capitulo 1 kurose redes
DESCRIPTION
Aula Redes Adriano Cansian capitulo 1 KuroseTRANSCRIPT
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1
unesp - IBILCE - SJRP
Curso de Redes de Computadores
Adriano Mauro Cansian [email protected]
Capítulo 1 – Parte 1 Introdução e
Conceitos Fundamentais
unesp - IBILCE - SJRP
Metas
q Veremos os contextos principais. • Com uma visão geral e intuitiva de redes.
• Detalhes serão vistos mais adiante.
q Abordagem: • Descritiva.
• Internet será usada como exemplo.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 2
unesp - IBILCE - SJRP
Visão geral – O que pretendemos:
q O que que é a Internet. q O que é um
protocolo. q A borda da rede. q O núcleo da rede. q Redes de acesso. q Meios físicos. q Desempenho.
• Perdas e atraso.
q Camadas de protocolo e modelos de serviço.
q Backbones, PTTs, provedores.
q Um pouco de história.
q Resumo.
unesp - IBILCE - SJRP
O que que é a Internet:
q Milhões de computadores interligados:
q Microcomputadores, estações, servidores, telefones, PDAs, tablets, games, GPS, robôs, geladeiras, terminais, etc... • Rodando aplicações
de rede.
q Enlaces (links) de comunicação. • fibra, cobre, rádio,
satélite.
q Roteadores (routers): encaminham mensagens de dados pela rede.
1- “Players” 2 - Componentes
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 3
unesp - IBILCE - SJRP
A era da IoT – Internet of Things
unesp - IBILCE - SJRP
Estrutura da Internet (1)
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 4
unesp - IBILCE - SJRP
Estrutura da Internet (2)
Rede corporativa
roteador estação
servidor móvel
ISP Local Provedor de backbone
unesp - IBILCE - SJRP
Os componentes da Internet
q Protocolos: controlam envio, recepção de mensagens: • TCP, IP, HTTP, FTP, SSH, etc... etc... • Protocolo define uma “capacidade”.
q Internet é a “rede de redes”. • Aproximadamente hierárquica.
• Internetworking: interconexão de redes.
q Padrões Internet • RFC: Request for comments. http://www.faqs.org • IETF: Internet Engineering Task Force http://www.ietf.org
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 5
unesp - IBILCE - SJRP
Os serviços na Internet
q Infra-estrutura de comunicação: possibilita aplicações distribuídas: • WWW, correio, jogos, comércio
eletrônico, P2P, bases de dados, sensores, etc...
q Dois serviços de comunicação oferecidos: • Sem conexão. • Orientado a conexão.
unesp - IBILCE - SJRP
A Internet e sua explosão para o mundo
q Internet dentro do mundo dos negócios:
World Wide Web
• Foi adotado um conjunto de padrões relativamente simples.
• Permitiu acessar a informação em qualquer lugar.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 6
unesp - IBILCE - SJRP
WWW (1)
q 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 RAND Co.
(United States Armed Forces / Douglas Aircraft Company)
unesp - IBILCE - SJRP
WWW (2)
q 1988 - Theodore Nelson (Xanadu Network) q 1992 / 1993
• Marc Andreesen e Eric Bina (NCSA - Illinois) • Tim Berners-Lee (CERN - Suíça)
q Acadêmica. q Idéia certa, feita pelos motivos errados:
• A ligação de 200 cientistas a um pequeno número de supercomputadores.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 7
unesp - IBILCE - SJRP
A Internet chega ao mundo real
unesp - IBILCE - SJRP
PROTOCOLOS
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 8
unesp - IBILCE - SJRP
Afinal, o que que é um protocolo? Protocolos humanos: q “-Que horas são?” q “-Tenho uma dúvida”. q Cumprimentos /
Apresentações. • Por meio de:
… mensagens específicas enviadas.
… ações específicas adotadas ao receber mensagens.
Protocolos de rede: q Máquinas ao invés de
humanos. q Toda comunicação na
Internet é governada por protocolos.
FORMALISMO: Protocolos definem o formato, a ordem, e as ações adotadas ao enviar ou receber uma mensagem entre componentes da rede
unesp - IBILCE - SJRP
O que que é um protocolo? Um protocolo humano e um protocolo de rede :
Oi!
Oi! Que horas
são? 2:00
TCP pedido de conexão. TCP resposta.
Get http://www.unesp.br/index.htm
<arquivo> Tempo
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 9
unesp - IBILCE - SJRP
A estrutura da rede q Borda (edge) da rede:
aplicações e hosts.
q Núcleo (core) da rede: • Roteadores. • Rede de redes.
q Redes de acesso são formadas pelos meios físicos: enlaces (links) de comunicação.
unesp - IBILCE - SJRP
A borda da rede: q Sistemas terminais:
• Rodam aplicações • Exemplo: WWW, correio
• Na “borda da rede”.
q Modelo cliente/servidor • Cliente solicita... • ... e recebe serviço do
servidor. • Exemplo: cliente WWW
(browser) / servidor; • Cliente / servidor de e-mail. • P2P. • VoIP.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 10
unesp - IBILCE - SJRP
Serviços com e sem conexão.
A borda da rede
unesp - IBILCE - SJRP
Borda da rede: serviço orientado a conexão (1)
q Meta do serviço: • Transferência de dados entre sistemas.
q “handshaking”: • preparação para iniciar transferência.
• Protocolo humano: “Oi!” - “Oi!” • Serve para criar “estado”
– entre 2 sistemas que desejam se comunicar.
q TCP - Transmission Control Protocol • É o serviço orientado a conexão da Internet.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 11
unesp - IBILCE - SJRP
Borda da rede: serviço orientado a conexão (2)
Características do Serviço TCP [RFC 793]:
q Fluxo de bytes ordenado e confiável: • Confirmações e retransmissões
q Controle de fluxo: • Transmissor rápido não vai “afogar” um receptor.
q Controle de congestionamento: • Transmissor reduz a taxa de envio quando rede
congestiona.
unesp - IBILCE - SJRP
Borda da rede: serviço sem conexão
q Meta do serviço: • Transferência de dados entre sistemas. Pergunta: Mas é a mesma meta anterior?!?
q UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: Serviço sem conexão da Internet. • Transferência de dados não confiável. • Sem controle de fluxo. • Sem controle de congestionamento.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 12
unesp - IBILCE - SJRP
Aplicações
Aplicações usando TCP: q HTTP (WWW), FTP (transferência de
arquivo), Telnet (acesso remoto), SMTP (correio), ssh,...
Aplicações usando UDP: q Mídia com “streamming”, teleconferências,
telefonia pela Internet.
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo (core) da Rede
q Malha conexa de roteadores. q 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”).
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 13
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de CIRCUITOS
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de circuitos (1)
Recursos fim a fim reservados para a “chamada”.
q Banda baseada na capacidade de comutação.
q Recursos dedicados: não há compartilhamento.
q Desempenho é garantido. q Requer fase inicial
(“setup”).
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 14
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de circuitos (2)
Recursos de rede dividido em “pedaços”. • Por exemplo: Banda (bandwidth)
q Pedaços alocados para as chamadas.
q Recurso fica ocioso se não é usado pela chamada.
q Não há compartilhamento.
unesp - IBILCE - SJRP
Exemplo:
q Um circuito de 1 Mbps só pode acomodar 10 usuários que consomem 100 Kbps. • Estejam eles transmitindo ou não.
q Digamos que os usuários só transmitam 10% do tempo: há muita ociosidade do canal. • Será comparado mais adiante.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 15
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de circuitos (3)
Divisão de banda em “pedaços”
q Divisão por frequência (FDMA - Frequency Division Multiplexing Access)
q Divisão por tempo (TDMA - Time Division
Multiplexing Access)
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de Circuitos: FDMA e TDMA
FDMA
Freqüência
tempo TDMA
Freqüência
tempo
4 usuários Exemplo:
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 16
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de PACOTES
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de pacotes (1)
Cada fluxo de dados da origem ao destino é dividido em pacotes:
q Pacotes compartilham recursos.
q Cada pacote usa a banda inteira do enlace. • Veremos exemplo mais adiante.
q Recursos usados sob demanda.
Divisão de banda Alocação dedicada
Reserva de recursos
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 17
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de pacotes (2)
Contenção de recursos: q Demanda agregada pode exceder os
recursos disponíveis. q Congestionamento:
• Fila de pacotes em espera para uso do enlace.
q Armazena e re-encaminha (forward): 1. Pacotes passam por um enlace a cada vez.
2. Transmite através do enlace. 3. Aguarda vez para o próximo.
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de pacotes (3)
Exemplo de Comutação de pacotes:
“armazena e re-encaminha” (store-and-forward)
q Cada link 1,5 Mbps q 7,5 Mbits = 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 2 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.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 18
unesp - IBILCE - SJRP
Núcleo da Rede: comutação de pacotes (3)
q Cada link 1,5 Mbps q 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 q Mas pacote 2º. já começa a vir para router 1 = 1 ms. q 1o. Pacote chega ao destino em 3ms. q Enquanto isso o pacote 2 chega no router 2 em 2 ms. etc… Tempo total para os 5000 pacotes é de 5,002 seg.
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de pacotes X comutação de circuitos (1)
q Enlace de 1 Mbps. q Suponha que cada
usuário: • 100 Kbps quando “ativo” • Ativo 10% do tempo
q Comutação de circuitos: • Comporta só 10 usuários. • Tem que reservar a banda toda.
Comutação de pacotes permite admitir mais usuários!
N usuários
enlace de 1 Mbps
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 19
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de pacotes X comutação de circuitos (2)
q Enlace de 1 Mbps. q Cada usuário:
• 100 Kbps quando “ativo” • Ativo 10% do tempo
q 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)
Comutação de pacotes permite admitir mais usuários!
N usuários
enlace de 1 Mbps
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de pacotes X comutação de circuitos (3)
q 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
q 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 circuit switch.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 20
unesp - IBILCE - SJRP
Comutação de pacotes X comutação de circuitos (3)
q Vantagens: • Ótimo para dados em rajadas. • Compartilha recursos. • Não requer inicialização do circuito (setup).
q Problemas: • Se há congestionamento excessivo: ocorrem retardo e
perdas. • Mas, há protocolos para transferência confiável de
dados e controle de congestionamento. • Como prover (simular) comportamento de circuitos?
• Como oferecer garantias de banda necessárias para aplicações de áudio/vídeo.
Comutação de pacotes será sempre o melhor?
unesp - IBILCE - SJRP
Redes de acesso e meio físico
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 21
unesp - IBILCE - SJRP
Redes de acesso e meios físicos q 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?
unesp - IBILCE - SJRP
Meios físicos
q Enlace físico: Bit de dados transmitido propaga através do enlace.
q Meio guiado: • Sinais propagam em
meios sólidos: cobre, fibra.
q Meios não guiados: • Sinais propagam
livremente, p.ex., rádio
Par trançado (Twisted Pair - TP) q Dois fios isolados de
cobre. • Categoria 3: fio telefônico
tradicional, ethernet de 10 Mbps
• Categoria 5: ethernet de 100Mbps
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 22
unesp - IBILCE - SJRP
Meios físicos: cabo coaxial, fibra Cabo coaxial: q Fio (portador do sinal)
dentro de um fio (blindagem) • Banda básica: canal
único no cabo. • Banda larga: múltiplos
canais no cabo.
q Bidirecional. q Uso era comum em
Ethernet de 10Mbps
Cabo de fibra ótica: q Fibra de vidro iluminada
por pulsos de luz q Operação de alta
velocidade: • Ethernet de 100Mbps • Transmissão de alta
velocidade ponto a ponto (p.ex., 10 Gbps)
q Baixa taxa de erros. q 2 tipos de fibra:
monomodo, multimodo.
unesp - IBILCE - SJRP
Cabo Coaxial e Fibra ótica
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 23
unesp - IBILCE - SJRP
Meios físicos: rádio (1)
q Sinal enviado pelo espectro eletromagnético.
q Sem “fio” físico. q Bidirecional. q Efeitos sobre propagação do ambiente:
• Reflexão. • Obstrução por objetos. • Interferência.
unesp - IBILCE - SJRP
Meios físicos: rádio (2) Tipos de enlace de rádio: q Microondas
• p.ex. canais até 155 Mbps q Rede local (p.ex.802.11B, G e N)
• 11Mbps, 54Mbps, 300 Mbps q Longa distância (p.ex., celular)
• p.ex. CDPD, 10’s Kbps ou 3G em alta velocidade. q Satélite
• Canais de até 50Mbps (ou múltiplos canais menores) • Retardo ponto a ponto de 270 ms. • Geosíncrono X LEOS (Low Earth Orbit Satellite)
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 24
unesp - IBILCE - SJRP
Acesso residencial: acesso ponto a ponto q Discado via modem (dial-up)
• até 56Kbps, acesso “direto” ao roteador.
q ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line • Até 34 Mbps do roteador a
casa. • Até 4 Mbps de casa ao
roteador. • Disponibilidade de ADSL :
Telefônica, Oi, etc...
Canal Voice: de 0 a 4 KHz Canal Upload: 4KHz a 50 KHz Canal Download: 50 KHz e 1 MHz
unesp - IBILCE - SJRP
Acesso residencial: cable modems
q HFC: hybrid fiber coax (Cable) • assimétrico: até 30Mbps download e 2 Mbps para upload.
q 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.
UNESP - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 1
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 25
unesp - IBILCE - SJRP
Cable Modem Network (HFC)
unesp - IBILCE - SJRP
Acesso institucional: redes locais
q Rede local (LAN) liga sistema terminal ao 1º. roteador.
q Ethernet: cabo compartilhado ou dedicado usado para acesso ao roteador: 100 Mbps, 1 Gbps
q Disponibilidade: Corporações e instituições, redes domésticas ...
q LANs - Redes locais.