o que é a internet periferia da rede interior da rede · • o que é a internet ... que controlam...
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1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.1
Introdução
• O que é a Internet
• Periferia da rede
• Interior da rede– Comutação de circuitos
– Comutaçao de pacotes (“store-and-forward”)
• Desempenho: perdas e atraso
• Camadas de protocolos e serviços
• Algumas notas históricas sobre a Internet
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.2
O que é a Internet: componentes
• Milhões de sistemas computacionaisinterligados,
que executam aplicações de rede (network apps)
• Canais físicos de comunicação– cobre, fibra, radio
• Nós de encaminhamento (routers),que propagam os pacotes de dados através da rede
• Protocolos,– e.g., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
que controlam a emissão e recepção de mensagens
local ISP
companynetwork
regional ISP
router workstationserver
mobile
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.3
O que é a Internet: componentes
Internet:estrutura, hierarquicamente fraca, que
engloba todos os componentes:– Sistemas computacionais terminais
– Canais físicos de comunicação
– Nós de encaminhamento
– Protocolos
Internet standards– RFC: Request For Comments
– IETF: Internet Engineering Task Force
local ISP
companynetwork
regional ISP
router workstationserver
mobile
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.4
O que é a Internet: serviços
• A infraestrutura de comunicaçãopossibilita a execução de aplicações distribuídas:
– WWW,
– e-mail,
– comércio electrónico,
– voto electrónico
– jogos
– ...
• Serviços de comunicações:– não orientados à ligação
(connectionless)
– orientados à ligação (connection-oriented)
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.5
Estrutura de rede
• Periferia da rede:– computadores (hosts)
• aplicações
– Redes de acesso• residencial [ISDN (hoje, pouco
usado), ADSL, cabo]
• institucional [LAN – Ethernet e variantes],
• móvel [WLAN]
• Interior da rede: – nós de encaminhamento (routers)
– rede de redes
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.6
Periferia da rede
• Sistemas terminais, computadores (hosts)
executam aplicações, e.g. WWW, teleconferência, etc.
– Modelo cliente/servidora parte cliente faz pedidos que são respondidos
pelo servidor, e.g. servidor de e-mail.
– Modelo par-par (peer-peer)a interacção entre as partes é simétrica, e.g.
telefone sobre Internet
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.7
Periferia da rede: serviço de transporte
Serviço orientado à ligação• transmissão fiável (sem erros e
com garantia de preservaçãoda ordem)
• controlo de fluxo:
• controlo de congestionamento:
Internet:TCP [RFC 793] - Transmission Control
Protocol
Objectivo: transferência de dados entre sistemas terminais.
Serviço não orientado à ligação• transmissão sem garantia de
fiabilidade
• sem controlo de fluxo:
• sem controlo de congestionamento:
Internet:
UDP [RFC 768] - User Datagram Protocol
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.8
Interior da rede (network core)
• Malha de nós de encaminhamento(routers) interligados
• Como se comunicam os dados através da rede?– Comutação de circuitos: um
circuito dedicado por ligação (redetelefónica actual)
– Comutação de pacotes: blocos de dados (pacotes) são transmitidosindividualmente através da rede
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.9
Comutação de circuitos
Reserva de recursos extremo-a-extremo para cada“chamada”
• necessário o estabelecimento de cada “chamada”
• largura de banda do canal garantida (qualidade constante)
• ausência de partiha durante uma“chamada”
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.10
Comutação de circuitos
Largura de banda do canal dividida em partes
– divisão na frequência (FDM)
– divisão no tempo (TDM)
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.11
Comutação de pacotesO conjunto de dados a transmitir é dividido em pacotes• os pacotes dos diversos utilizadores partilham o mesmo canal
• cada pacote usa toda a largura de banda do canal
• os recursos são usados apenas quando é necessário
Utilização dos recursos• a procura agregada de recursos pode exceder a quantidade disponível
• congestionamento: quando os pacotes esperam em fila até seremtransmitidos no canal (em cada nó ou router)
• “store and forward”: os pacotes percorrem um salto de cada vez– transmissão numa ligação
– espera pela vez na próxima ligação
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.12
Comutação de pacotes
A
B
C10 MbsEthernet
1.5 Mbs
45 Mbs
D E
statistical multiplexing
queue of packetswaiting for output
link
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.13
Comutação de circuitos versus Comutação de pacotes
• Ligação de 1 Mbit
• cada utilizador: – 100Kbps quando activo
– activo 10% do tempo
• comutação de circuitos: – Permitiria 10 utilizadores
• comutação de pacotes: – com 35 utilizadores, a
probabilidade > 10 activos seriamenor que .0004
Comutação de pacotes permite maior número de utilizadores!
N users1 Mbps link
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.14
Comutação de circuitos versus Comutação de pacotes
• Vantagens:– partilha de recursos
– não há necessidade de estabelecer um circuito físico
• Desvantagens:– Congestionamento excessivo: perda e atraso de pacotes
• há necessidade de definir protocolos para transmissão fiável e controlo de congestionamento
– Como fornecer um serviço garantido do tipo circuito? (problema em aberto)
A comutação de pacotes é necessariamente melhor?
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.15
Comutação de pacotes: encaminhamento
• Objectivo: transmitir pacotes entre nós desde a origem ao destino
• Rede de datagramas : – o endereço de destino determina o caminho a seguir em cada salto
– o caminho pode mudar durante uma sessão
• Rede de circuitos virtuais: – cada pacote contém um rótulo (ID do circuito virtual) que determina o caminho
– o caminho entre origem e destino é determinado no estabelecimento do circuitovirtual e mantém-se fixo
– os nós da rede guardam o estado de cada circuito virtual
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.16
Comutação de pacotes: atraso
Os pacotes sofrem atraso nacomunicação extremo a extremo
• Há 4 fontes de atraso em cadasalto
• processamento no nó: – verificação de erros
– determinação da saída
• fila de espera– depende do estado do nó
• transmissão
• propagação
A
B
propagation
transmission
nodalprocessing queueing
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.17
Internet: pilha de protocolos
• aplicação: suporte a aplicações de rede– ftp, smtp, http
• transporte: transferência de dados extremo a extremo
– tcp, udp
• rede: encaminhamento de datagramas daorigem até ao destino
– ip, algoritmos de encaminhamento
• ligação de dados: transferência de dados entreelementos de rede vizinhos
– ppp, ethernet
• físico: transferência de bits no canal físico
application
transport
network
link
physical
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.18
Internet: comunicação lógica
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical application
transportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
Cada camada:
contém entidadesdistribuídas queexecutam funções em cada nó trocandomensagens com osseus pares
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.19
Internet: comunicação lógica
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical application
transportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
data
dataExemplo: transporte• recebe dados da
aplicação
• junta endereços, verificação de erros e forma um pacote
• envia o pacote ao seupar
• espera que o seu par lhe envie confirmação
data
transport
transport
ack
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.20
Internet: comunicação física (real)
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
networklink
physical
data
data
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.21
Divisão em camadasEm geral, cada camada faz o seguinte:
• recebe dados do nível acima
• junta um cabeçalho
• envia o novo conjunto de dados para o nível abaixo
applicationtransportnetwork
linkphysical
applicationtransportnetwork
linkphysical
source destinationMMMM
Ht
HtHnHtHnHl
messagesegmentdatagramframe
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.22
Internet History
• 1961: Kleinrock - queueingtheory shows effectiveness of packet-switching
• 1964: Baran - packet-switching in military nets
• 1967: ARPAnet conceived by Advanced Research Projects Agency
• 1969: first ARPAnet node operational
• 1972:– ARPAnet demonstrated publicly
– NCP (Network Control Protocol) first host-host protocol
– first e-mail program
– ARPAnet has 15 nodes
1961-1972: Early packet-switching principles
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.23
Internet History
• 1970: ALOHAnet satellite network in Hawaii
• 1973: Metcalfe’s PhD thesis proposes Ethernet
• 1974: Cerf and Kahn - architecture for interconnecting networks
• late 70’s: proprietary architectures: DECnet, SNA, XNA
• late 70’s: switching fixed length packets (ATM precursor)
• 1979: ARPAnet has 200 nodes
Cerf and Kahn’s internetworking principles:
– minimalism, autonomy - no internal changes required to interconnect networks
– best effort service model
– stateless routers
– decentralized control
define today’s Internet architecture
1972-1980: Internetworking, new and proprietary nets
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.24
Internet History
• 1983: deployment of TCP/IP
• 1982: smtp e-mail protocol defined
• 1983: DNS defined for name-to-IP-address translation
• 1985: ftp protocol defined
• 1988: TCP congestion control
• new national networks: Csnet, BITnet, NSFnet, Minitel
• 100,000 hosts connected to confederation of networks
1980-1990: new protocols, a proliferation of networks
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.25
Internet History
• Early 1990’s: ARPAnetdecomissioned
• 1991: NSF lifts restrictions on commercial use of NSFnet(decommissioned, 1995)
• early 1990s: WWW– hypertext [Bush 1945, Nelson
1960’s]
– HTML, http: Berners-Lee
– 1994: Mosaic, later Netscape
– late 1990’s: commercialization of the WWW
Late 1990’s:• est. 50 million computers on
Internet
• est. 100 million+ users
• backbone links runnning at 1 Gbps
1990’s: commercialization, the WWW
1º Semestre 2009/2010 Redes de Computadores 2.26
Número de sistemas terminais na Internet