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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.
A note on the use of these ppt slides:We’re making these slides freely available to all (faculty, students, readers).
They’re in PowerPoint form so you can add, modify, and delete slides
(including this one) and slide content to suit your needs. They obviously
represent a lot of work on our part. In return for use, we only ask the
following:
� If you use these slides (e.g., in a class) in substantially unaltered form,
that you mention their source (after all, we’d like people to use our book!)
� If you post any slides in substantially unaltered form on a www site, that
you note that they are adapted from (or perhaps identical to) our slides, and
note our copyright of this material.
Thanks and enjoy! JFK/KWR
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
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
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
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.
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
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
1: Introdução 45
casa
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
servidores(s)
1: Introdução 46
casa
central
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
Arquitetura de Redes com cabo: visão geral
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
Rede de distribuição dos
cabos (simplificada)
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)
Tier-1 ISP: e.g., Sprint
…peering
to/from backbone
…
.
POP: point-of-presence
1: Introdução 57Introduction 1-57
to/from customers
.
………
Estrutura Internet: redes de redes
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
Estrutura Internet: redes de redes
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
Estrutura Internet: redes de redes
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
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
1: Introdução 77Introduction 1-77
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?
1: Introdução 78Introduction 1-78
� 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:
1: Introdução 79Introduction 1-79
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)
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
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)
bilhete (reclamação)
bagagem (recup.)
portão (desembarque)
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
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
Cada camada:r distribuídar “entidades” implementam as funções em cada nó
1: Introdução 92
aplicaçãotransporteredesenlacefísica aplicação
transporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
enlacefísica
as funções em cada nó
r entidades executam ações, trocam mensagens com os pares
Camadas: comunicação lógica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
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
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
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
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãoredesenlace
dados
1: Introdução 94
aplicaçãotransporteredesredesfísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
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
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
aplicaçãotransporteredesenlacefísica
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 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
1: Introdução 106Introduction 1-106
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.
1: Introdução 107Introduction 1-107
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
1: Introdução 108Introduction 1-108
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
1: Introdução 109Introduction 1-109
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
1: Introdução 110Introduction 1-110
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
src:B dest:A payload
1: Introdução 111Introduction 1-111
B
src:B dest:A payload
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
1: Introdução 112Introduction 1-112
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
1: Introdução 113Introduction 1-113
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
História da Internet
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
História da Internet
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
História da Internet
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