

modem

Digital Subscriber Line (DSL)

Cabo e HFC


Modem

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rede de telefone Internet

modem discado doméstico

modem do ISP (p. e., AOL)

PC doméstico

escritório central

"  usa infraestrutura de telefonia existente "  casa conectada ao escritório central

"  até 56 kbps de acesso direto ao roteador (geralmente menos)

"  não pode navegar e telefonar ao mesmo tempo: não está “sempre ligado”

n+3'?"34*.(3+"


ADSL

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rede telefônica

modem DSL

PC residencial

telefone residencial

Internet

DSLAM

Linha telefônica existente: Telefone 0-4 KHz; dados upstream 4-50 KHz; dados downstream 50 KHz-1 MHz

distribuidor

central telefônica

o4C45(0"_:I*.)4I')"p4,'"io_pj"

"  também usa infraestrutura de telefone existente "  até 1 Mbps upstream (hoje, normalmente < 256 kbps) "  até 8 Mbps downstream (hoje, normalmente < 1 Mbps) "  linha física dedicada à central telefônica


Cabo e HFC

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casa rede de distribuição de cabo

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 D O S

D A D O S

C O N T R O L E

1 2 3 4 5 6 7 8 9

FDM (mais adiante):

Terminal de distribuição


Ethernet

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100 Mbps

100 Mbps

100 Mbps 1 Gbps

servidor

Switch Ethernet

roteador institucional

Ao ISP da instituição

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Sem Fio

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estação base

hosts móveis

roteador LAN (WiFi)

HSDPA, 3G

WiMAX


Acesso Típico!

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ponto de acesso sem fio

laptops sem fio

roteador/ firewall

modem a cabo

de/para extremidade

a cabo

Ethernet


Meios Físicos

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Meios Físicos

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cabo de fibra ótica: !  fibra de vidro conduzindo

pulsos de luz; cada pulso um bit !  operação em alta velocidade:

"  transmissão em alta velocidade ponto a ponto (p. e., 10-100 Gps)

!  baixa taxa de erro: repetidores bastante espaçados; imune a ruído eletromagnético

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–  "/c7"






Meios Físicos

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•  I434)'.4+,(0"•  I(,3("I(*';"

–  M,4.+".(,(0",+".(I+"–  b5D'),'5"0'C(3+"

•  I(,3("0()C(;"–  ?M0-80+*".(,(4*",+".(I+"

–  "/c7"





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n'4+"L*4.+;".(I+"".+(F4(0K"UI)("

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–  M,4.+".(,(0",+".(I+"–  b5D'),'5"0'C(3+"

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–  "/c7"






Conceitos Iniciais

• Sistemas de comunicações

• comutação de circuitos e de pacotes

• Tipos de comunicações

• síncrono, assíncrono, persistentes, transientes


Meios Físicos

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Radio link types: !  micro-ondas terrestre

"  p. e. até canais de 45 Mbps !  LAN (p. e., Wifi)

"  11 Mbps, 54 Mbps !  área ampla (p. e., celular)

"  celular 3G: ~ 1 Mbps !  satélite

"  canal de Kbps a 45Mbps (ou múltiplos canais menores)

"  atraso fim a fim de 270 msec "  geoestacionário versus baixa

altitude


O Núcleo da rede

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Comutação de circuitos

X

Comutação de pacotes


Comutação de Circuito

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FDM

frequência

tempo TDM

frequência

tempo

4 usuários

Exemplo:



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Comutação de Pacotes

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disputa por recursos: !  demanda de recurso

agregado pode exceder quantidade disponível

!  congestionamento: fila de pacotes, espera por uso do enlace

!  store and forward: pacotes se movem um salto de cada vez "  Nó recebe pacote completo

antes de encaminhar

Divisão da largura de banda em “pedaços” Alocação dedicada

Reserva de recursos



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A

B

C Ethernet 100 Mb/s

1,5 Mb/s

D E

multiplexação estatística

fila de pacotes esperando pelo enlace de saída



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N usuários enlace 1 Mbps

P: Como obtivemos o valor 0,0004?


Qual é melhor?

Comutação de circuitos

X

Comutação de pacotes


Estrutura da Internet

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–  5)(5(?":,*"(+*"+:5)+*".+?+"4C:(4*"

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1

interconexão de provedores de nível 1 (peer) privadamente



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ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 2 ISP nível 2

ISP nível 2 ISP nível 2 ISP nível 2

ISP de nível 2 paga ao ISP nível 1 por conectividade com restante da Internet ! ISP de nível 2 é cliente do provedor de nível 1

ISPs de nível 2 também olham privadamente uns para os outros.

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,96'0"#"

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1



ISP de nível 2 paga ao ISP nível 1 por conectividade com restante da Internet ! ISP de nível 2 é cliente do provedor de nível 1

ISPs de nível 2 também olham privadamente uns para os outros.



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•  <_&*"3'",96'0"Q"'"<_&*"0+.(4*"–  )'3'"3+"M0-?+"*(05+"i@(.'**+BjK"?(4*"8)PF4?("3+*"*4*5'?(*"U,(4*"

ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1



ISP local ISP

local ISP local

ISP local

ISP local ISP

nível 3

ISP local

ISP local

ISP local

ISPs locais e de nível 3 são clientes de ISPs de camada mais alta conectando-os ao restante da Internet



!"#$%$"&'()*+,"&)',-.'"/(001"2+3+*"+*"34)'45+*")'*')6(3+*1"*043'"W#"

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ISP nível 1

ISP nível 1

ISP nível 1



ISP local ISP

local ISP local

ISP local

ISP local ISP

nível 3

ISP local

ISP local

ISP local


Atrasos

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Atrasos

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A

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propagação

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Nota: s e R são quantidades muito diferentes!


Atrasos

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traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr Tres medições de atraso de gaia.cs.umass.edu para cs-gw.cs.umass.edu

* significa sem resposta (sonda perdida, roteador sem resposta)

enlace trans- oceânico


Redes de Computadores


O que é um protocolo?


O que é um protocolo?

“Um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais

entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento

de uma mensagem ou outro evento.”

James F. Kurose e Keith W. Ross em 2005


Analogia

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S)C(,4O(=>+"3("64(C'?""(E)'("

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passagem (comprar)

bagagem (verificar)

portões (embarcar)

decolagem na pista

rota da aeronave

passagem (reclamar)

bagagem (retirar)

portões (desembarcar)

pouso na pista

rota da aeronave

rota da aeronave


Arquitetura TCP/IP

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Solicitação

Resposta Camadas}40segunda-feira, 6 de fevereiro de 12

A borda das redes de computadores


Camada de Aplicação

• Application layer

• Pacote - Mensagem (message)

• Aplicações de rede e seus protocolos

• Navegadores, Comunicadores Instantâneos, Compartilhadores, Softphones

• Interação

• HTTP, FTP, SMTP, SSH, DNS


Camada de Transporte

• Transport layer

• Pacote - Segmento (segment)

• Oferta de serviço de comunicação fim-a-fim

• (De)multiplexação de comunicação

• TCP - Garantia de entrega, fragmentação de msgs, Controle de fluxo e de congestionamento.

• UDP - Sem conexão, menor carga (proc. e rede)

• Depende da aplicação


O núcleo das redes de computadores


Camada de Rede• Network layer

• Pacote - Datagrama (datagram)

• Transporte de remetente ao destinatário

• Comunicação host-a-host

• Endereço IP xxx.xxx.xxx.xxx (0-255), máscara, rede

• Exemplo: 200.189.10.1

• Protocolo IP

• cabeçalho datagrama

• roteamento


Camada de Enlace

• Link layer

• Pacote - Quadro (frame)

• Comunicação host-a-host

• Entrega garantida nível de host

• Ethernet, PPP

• Diferentes padrões para enlace

• 802.X (Ethernet, Wi-fi, Wimax, Bluetooth, Zigbee)


Camada Física

• Physical layer

• Dispositivos de conexão

• Comunicação em nível de bits

• Representação, codificação, modulação

• Protocolos dependem do enlace e do meio

• guiados: trançado, coaxial, ópticos

• sem fios: espectro eletromagnético, rádio, microondas


Encapsulamento

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Mensagem

Segmento

Datagrama

Quadro

Nome do pacote Camada da RedeCabeçalho / Header

dados

dados

dados

dados

Head

Head

Head

HeadHead

HeadHeadHead crc

Head

Head


As várias camadas


Arquitetura em Camadas

• Qual o benefício da arquitetura em camadas?

• Exemplo: companhia de transporte aéreo e de alimentos


Pilha de Protocolos

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física


TCP/IP X RM-ISO/OSI

RM-OSI/ISO - Reference Model - Open Systems Interconnection / International Organization for Standardization

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace / Física

Apresentação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Sessão

TCP / IP RM-OSI


Histórico

• 1961 - Estudos sobre a eficiência de comutação de pacotes, Leonard Kleinrock

• 1969 - ARPAnet, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)

• UCLA (Los Angeles)

• SRI (Stanford)

• UCSB (Santa Bárbara)

• Universidade de Utah


Histórico

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1961-1972: Princípios da comutação de pacotes


Histórico

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1972-1980: Inter-rede, redes novas e proprietárias


Histórico

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1980-1990: novos protocolos, proliferação de redes


Histórico

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1990, 2000’s: comercialização, a Web, novas aplicações


Histórico

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Recapitulando

• Comunicação entre computadores

• Arquitetura TCP / IP

• Camadas da arquitetura TCP / IP

• Modelo RM-OSI

• Histórico


Dúvidas

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Referências

Redes e Histórico da internet: Capítulo 1

Redes e histórico: págs. 1 - 8

Rede de camadas: págs. 29 - 53Histórico da internet: págs. 54 - 63


Education

RC - SL01 - Introdução às Redes de Computadores