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Prof. Petrônio Carlos Bezerra [email protected]
( Aula n° 5 ) 1
Hoje veremos...
Introdução ao TCP/IP:
A Estrutura da Rede
- As Bordas da Rede
- O Núcleo da Rede
- Redes de acesso
Atrasos e Perdas
A Arquitetura TCP/IP
Camadas, mensagens, segmentos, datagramas e quadros
Resumo
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Estudaremos agora a malha de roteadores que
interconecta os sistemas finais da Internet.
Comutação de Circuitos e Comutação de Pacotes:
Questão a ser entendida: Como os dados são transferidos através da rede?
Comutação de circuitos: Usa um canal dedicado para cada conexão. Exemplo?
- No jargão da telefonia, essa conexão é denominada circuito.
O Núcleo da Rede
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O Núcleo da Rede
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Comutação de pacotes: Dados são enviados em blocos discretos. Os recursos não são dedicados, são usados por demanda. Consequência? Um exemplo?
Analogia: Restaurantes.
Comutação de Circuitos:
Multiplexação em redes de comutação de circuitos:
- Multiplexação por divisão de frequência ( FDM – frequency- division multiplexing);
- Multiplexação por divisão de tempo ( TDM – time-division multiplexing).
O Núcleo da Rede
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O Núcleo da Rede
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Com FDM o enlace reserva uma banda de frequência para cada conexão durante o período da ligação.
Em redes telefônicas a largura dessa banda de frequência normalmente é de 4 kHz (4 mil ciclos/s).
- O recurso é desperdiçado se não for utilizado pelo dono da chamada.
Estações de rádio FM também usam FDM para compartilhar o espectro de frequência entre 88 MHz a 108 MHz.
O Núcleo da Rede
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Em um enlace TDM o tempo é dividido em quadros de duração fixa, com cada quadro dividido num número fixo de compartimentos (slots).
Um compartimento de tempo, em cada quadro, para transmitir os dados de uma conexão.
- Ex.: 8.000 quadros/s, cada quadro com 8 bits ´ 64 kbps
Defensores da comutação de pacotes argumentam que comutação de circuitos é desperdício, porque os circuitos dedicados ficam ociosos durante períodos de silêncio.
O Núcleo da Rede
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O Núcleo da Rede
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Comutação de Pacotes:
O originador da mensagem fragmenta mensagens
longas em porções de dados menores (pacotes).
Entre origem e destino, cada um dos pacotes percorre o que?
- Enlaces de comunicação e comutadores de pacotes (roteadores e comutadores da camada de enlace).
São transmitidos por cada enlace a uma taxa igual à de
transmissão total do enlace.
O Núcleo da Rede
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A maioria dos comutadores de pacotes armazena e reenvia.
Comutadores de pacotes têm vários enlaces. Para cada um o comutador tem um buffer de saída.
O nó recebe o pacote completo antes de encaminhá-lo.
Os pacotes sofrem: atraso de armazenagem e reenvio e atrasos de fila no buffer de saída.
Buffer é finito. Isto leva a perda de pacotes.
O Núcleo da Rede
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O Núcleo da Rede
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Redes de Acesso
Tecnologias de acesso de banda larga para usuários residenciais:
- DSL – Linha Digital de Assinante;
- HFC – Cabo Híbrido Coaxial/Fibra.
DSL: Digital Subscriber Line
- Normalmente fornecido por uma companhia telefônica;
- Taxas maiores do que 10 Mbps do ISP para a residência (hoje < 1 Mbps);
- E mais de 1 Mbps da residência para o ISP (hoje < 256 kbps). Na prática as taxas são muito menores.
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Redes de Acesso
- A DSL usa Multiplexação por Divisão de Frequência. Divide o enlace entre a residência e o ISP em 3 faixas de frequência: Um canal de alta velocidade na direção do usuário, na faixa de 50 kHz a 1 MHz; Um canal de velocidade média na direção do provedor, na faixa de 4 kHz a 50 kHz; Um canal telefônico comum na faixa de 0 a 4 kHz.
HFC: Hybrid Fiber-Coaxial Cable
- Extensões das redes de cabos existentes usadas para transmissão de TV a cabo;
- Mais dominante nos USA;
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Redes de Acesso
- Até 30 Mbps de downstream, 2 Mbps de upstream;
- Utilizam modens especiais (a cabo).
Acesso Corporativo:
Empresas e campi universitários: LAN para conectar sistemas finais ao roteador de acesso; A Ethernet é a tecnologia de LAN que predomina em redes corporativas; 21
Redes de Acesso
Ethernet:
- Cabo compartilhado conectaos sistemas finais a um roteador;
- Opera em 10 Mbps, 100 Mbps, Gigabit Ethernet (Gbps).
Acesso Sem Fio:
LANs sem fio:
- Transmitem/recebem pacotes para/de uma estação-base (ponto de acesso sem fio);
- Estação-base normalmente está ligada (por fio) à Internet;
- Baseadas na tecnologia IEEE 802.11 (WiFi) – até 54 Mbps.
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Atrasos e Perdas
Caminho dos pacotes de uma origem a um destino:
Sistema final Î Série de Roteadores Î Sistema final; Ocorrem atrasos em cada nó no caminho;
Os mais importantes são:
Atraso de processamento nodal; Atraso de fila; Atraso de transmissão; Atraso de propagação.
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Atrasos e Perdas
Atraso de processamento:
- Tempo requerido para examinar o cabeçalho do pacote e determinar para onde direcioná-lo;
- Tempo para verificar erros nos bits. Atraso de fila:
- Tempo de espera para ser transmitido no enlace.
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Atrasos e Perdas
Atraso de transmissão:
- FIFO;
- R Æ Largura de banda do enlace (bps);
- L Æ Tamanho do pacote (bits);
- T (atraso de transmissão) – Tempo para enviar bits ao enlace Æ L/R. (São da ordem de micro a milissegundos)
Atraso de propagação:
- Tempo para o bit se propagar até o próximo nó;
- O bit se propaga à velocidade de propagação do enlace, a qual depende do meio físico (na faixa de 2x10^8 m/s a 3x10^8 m/s).
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Atrasos e Perdas
Carros se “propagam” a 100 km/h; Pedágios levam 12s para atender um carro (tempo de transmissão); 1 carro = 1 bit 1 caravana = 1 pacote Quanto tempo levará para a caravana ser alinhada antes do 2 ° pedágio? Tempo para “empurrar” a caravana toda pelo pedágio até a estrada: 12. 10 = 120 s
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Atrasos e Perdas
Tempo para o último carro se propagar do 1° ao 2° pedágio?
- 100 km / (100 km/h) = 1 h. Resposta: 62 minutos.
Agora imagine os carros se propagando a 1.000 km/h e o
pedágio levando 1 minuto para atender um carro; Os carros chegarão ao 2° pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no 1° pedágio? Resposta: Sim. Após 7 minutos o 1° carro está no 2° pedágio e ainda restam 3 carros no 1° pedágio. 27
Atrasos e Perdas
d (^) proc Æ atraso de processamento
- Tipicamente uns poucos microssegundos ou menos d (^) fila Æ atraso de fila
- Depende do congestionamento d (^) trans Æ atraso de transmissão
- = L/R, significante para links de baixa velocidade d (^) prop Æ atraso de propagação
- Uns poucos microssegundos a centenas de milissegundos
d no = d proc+ d fila+ d trans+ d prop
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Atrasos e Perdas
O mais complicado e interessante é oatraso de fila
Milhares de artigos e numerosos livros Diferentemente dos outros três, pode variar de pacote a pacote
Quando o atraso de fila é grande ou insignificante?
Depende da velocidade de transmissão do enlace, da taxa com que o tráfego chega à fila e de sua natureza
Para entender...
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Atrasos e Perdas
- a – Taxa média com que os pacotes chegam à fila (pacotes/s)
- R – Taxa de transmissão (bits/s). Taxa com que os bits são retirados da fila
- Suponha que todos os pacotes tenham L bits.
Taxa média com que os bits chegam a fila: (?)
Suponha fila muito longa (número infinito de bits)
A razão La/R , denominada intensidade de tráfego, dá
uma boa estimativa do tamanho do atraso de fila
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A Arquitetura TCP/IP
A forma de permitir que usuários possam trocar
informações é interligar as redes às quais eles estão
conectados, formando assim uma inter-rede.
Como fazer para interligar duas redes distintas?
Uma máquina responsável por transferir mensagens de uma rede para a outra.
A essa máquina dá-se o nome de Gateway Internet
(Internet Gateway)
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A Arquitetura TCP/IP
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A Arquitetura TCP/IP
Atualmente é o
protocolo mais usado
em redes locais.
Ao lado temos a pilha
TCP/IP em comparação
com o modelo OSI.
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A Arquitetura TCP/IP
Pilha de Protocolos da Internet:
Aplicação: Suporta as aplicações de rede (FTP, SMTP, HTTP); Transporte: Transferência de dados host-host (fim-a- fim) (TCP, UDP); Rede: Roteamento de datagramas da origem ao destino (IP, protocolos de roteamento); Enlace: Transferência de dados entre elementos vizinhos da rede (PPP, Ethernet); Física: Transmissão física dos bits através dos meios.
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A Arquitetura TCP/IP
Os dados se movem para baixo e para cima na pilha de
protocolos.
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A Arquitetura TCP/IP
Roteadores e comutadores da camada de enlace
também organizam seu hardware e software de rede
em camadas.
Porém, eles não implementam todas as camadas da
pilha de protocolos.
Comutadores da camada de enlace: Que camadas? Roteadores : Que camadas? Comutadores da camada de enlace são capazes de reconhecer endereços de camada 2 (como endereços da Ethernet).
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A Arquitetura TCP/IP
Sistemas finais implementam todas as cinco camadas.
A arquitetura da Internet concentra sua complexidade na periferia da rede.
Na figura notamos também o conceito de
encapsulamento.
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A Arquitetura TCP/IP
O TCP/IP é na realidadeum conjunto de protocolos.
Em conjunto, os protocolos das várias camadas são
denominadospilha de protocolos.
Os mais conhecidos são justamente aqueles que
compõem seu nome:
O TCP (Transmission Control Protocol );
O IP (Internet Protocol ).
Eles operam em que camadas?
Transporte e de Rede, respectivamente.
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A Arquitetura TCP/IP
FTP – RFC: 959
TELNET – RFC: 854
HTTP – RFC: 2616
SMTP – RFC: 821
DNS – RFC: 1035
TCP – RFC: 793
UDP – RFC: 768
IP – RFC: 791
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A Arquitetura TCP/IP
Camadas, mensagens, segmentos, datagramas e
quadros:
Mensagem: Uma mensagem (M) da camada de aplicação é passada para camada de transporte; Segmento: A mensagem e o cabeçalho da camada de transporte constituem o segmento da camada de transporte; Datagrama: Segmento de transporte mais informações de cabeçalho da camada de rede; Quadro: Datagrama da camada de rede mais cabeçalho adicionado pela camada de enlace.
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Resumo...
O que foi visto até agora:
Visão geral de redes e da Internet; Modelo OSI; O que é um protocolo; Borda da rede, núcleo, rede de acesso:
- Comutação de pacotes, comutação de circuitos. Estrutura da Internet / ISP; Desempenho: perda e atraso; Camadas e modelos de serviços.
Você agora tem:
Contexto, visão geral, sentimento das redes; Mais detalhes virão a partir de agora no curso.
