Parte I: Introdu

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Parte I Introdução

• Meta do Capítulo
• dar o contexto, visão geral e intuitiva de redes
• profundidade e detalhes vêm mais adiante
• abordagem
• descritiva
• uso da Internet como exemplo

• Visão geral
• o que que é a Internet
• o que que é um protocolo
• a borda da rede
• o núcleo da rede
• rede de acesso, meio físico
• camadas de protocolo, modelos de serviço
• backbones, PTTs, provedores

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O que que é a Internet os componentes

• milhões de computadores interligados
  hospedeiros, sistemas terminais
• PCs, estações, servidores
• PDAs, telefones, torradeiras
• executando aplicações de rede
• enlaces de comunicação
• fibra, cobre, rádio, satélite
• roteadores encaminham pacotes (blocos) de dados
  pela rede

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O que que é a Internet os componentes

• protocolos controlam envio, recepção de
  mensagens
• p.ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
• Internet rede de redes
• aproximadamente hierárquica
• Internet pública contra intranet privada
• Padrões Internet
• RFC Request for comments
• IETF Internet Engineering Task Force

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O que que é a Internet os serviços

• Infra-estrutura de comunicação possibilita
  aplicações distribuídas
• WWW, correio, jogos, comércio eletrônico, bases
  de dados, eleições,
• outras?
• serviços de comunicação oferecidos
• sem conexão
• orientado a conexão
• ciberespaço Gibson
• uma alucinação consensual sofrida diariamente
  por bilhões de operadores, em todos os países, ..

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O que que é um protocolo?

• protocolos humanos
• que horas são?
• queria perguntar
• apresentações
• mensagens específicas enviadas
• ações específicas tomadas ao receber mensagens,
  ou em outros eventos

• protocolos de rede
• máquinas em vez de gente
• toda comunicação na Internet governada por
  protocolos

protocolos definem formato, ordem de mensagens
enviadas e recebidas entre entidades de rede, e
ações tomadas ao enviar ou receber uma mensagem
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O que que é um protocolo?

• Um protocolo humano e um protocolo de rede

Oi!
TCP pedido de conexão.
Oi!
P Outro protocolo humano?
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Detalhes sobre a estrutura da rede

• Borda da rede aplicações e hospedeiros
• núcleo da rede
• roteadores
• rede de redes
• redes de acesso, meios físicos enlaces de
  comunicação

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A borda da rede

• sistemas terminais
• executam aplicações
• p.ex. WWW, correio
• na borda da rede
• modelo cliente/servidor
• cliente solicita, recebe serviço do servidor
• p.ex., cliente WWW (browser)/ servidor
  cliente/servidor de correio
• modelo entre pares (p2p)
• interação simétrica
• p.ex. teleconferências

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Borda da rede serviço orientado a conexão

• Meta transferência de dados entre sistemas
• handshaking preparação para iniciar
  transferência
• protocolo humano Oi!, Oi!
• criar estado em 2 sistemas em comunicação
• TCP - Transmission Control Protocol
• serviço orientado a conexão da Internet

• serviço TCP RFC 793
• transf. dados fluxo de bytes ordenado, confiável
• perdas reconhecimentos e retransmissões
• controle de fluxo
• remetente não vai afogar o receptor
• controle de congestionamento
• remetentes reduzem a taxa de envio quando rede
  congestionada

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Borda da rede serviço sem conexão

• Meta transferência de dados entre sistemas
• mesma que antes!
• UDP - User Datagram Protocol RFC 768 serviço
  sem conexão da Internet
• transf. de dados não confiável
• sem controle de fluxo
• sem controle de congestionamento

• Aplics. usando TCP
• HTTP (WWW), FTP (transf. de arquivo), Telnet
  (acesso remoto), SMTP (correio)
• Aplics. usando UDP
• mídia com streaming, teleconferências,
  telefonia pela Internet

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Núcleo 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

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Núcleo da Rede comutação de circuitos

• 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)

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Núcleo da Rede comutação de circuitos

• Recursos de rede (p.ex., banda) retalhado em
  pedaços
• pedaços alocados a chamadas
• recurso ocioso se não usado pela chamada (não há
  compartilhamento)
• divisão de banda em pedaços
• divisão por frequência
• divisão por tempo

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Núcleo da Rede comutação de pacotes

• Cada fluxo de dados fim a fim dividido em
  pacotes
• pacotes de usuários A, B compartilham recursos
• cada pacote usa banda inteira do enlace
• recursos usados a demanda

• Contenção por recursos
• demanda agregada pode exceder os recursos
  disponíveis
• congestionamento fila de pacotes, espera para
  uso do enlace
• armazena, reencaminha pacotes movem um enlace a
  cada vez
• transmite pelo enlace
• aguarda vez p/ o próx.

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Núcleo da rede comutação de pacotes
Ethernet 10 Mbps
C
A
multiplexação estatística
2 Mbps
B
fila de pacotes aguardando enlace de saída
34 Mbps

• Comutação de pacotes X comutação de circuitos
• analogia humana de restaurante
• outras analogias humanas?

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Núcleo da rede comutação de pacotes

• Comutação de pacotes
• comportamento armazena e re-encaminha

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Comutação de pacotes X comutação de circuitos

• Comutação de pacotes permitir admitir mais
  usuários!

• enlace de 1 Mbit
• cada usuário
• 100Kbps quando ativo
• ativo 10 do tempo
• comutação de circuitos
• 10 users
• comutação de pacotes
• com 35 usuários, probabilidade gt 10 ativos menor
  que 0,004

N usuários
enlace de 1 Mbps
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Comutação de pacotes X comutação de circuitos

• Comutação de pacotes será sempre o melhor?

• Fantástico para dados em rajadas
• compartilha recursos
• não requer inicialização (setup)
• Congestionamento excessivo retardo e perdas
• protocolos necessários para transferência
  confiável de dados, controle de congestionamento
• P Como prover comportamento de circuitos?
• Garantias de banda necessárias para aplicações de
  áudio/vídeo
• é um problema ainda sem solução (capítulo 6)

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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

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Redes de acesso e meios físicos

• P Como ligar sistemas terminais ao 1o roteador?
• redes de accesso residencial
• redes de accesso institucional (escola, empresa)
• redes de accesso móvel
• Características principais
• banda (bits per second) da rede de acesso?
• compartilhada ou dedicada?

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Acesso residencial acesso ponto a ponto

• Discado via modem
• até 56Kbps, acesso direto ao roteador
  (conceitualmente)
• RDSI rede digital de serviços integrados (DVI -
  Telemar) 128Kbps, conexão digital ao roteador
• ADSL asymmetric digital subscriber line
• até 1 Mbps casa ao roteador
• até 8 Mbps roteador a casa
• disponibilidade de ADSL Telefônica, Telemar
  (MG, BA)

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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 cias. de TV a cabo, p.ex.,
  NET, TVA

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Acesso institucional redes locais

• rede local (LAN) da empresa/univ. liga sistema
  terminal ao 1o roteador
• Ethernet
• cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso
  ao roteador
• 10 Mbps, 100Mbps, Gigabit Ethernet
• disponibilidade instituições, redes locais
  domésticas em breve
• redes locais cap. 5

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Redes de acesso sem fio

• rede de acesso sem fio liga ao roteador
• redes locais sem fio
• espectro de rádio substitui cabo
• p.ex., Wavelan 2 e 11 Mbps da Lucent
• Wavelan tb usada para ligações ponto a ponto
• acesso sem fio não local
• CDPD acesso sem fio ao roteador do provedor via
  rede de telefonia celular

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Meios físicos

• Par trançado (TP)
• dois fios isolados de cobre
• Categoria 3 fio telefônico tradicional, ethernet
  de 10 Mbps
• Categoria 5 ethernet de 100Mbps

• enlace físico bit de dados transmitido propaga
  através do enlace
• meio guiado
• sinais propagam em meios sólidos cobre, fibra
• meios não guiados
• sinais propagam livremente, p.ex., rádio

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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

• Cabo de fibra ótica
• fibra de vidro iluminada por pulsos de luz
• operação de alta velocidade
• Ethernet de 100Mbps
• transmissão de alta velocidade ponto a ponto
  (p.ex., 10 Gbps)
• baixa taxa de erros
• 2 tipos de fibramonomodo, multimodo

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Meios físicos rádio

• Tipos de enlace de rádio
• microondas
• p.ex. canais até 155 Mbps
• rede local (p.ex., waveLAN)
• 2Mbps, 11Mbps
• longa distância (p.ex., celular)
• p.ex. CDPD, 10s Kbps
• satélite
• canais de até 50Mbps (ou múltiplos canais
  menores)
• retardo ponto a ponto de 270 ms
• geosíncrono X LEOS (Low Earth Orbit Satellite)

• sinal enviado pelo espectro eletromagnético
• sem fio físico
• bidirecional
• efeitos sobre propagação do ambiente
• reflexão
• obstrução por objetos
• interferência

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Camadas de Protocolos

• Redes são complexas!
• Muitos componentes
• hospedeiros
• roteadores
• enlaces de diversos meios
• aplicações
• protocolos
• hardware, software

• Pergunta
• Existe alguma esperança de organizar a estrutura
  da rede?
• Ou, pelo menos, organizar nossa discussão de
  redes?

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Organização de viagens aéreas
passagem (compra) bagagem (entrega) portão
(embarque) decolagem roteamento do avião
passagem (reclama) bagagem (recupera) portão
(desembarque) aterrissagem roteamento do avião
roteamento do avião

• uma série de passos

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Organização de viagens aéreas outra visão
passagem (compra) bagagem (entrega) portão
(embarque) decolagem roteamento do avião
passagem (reclama) bagagem (recupera) portão
(desembarque) aterrissagem roteamento do avião
roteamento do avião

• Camadas cada camada implementa um serviço
• através das ações internas da própria camada
• uso dos serviços providos pela camada inferior

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Viagens aéreas em camadas serviços
entrega balcão a balcão de passageiros/bagagem en
trega de bagagem do check-in à esteira entrega
pessoas p. embarque ao p. desembarque entrega
de avião aeroporto a aeroporto
roteamento do avião da origem ao destino
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Distributed implementation of layer functionality
passagem (reclama) bagagem (recupera) portão
(desembarque) aterrissagem roteamento do avião
passagem (compra) bagagem (entrega) portão
(embarque) decolagem roteamento do avião
Aeroporto de desembarque
Aeroporto de embarque
locais intermediários de tráfego aéreo
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Por quê 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, atualização do
  sistema
• mudanças de implementação do serviço da camada é
  transparente ao resto do sistema
• p.ex., mudança no procedimento do portão não
  afeta o resto do sistema
• o uso de camadas podem causar danos?

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Pilha de protocolos da Internet

• aplicação suporta aplicações de rede
• ftp, smtp, http
• transporte transferência de dados entre sistemas
  terminais
• tcp, udp
• rede roteamento de datagramas da origem ao
  destino
• ip, protocolos de roteamento
• enlace transferência de dados entre elementos de
  rede vizinhos
• ppp, ethernet
• física bits nos fios

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Camadas comunicação lógica

• Cada camada
• distribuída
• entidades implementam funções da camada em cada
  nó
• entidades realizam ações, trocam mensagens com
  pares

aplicação transporte rede enlace física
aplicação transporte rede enlace física
aplicação transporte rede enlace física
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Camadas comunicação lógica

• P.ex. transporte
• obtém dados da apl.
• inclui endereços, info para confiabilidade para
  formar datagrama
• envia datagrama ao par
• espera receber ack (reconhecimento) do par
• analogia correios

transport
transport
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Camadas comunicação física
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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
mensagem
segmento
datagrama
quadro
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Estructura da Internet rede de redes

• aprox. hierárquica
• provedores nacionais/internacionais de backbone
  (PNBs)
• p.ex.. Embratel, RNP, IBM
• interconexão (peering) privada bilateral, or em
  Pontos de Troca de Tráfego (PTTs)
• provedores regionais
• clientes dos PNBs
• provedores locais, empresa
• clientes dos provedores regionais

Prov. regional
PNB B
PNB A
Prov. regional
40
Capítulo 1 Sumário

• Cobrimos muita matéria!
• visão geral da Internet
• o que que é um protocolo?
• Borda e núcleo de rede, rede de acesso
• modelos de camadas e serviços
• backbones, PTTs, provedores

• Com sorte, você já adquiriu
• contexto, visão geral, intuição de redes
• profundidade e detalhes maiores mais tarde no
  curso