AulaGerencia1

1
Graduação em Redes de Computadores
Redes de Longa Distância, Sem-Fio e Computação
Móvel
Tema da Aula Apresentação Sergio Sampaio Spinola
Salvador, 03 de Agosto de 2016
2
Roteiro da Apresentação
3
Ementa

• Apresentação dos conceitos e padrões para
  comunicação em longas distâncias. Apresentação
  das tecnologias utilizadas em integração de redes
  corporativas. Abordagem dos principais protocolos
  e soluções de mercado em redes de alta
  velocidade, redes móveis e redes convergentes.
  Apresentação de técnicas de projetos de redes.

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Conteúdo

• 1. Redes de Longa Distância.
• 1.1. Definição.
• 1.2. Objetivo.
• 1.3. Padrões.
• 2. Fundamentos de Comunicação de Dados.
• 3. Protocolos orientados a caracter.
• 4. Protocolos orientados a bit.
• 4.1. HDLC e SDLC
• 4.2. LAPB
• 4.3. PPP
• 5. Arquitetura X.25
• 6. Frame-Relay
• 7. RDSI
• 8. ATM
• 9. Backbones ópticos de alta velocidade
• 9.1. SONET e SDH

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Conteúdo

• .
• 9.2. WDM e DWDM
• 10. Redes móveis e comunicação via satélite
• 10.1. Fundamentos
• 10.2. Comunicação por Satélite
• 10.3. Redes de telefonia celular
• 10.4. Comunicação de dados por redes de
  comunicação celular
• 11. Redes Locais sem Fio e WiMax
• 12. Tecnologias xDSL
• 13. Projetos de Redes
• 14. Redes de nova geração (NGN)
• 15. Redes Metropolitanas de Alta Velocidade
• 16. MPLS
• 17. Redes Convergentes

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Cronograma
Nº Data Dia da Semana Conteúdo/Atividade
01 03/08 QUA Apresentação da Disciplina e Conteúdo
02 10/08 QUA Fundamentos de Comunicação de Dados
03 17/08 QUA Protocolos orientados a bit, caracter, HDLC, SDLC, LAPB, PPP
04 24/08 QUA Tecnologias X.25, Frame Relay, ISDN, ATM
05 31/08 QUA Backbones Óticos
06 10/09 SAB SONET, SDH, DWM, DWDM
07 14/09 QUA Fundamentos das Redes Móveis
8 21/09 QUA Seminários sobre os temas determinados
9 24/09 SAB Redes de Acesso e Redes Óticas
10 28/09 QUA Seminários sobre temas determinados
11 05/10 QUA Avaliação escrita
12 15/10 SAB NGN e Redes Convergentes
13 19/10 QUA Redes Convergentes
14 26/10 QUA Laboratório de Telefonia IP, redes convergentes
15 09/11 QUA Projeto de Redes
16 16/11 QUA Seminário de Lab para simuladores
17 23/11 QUA Laboratório com com simuladores
18 30/11 QUA Laboratório com redes wireless
19 07/12 QUA 2ª. Chamada
20 14/12 QUA Prova Final
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Bibliografia

• ROSS, John. O livro do wireless um guia
  definitivo para wi-fi redes sem fio. 2. ed. Rio
  de Janeiro Alta Books, 2009.
• - SOARES, Luiz Fernando G. SOUZA FILHO, Guido
  Lemos de COLCHER, Sérgio. Redes de computadores
  das LANs, MANs e WANs às redes ATM. Rio de
  Janeiro Campus, 1999. 705 p.
• - TANENBAUM, A. S. Redes de computadores. 4. ed.
  Rio de Janeiro Campus, 2003.
• Complementares
• - COLCHER, Sérgio et al. VOIP voz sobre IP. Rio
  de Janeiro Elsevier, 2005.
• - JOBSTRAIBIZER, Flávia. Desvendando as redes sem
  fio. Florianópolis Digerati Books, 2010.
• - BURGESS, Mark S. Princípios de administração de
  redes e sistemas. 2. ed. Rio de Janeiro LTC,
  2006

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Avaliações

• Pesquisa
• Seminários
• Relatório de Seminário
• Uma avaliação escrita
• Seminário de Laboratório
• Prática do Laboratório
• Relatório do Laboratório

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(No Transcript)
10
Roteiro da Apresentação
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Um pouco de História

• No início eram os mensageiros
• A ocupação (emprego) de mensageiro era uma das
  mais valorizadas
• Na Grécia antiga, raspava-se o cabelo do
  mensageiro para escrever a mensagem e entregá-la
  criptografada
• Na era medieval, postos e torres transmitiam
  sinais de fogo (à noite)

12
Correio Inca

• Até 700 quilômetros em três dias !
• As mensagens eram contadas de um mensageiro para
  outro
• Fazia uso de uma rede de estradas

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Na planície de Maratona...

• A história de Feidípides 
• Da Guerra entre Gregos e Espartanos até os dias
  de hoje
• 2500 anos de evolução nas comunicações.

14
O esquema do Pony Express

• Com a introdução do cavalo, este passou a ser o
  meio de mensagens mais empregado durante séculos
  e, alternativamente, nos trechos mais íngremes e
  precários, mulas
• Mensagens poderiam levar meses para cumprir o seu
  ciclo de entrega e resposta
• Na era das colônias, as mensagens eram enviadas
  por navios e posteriormente redes de tropeiros

15
O limite do uso de cavalos

• Por anos, o sistema de transmissão de mensagens
  foi implementado fisicamente, sendo o expoente
  máximo deste sistema o Pony Express
• A quebra deste paradigma sobreveio através da
  criação do sistema de telégrafo, por volta de
  1840, quando Morse patenteou o telégrafo.

16
Última Palavra em WAN
17
O Pony Express não durou muito...

• From March 1861, the Pony Express ran mail only
  between Salt Lake City and Sacramento. The Pony
  Express announced its closure on October 26,
  1861, two days after the transcontinental
  telegraph reached Salt Lake City and
  connected Omaha, Nebraska and Sacramento,
  California. Other telegraph lines connected
  points along the line and other cities on the
  east and west coasts.

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O que é Rota ?
Rota da Seda
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A primeira transmissão de dados da história

• O telégrafo viria a se tornar a forma
  predominante de comunicação instantânea na
  segunda metade do século XIX
• Primeira forma de codificação de dados e
  transmissão empregando eletricidade

1837
20
Uma Rede LD de ... Telégrafo !
1976
21
A invenção do Telefone

• O telefone é uma invenção que pode ser atribuída
  a vários cientistas e inventores, como Antonio
  Meucci, que perdeu a corrida pelo patenteamento
  da invenção...
• Graham Bell conseguiu registrar a patente por
  volta de 1870 e seu nome foi adotado pelo maior
  complexo de telefonia dos USA Bell System.
• As primeiras companhias telefônicas foram sendo
  desenvolvidas ao longo do final do século XIX e
  início do século XX.
• O telefone predominaria durante quase todo o
  século XX m século como forma de comunicação
  predominante, quase sem alterações.

22
Strowger

• Inventou o conceito de comutação automática em
  1891, aplicada a uma central de comutação.
• Criou uma operadora automatizada em 1892, com 75
  assinantes e capacidade para 99.
• Suas patentes foram adquiridas pela Bell Systems
  em 1916.
• Sua motivação foi evitar a interceptação de
  clientes pela telefonista (operadora).

23
As Centrais de Comutação

• As centrais de telefonia eram inicialmente
  manuais e no início e requeriam a assistência de
  uma operadora humana.
• O primeiro PBX automático foi criado por Almon
  Strowger, motivado pela interceptação das
  chamadas direcionadas ao seu escritório.
• Por décadas, as chamadas de longa distância ou
  fora dos distritos requereriam a assistência de
  operadoras manuais.

24
Comutação manual
25
A evolução da telefonia

• Com a adição de inteligência no PBX e a
  introdução de conceitos como DTMF e programação
  de rotas,
• O PBX passou a ter autonomia no redirecionamento
  de chamadas, no autoatendimento e no
  encaminhamento de chamadas entrantes e saintes.
• O Central Office (CO) ganha escala e abrigam
  switches de telefonia Classe 5 e 4.
• Formam-se as grandes redes de telefonia com
  roteamento entre as mesmas.

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A evolução da telefonia

• O Central Office (CO) ganha escala e abrigam
  switches de telefonia Classe 5 e 4.
• Formam-se as grandes redes de telefonia com
  roteamento entre as mesmas.
• As empresas de telefonia constituem grandes
  infraestruturas de comutação de circuitos
  (circuit switching) que seria a forma
  predominante de comunicação por muitas décadas.

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História da Internet

• 1961-1972 Estréia da comutação de pacotes
• 1961 Kleinrock - teoria das filas demonstra
  eficiência da comutação por pacotes
• 1964 Baran - comutação de pacotes em redes
  militares
• 1967 concepção da ARPAnet pela ARPA (Advanced
  Research Projects Agency)
• 1969 entra em operação o primeiro nó da ARPAnet

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História da Internet

• 1961-1972 Estréia da comutação de pacotes
• ? 1972
• demonstração pública
• da ARPAnet
• NCP (Network Control Protocol) primeiro
  protocolo host-host
• primeiro programa de
• e-mail
• ARPAnet com 15 nós

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História da Internet
1972-1980 Interconexão de redes novas
e proprietárias

• 1970 rede de satélite ALOHAnet no Havaí
• 1974 Cerf e Kahn - arquitetura para a
  interconexão de redes
• 1976 Ethernet no XEROX PARC
• fim dos anos 70 arquiteturas proprietárias
  DECnet, SNA, XNA
• fim dos anos 70 comutação de pacotes de
  comprimento fixo (precursor do ATM)
• 1979 ARPAnet com 200 nós

• Princípios de interconexão de Cerf e Kahn
• minimalismo, autonomia
• - não é necessária nenhuma mudança interna para
  interconectar redes
• modelo de serviço best
• effort
• roteadores sem estados
• controle descentralizado
• definem a arquitetura atual da
• Internet

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História da Internet
1980-1990 novos protocolos, proliferação de redes

• 1983 implantação do
• TCP/IP
• 1982 definição do protocolo SMTP para e-mail
• 1983 definição do DNS para tradução de nome
  para endereço IP
• 1985 definição do protocolo FTP
• 1988 controle de congestionamento do TCP

• novas redes nacionais Csnet, BITnet, NSFnet,
  Minitel
• 100.000 hosts conectados numa confederação de
  redes

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História da Internet

• Anos 90 e 2000 comercialização, a Web, novas
• aplicações
• início dos anos 90 ARPAnet

Final dos anos 90-00

• desativada
• 1991 NSF remove restrições ao uso comercial da
  NSFnet (desativada em 1995)
• início dos anos 90 Web
• hypertexto Bush 1945,
• Nelson 1960s
• HTML, HTTP Berners- Lee
• 1994 Mosaic,
• posteriormente Netscape
• fim dos anos 90 comercialização da Web

• novas aplicações mensagens instantâneas,
  compartilhamento de arquivos P2P
• preocupação com a segurança de redes
• est. 50 milhões de computadores na Internet
• est. mais de 100 milhões de
• usuários
• enlaces de backbone a Gbps

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História da Internet

• A partir de 2005
• 750 milhões de hospedeiros
• Smartphones e tablets
• Implantação agressiva de acesso de banda larga
• Crescente ubiquidade de acessos sem fio de alta
  velocidade
• Surgimento das redes sociais
• Facebook prestes a alcançar um bilhão de
  usuários
• Provedores de serviço (Google, Microsoft) criam
  suas próprias redes
• Evitam a Internet, fornecendo acesso
  instantâneo a buscas, e-
• mails, etc.
• Comércio Eletrônico, universidades e empresas
  rodando serviços na nuvem (ex., Amazon EC2)

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Evolução do Número de Hosts
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Evolução do Número de Hosts
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Internet/BR
Número de Hosts
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Internet/BR

• A Rede Nacional de Pesquisa (RNP) teve início em
• 1989.
• Aberta para uso comercial em 1994
• Posição absoluta (7/11)
• Número de hosts 22.212.190
• 4o do Mundo
• IBOPE/NetRatings (11/12)
• 53,5 Milhões de Internautas residenciais ativos
• 4619 hs de tempo médio mensal de horas navegadas
  por internauta ativo
• Fonte www.cetic.br

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1 Introdução
38
1 Introdução
39
1 Introdução
40
1 Introdução
41
1 Introdução
42
1 Introdução
43
1 Introdução
44
Características do Sistema de Correio

• Cada envelope é individualmente roteado
• Sem garantia de tempo para o envio
• Sem garantia de sequência de envio
• Sem garantia absoluta de envio !
• Coisas se perdem
• Como podemos reconhecer a entrega ?
• Retransmissão
• Como determiner quando retransmitir? Timeout?
• O reenvio precoce gera ? duplicatas

45
O Sistema de Correio
Stanford
MIT
Dina
Nick
46
O Sistema de Correio
Stanford
MIT
Dina
Nick
47
A Internet
Leland.Stanford.edu
Nms.csail.mit.edu
Dina
Nick
Packet
48
Características da Internet

• Cada pacote é roteado individualmente
• Não existe garantia temporal para a entrega
• Não existe garantia de sequenciamento da entrega
• Na verdade, não há garantias !
• Coisas se perdem
• Reconhecimentos (Acknowledgements)
• Retransmissão
• Como determiner quando retransmitir? Timeout?
• Se o pacote é retransmitido precocemente ?
  duplicatas

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O que é a Internet visão básica

• milhões de dispositivos de computação conectados
  hospedeiros sistemas finais
• rodando aplicações de rede

• enlaces de comunicação
• fibra, cobre, rádio, satélite
• taxa de transmissão largura de banda

• roteadores encaminham pacotes (pedaços de dados)

Todo o material copyright 1996-2009 J.F Kurose e
K.W. Ross, Todos os direitos reservados
50
O que é a Internet visãodos elementos básicos

• protocolos controle de envio e recepção de msgs
• p. e., TCP, IP, HTTP, Skype, Ethernet
• Internet rede de redes
• vagamente hierárquica
• Internet pública versus intranet privada
• padrões da Internet
• RFC Request For Comments
• IETF Internet Engineering Task Force

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O que é a Internetuma visão de serviço

• infraestrutura de comunicação possibilita
  aplicações distribuídas
• Web, VoIP, e-mail, jogos, e-commerce,
  compartilhamento de arquivos
• serviços de comunicação fornecidos às aplicações
• entrega de dados confiável da origem ao destino
• entrega de dados pelo melhor esforço (não
  confiável)

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O que é um protocolo?

• protocolos humanos
• que horas são?
• tenho uma pergunta
• introduções
• msgs específicas enviadas
• ações específicas tomadas quando msgs
  recebidas, ou outros eventos

• protocolos de rede
• máquinas em vez de humanos
• toda atividade de comunicação na Internet
  controlada por protocolos

Protocolos definem formato, ordem de msgs
enviadas e recebidas entre entidades de rede e
ações tomadas sobre transmissão e recepção de msgs
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O que é um protocolo?

• um protocolo humano e um protocolo de rede de
  computadores

Oi
Solicitação deconexãoTCP
Oi
P Outros protocolos humanos?
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Estrutura da Internetrede de redes

• aproximadamente hierárquica
• no centro ISPs de nível 1 (p. e., Verizon,
  Sprint, ATT, Cable and Wireless), cobertura
  nacional/internacional
• tratam uns aos outros como iguais

ISP nível 1
interconexão de provedores de nível 1 (peer)
privadamente
ISP nível 1
ISP nível 1
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ISP nível 1 p. e., Sprint
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ISP nível 2, Regionais

• ISPs de nível 2 ISPs menores (geralmente
  regionais)
• conectam a um ou a mais ISPs de nível 1,
  possivelmente outros ISPs de nível 2

• ISP de nível 2 paga ao ISP nível 1 por
  conectividade com restante da Internet
• ISP de nível 2 é cliente do provedor de nível 1

ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
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ISP nível 3 p. e., Sprint

• ISPs de nível 3 e ISPs locais
• rede do último salto (acesso), mais próxima dos
  sistemas finais

ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
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A viagem do pacote

• um pacote passa por muitas redes!

ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
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Redes Locais

• São diferentes das redes de Longa Distância
• Em geral, pensamos atualmente nas redes locais
  como conjuntos ou bancos de switches L2/L3
  conectados a estações e servidores.
• O protocolo utilizado é quase sempre o TCP/IP
• Interligados a Servidores Locais, Dedicados ou em
  máquinas virtuais
• Delimitados do mundo externo por Firewalls, UTMs
  e outros dispositivos de segurança.

60
Redes Locais Elementos mais comuns

• Servidores
• Desktops
• Appliances de Segurança
• Servidores Virtualizados
• Firewalls
• UTMs
• APs Wi-Fi
• PBX IP
• Telefones IP
• Roteador de Borda (Default Gateway)

61
Redes de Longa Distância

• No início da era das redes locais, a arquitetura
  de processamento dominante era o...
• Mainframe
• Rede Local era local e só
• Rede de Longa Distância era implementada somente
  em Mainframes (protocolo SNA), proprietário da
  IBM
• A troca de dados entre redes locais e o Mainframe
  era manual (disquetes)
• Ou por modem 1.2/2.4/9.6/19.2Kbps
• Transferência de arquivos somente

62
O Mainframe era o Centro
63
A rede local típica e...
64
Comunicações de Longa Distância
65
Interconexão em Rede de Longa Distância -
Primórdios
66
Roteiro da Apresentação
67
Redes de Longa Distância

• Empregam diferentes meios físicos de transmissão
  em relação a redes locais
• Não utilizam necessariamente a tecnologia
  Ethernet
• Utilizam diferentes tipos de enlace (link)
• Utilizam diversas tecnologias de comutação
• Não utilizam necessariamente o protocolo IP
• Mas podem utilizar parte do IP
• Ou camadas sobre o IP
• Na Internet usa-se o TCP

68
Redes de Longa Distância

• Em geral atravessam diferentes domínios
• Possuem um complexo sistema de computação de
  rotas Intradomínio e Interdomínio
• Valem-se de diferentes protocolos de roteamento
  tais como OSPF, RIP, BGP, EIGRP, MPLS...
• Diferentes níveis de protocolos de comunicação,
  tais como HDLC, SDLC, LAPB, X.25, Frame Relay,
  RDSI (ISDN), PPP, POS, SONET/SDH...

69
O que é uma rede de longa distância ?

• É chamada normalmente de WAN Wide Area Network,
  ou MAN (Metropolitan Area Network)
• Pode ter alcance geográfico local, como em uma
  região metropolitana
• Ou alcance global
• Pode ser intradomínio (como em uma rede
  corporativa privada)
• Bancos, por exemplo, usam redes intradomínio, sem
  o acesso à internet.
• Pode ser interdomínio, que é o caso da Internet.

70
Redes Longa Distância (WAN)
71
Do Mainframe à Nuvem

• No mundo estabelecido o Mainframe era o Rei
• Rede era Ethernet Coax
• Rede era Switch 3COM, Bay Networks, Cisco
• A Cisco era a rainha das redes, o IOS rules
• A VMWare introduz a virtualização
• A Amazon supera a Cisco na Nuvem
• As redes SDN não precisam do TCP/IP... (não
  necessariamente)
• O que é rede afinal ?

72
Cloud Computing ?
73
Iaas

• Abreviação de Infrastructure as a Service, IaaS é
  definida como uma infraestrutura de computadores,
  como a virtualização, disponibilizada como um
  serviço
• IaaS é popular no datacenter onde software e
  servidores são comprados como um serviço
  completamente outsourced e usualmente tarifados
  pelo uso e sobre quanto dos recursos são
  utilizados.
• Contrapõe-se ao método tradicional de comprar
  softwares e hardwares.
• Pode ser chamado de enterprise-level hosting
  platform.

74
Paas

• Acrônimo para Platform as a Service, PaaS é
  definido como uma plataforma de computação sendo
  entregue como serviço.
• A plataforma é outsourced. Tipicamente o PaaS
  facilita o desenvolvimento de aplicações, testes,
  e hospedagem de de aplicações Web.
• O PaaS permite aos profissionais de IT
  desenvolver, testar hospedar e realizar
  atualizações. Pode ser também referida como
  cloudware.

75
Saas

• Abreviação para Software as a Service
• SaaS é um método de disponibilização de software
  que fornece acesso ao software e suas funções
  remotamente como um serviço baseado em Web.
• Software como serviço permite às organizações
  obterem acesso a funcionalidades de negócio a um
  custo tipicamente menor do que pagar para
  aplicações licenciadas, em geral, por um valor
  mensal.
• Como o software é hospedado remotamente, os
  usuários não precisam investir em hardware
  adicional.
• Software as a Service remove a necessidade das
  organizações gerenciarem a instalação,
  configuração e manutenção.

76
Exemplos de Sistemas que estão na Nuvem

• Gestão Financeira
• Gestão de Vendas
• Gestão Bancária
• Gestão de Vendas
• Gestão de Consumidor Chamada de Jornada
• Gestão de RH
• Gestão Hoteleira...

77
Exemplos

• Zoho
• Salesforce
• Interactive Inteligence
• Conta Azul
• Azure
• Google
• Os princípios por detrás do processo

78
Tendência atendimento multicanal
79
E a respectiva Infraestrutura...
80
Sistemas de Gestão de Vendas
81
Sistemas de Vendas
82
Os antigos Bureaus
83
Exemplo Locação de Carro e o IOT
84
Virtual Data Center

• Este é um dos maiores benefícios da nuvem de
  computação para permitir o acesso de
  organizações a um custo relativamente pequeno a
  fim habilitar uma infraestrutura de TI sob a
  forma de um centro de dados virtual sem gastar
  milhões de dólares (ou reais) em capital a fim de
  construir um centro de dados (data center).
• O paradigma foi alterado paga-se por uso de
  recursos, tais como uso de CPU, memória,
  instâncias, consumo de banda, etc...

85
Desktop as a Service

• Também chamado de virtualização de cliente que
  separa o ambiente do desktop do computador
  físico.
• Considerada um tipo de modelo cliente-servidor,
  dado que o desktop virtualizado é armazeando em
  um servidor centralizado remoto.
• Os ambientes de desktop virtualizados são
  servidos aos usuários da rede. O login neste
  desktop pode ser realizado a partir de qualquer
  local.
• VDI (Virtual Desktop Infrastructure) é um modelo
  em que o cenário de virtualização de desktop é
  habilitado por hardware e software.
• VDI hospeda o ambiente de desktop em uma máquina
  virtual que é executada em um servidor remote ou
  centralizado.

86
Redes de Acesso e Redes Óticas

• Podem servir a empresas ou indivíduos
• Podemos dividir o público entre o pequeno e o
  grande.
• O pequeno faz uso normalmente recreativo e home
  office.
• Também faz uso para negócios, porém sem garantia
  de tempo de resposta.
• As redes óticas são utilizadas para cobrir
  grandes distâncias.
• Na última milha, o usuário poderá ser servido
  por par metálico, ou coaxial.
• Dependendo do preço, oferta na região, etc, etc,
  poderá ser servido com fibra até o seu
  escritório/residência

87
As Camadas na Nuvem
88
Computação em Nuvem

• De certa forma, é um retorno ao passado.
• A Nuvem é o novo Mainframe
• O notebook é o terminal
• O sistema operacional do computador, os
  aplicativos, etc, tendem a perder relevância...
• A console é o browser
• A rede fica dentro do Data Center
• E o desktop também...

89
Onde está a Rede ?
90
(No Transcript)
91
(No Transcript)
92
Temas para o Seminário

• Grupos de 3 alunos
• Escolha entre os seguintes temas
• Redes de Satélite
• WiMAX e LTE
• Redes Wi-Fi gerenciadas
• Novas tecnologias de Wi-Fi
• Redes 3G, 4G, 5G
• Cada tema limitado a duas apresentações
• Assinalem a primeira e segunda opção

93
Sobre o Seminário

• Cada grupo deve apresentar um trabalho em formato
  de relatório, de até 6 páginas, contendo a
  descrição da sua pesquisa. Sem capa (esta deve
  estar no primeiro slide)
• Deve contemplar as referências
• Não formal, não é artigo, mas deve seguir um
  padrão mínimo de organização
• Modelo será disponibilizado no Portal
• A apresentação deve ser realizada em até 30
  minutos.
• Todos os integrantes devem apresentar.
• Sugestão até 30 slides.

94
Critérios de Avaliação

• Relatório (50)
• Concisão
• Síntese
• Compreensão
• Forma
• Referências
• Coerência
• Apresentação (50)
• Os critério do relatório
• Sequenciamento
• Comparação

95
Roteiro da Apresentação
96
Conceitos e Fundamentos

• Vamos revisitar fundamentos essenciais e que são
  frequentemente empregados no estudo de redes
  locais e de longa distância, LAN e WAN.
• Versaremos sobre redes de longa distância, porém,
  existe um ponto de contato e entrelaçamento muito
  forte entre LAN e WAN.
• Um não existe sem o outro.

97
Alguns conceitos

• Backbone
• Capilaridade
• Acesso
• Comutação
• Roteamento
• Blocking e não blocking
• Comutação de Circuito
• Comutação de pacotes
• Pacote e célula
• Camadas
• Protocolo

98
O que é Protocolo

• Um protocolo de rede define um conjunto de
  regras, algoritmos, mensagens e outros mecanismos
  que permitem que o software e hardware em
  dispositivos de rede se comuniquem eficazmente.
• Um protocolo descreve geralmente um meio para
  comunicação entre entidades correspondentes na
  mesma camada OSI entre dois ou mais dispositivos.

99
Protocolos

• Protocolo é sinônimo de Regra.
• Consiste de um conjunto de regras que governam a
  comunicação de dados.
• Determina o que é comunicado, como é comunicado e
  quanto é comunicado.
• Os elementos chave de um protocolo são a sintaxe,
  a semântica e o tempo.

100
Por que Camadas ?
101
Camadas - Layers

• Modularidade
• Serviços Bem Definidos
• Reuso
• Separação de atribuições e preocupações
• Desenvolvimento contínuo
• Comunicação Peer-to-Peer
• Exemplo Serviço dos Correios

102
Backbone

• Back costas, parte de trás, suporte
• Bone Osso
• Espinha Dorsal, Suporte Principal

103
Backbone

• Via Principal de Dados
• Para onde convergem todos os fluxos de dados
  interredes
• Alcance em geral
• Campus,
• Metropolitano
• Continental
• Informalmente, às vezes se aplica ao barramento
  de um Switch de alta capacidade e performance ()

104
Backbone Campus ou Metropolitano
105
Campus Backbone
106
Backbone Continental
National Science Foundation, US
107
Redes de Longa Distância na Internet

• Utiliza o acesso à Internet
• Neste caso, os dados trafegam livremente por uma
  estrutura compartilhada por todos os usuários da
  Internet.
• Aplicável a indivíduos, pequenas empresas,
  pequenos escritórios e filiais, onde a relação
  custo x benefício seja elevada.
• Os pacotes de dados podem passar por vários
  roteadores, provedores e domínios diferentes.

108
Redes de Longa Distância

• As redes intradomínio podem ser do tipo
  Puramente IP, onde apenas o protocolo IP é
  utilizado.
• Podem ser do tipo privativas ponto-a-ponto,
  quando o Provedor fornece apenas a fibra, por
  exemplo, e o cliente utiliza seu próprio
  equipamento.
• Nestes casos, são ligações metropolitanas.
• O acesso pode ser também fornecido pela oferta do
  serviço MPLS de uma Operadora.
• As conexões podem ser privativas na estrutura de
  uma corporação, por exemplo, Bancos, Governo,
  etc.
• Podem ser metropolitanas, interconectadas a um
  anel ótico de um Provedor

109
WANs (e RLD) Um cenário
110
WAN Camada 1

• Os protocolos de camada física na WAN descrevem
  como propiciar conexões.

111
A interface WAN

• A LAN Ethernet conecta-se ao roteador. Mas ao
  que o roteador se conecta ?

? WAN
802.3 LAN
Cat5 UTP
112
Níveis Físico e de Enlace
Layer 2
Layer 1
113
Cabo V.35 Imagem
114
Provedores Regionais fornecem o Meio
SSA
SP

• Provedores/Operadoras locais normalmente fornecem
  o meio para a conectividade de Longa Distância.

115
WAN Pipes (dutos)
116
A interface WAN

• Como os roteadores se conectam(vam) às linhas de
  telecomunicações ?

to phone company
117
Data Terminal Equipment

• Roteadores são normalmente considerados DTEs.
  DTEs são dispositivos na terminação de uma rede
  de usuário como originador de dados, destino ou
  ambos.

O roteador é um DTE, ou Data Terminal Equipment
118
Data Terminal Equipment

• Um computador doméstico pode também ser um DTE.
  
• Como conectar à companhia telefôncia a partir de
  casa ?

119
DTEs e DCEs

• Em outros tempos e ainda em algumas situações
  especiais, emprega(va)-se um modem.

modem
to phone company
120
Data Circuit Equipment

• Um modem é um tipo de DCE, ou Data
  Circuit-Termination Equipment. É o dispositivo no
  final da rede do Provedor de Serviços (Companhia
  de Telefonia), TELCO.

121
Modems
122
Modulação

123
Atualmente...

• Existem diversas formas de modulação
• PSK, FSK, ASK, QAM
• A fibra como meio de transmissão
• CWDM (comprimento de onda), DWDM (domínio da
  frequência)
• SONET e SHD como transporte
• ATM como comutador (há até algum tempo atrás,
  hoje, não mais...)
• Diversas tecnologias emergentes e atuais baseadas
  em fibra ótica (PON, GEPON, GPON)... (A,B, C, D,
  E.... xPON), GMPLS !
• Diversos tipos de acopladores, transceptores e
  métodos de transmissão em evolução.

124
Data Circuit Equipment

• Outro tipo de DCE é um CSU/DSU
• Channel Service Unit
• Data Service Unit
• CSU/DSU fica localizado na terminação da rede do
  Provedor de Serviços (Telco).
• Conecta-se à porta serial do roteador.

125
DTEs DCEs

• Um DTE interfaceia com um DCE para ganhar acesso
  a uma rede de companhia telefônica (TELCO).

Cliente Network
Telco Network
DTE
DCE
Modem
PC
Router
CSU/DSU
126
DTEs and DCEs

• Conexão entre Roteador e CSU/DSU
• Porta Serial no roteador
• Porta V.35 no CSU/DSU (Channel Service Units/Data
  Service Units)
• Um cabo V.35 entre eles

CSU/DSU
DCE
DTE
127
DTEs and DCEs

• Configuração WAN típica

SP
SSA
CSU/DSU
CSU/DSU
TELCO Linha digital
DCE
DCE
DTE
DTE
128
WAN Camada 2

• Os protocolos WAN de enlace (data-link) descrevem
  como os quadros são transportados entre sistemas
  em um caminho de dados (data path).
• point-to-point
• multipoint
• multiaccess (Frame Relay)

129
WAN na Camada 2
Inicialmente iremos estudar os primeiros métodos
de comunicação, i.e, protocolos e tecnologias
dedicada
comutada
Tecnologias que operam sobre protocolos
130
O núcleo da rede

• malha de roteadores interconectados
• a questão fundamental como os dados são
  transferidos pela rede?
• comutação de circuitos circuito dedicado por
  chamada rede telefônica
• comutação de pacotes dados enviados pela rede em
  pedaços discretos

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131
Duas funções chave do núcleo da rede

• roteamento determina a rota
• origem-destino tomada pelos pacotes
• algoritmos de roteamento

• repasse move pacotes da entrada do roteador
  para a saída apropriada do roteador

algoritmo de roteamento
tabela de repasse local tabela de repasse local
valor cabeç. enl.saída
0100 3
0101 2
0111 2
1001 1
1
2
3
endereço do destino no cabeçalho do pacote
entrante
www.cin.ufpe.br/suruagy/cursos
132
Roteiro da Apresentação
133
Comutação de Circuitos
A conexão é estabelecida antes do início da
transmissão ?
134
Comutação de Circuitos

• Em uma rede de comutação de circuitos, antes que
  a comunicação possa ocorrer entre dois
  dispositivos, um circuito é estabelecido entre
  eles.
• Na figura, observar linha azul espessa para
  conduzir os dados do Dispositivo A para o
  Dispositivo B, e uma linha correspondente roxa de
  retorno entre B e A.
• Uma vez estabelecido o circtuito, toda a
  comunicação entre estes dispositivos ocorrerá
  somente sobre este circuito estabelecido.

135
Comutação de Circuitos

• O exemplo clássico da rede de circuito comutado é
  o Sistema de Telefonia.
• Ao realizar uma chamada e obter uma resposta, e
  estabelecido um circuito sobre a qual podem ser
  transmitidos voz ou dados em um fluxo constant.
• Este circuito mantém-se constante durante a
  duração da chamada/conexão.
• Na próxima chamada provavelmente será empregado
  um novo circuito, com hardware diferente da
  chamada anterior, mas que se manterá constant
  durante a duração desta chamada.

136
Núcleo da rede comutação de circuitos

• recursos fim a fim reservados para chamada
• largura de banda do enlace, capacidade de
  comutação
• recursos dedicados sem compartilhamento
• desempenho tipo circuito (garantido)
• exige preparação de chamada

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137
Núcleo da rede comutação de circuitos

• dividindo largura de banda do enlace em pedaços
• divisão de frequência
• divisão de tempo

• recursos de rede (p. e., largura de banda)
  divididos em pedaços
• pedaços alocados a chamadas
• pedaço de recurso ocioso se não usado por chamada
  particular (sem compartilhamento)

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138
Comutação de circuitosFDM e TDM
Exemplo
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139
Comutação de Pacotes
140
Comutação de Pacotes

• Neste tipo de rede, não é utilizado um caminho
  específico para realizer transferência de dados.
• Ao invés disto, os dados são quebrados em
  pequenas partes chamadas pacotes e enviados sobre
  a rede.
• Os pacotes podem ser roteados, combinados ou
  fragmentados a fim de chegarem ao seus destino.
• O processo é revertido na ponta remota, onde
  ocorre a remontagem de pacotes.
• Em termos de analogia, uma rede de comutação de
  pacotes é mais parecida com um Sistema postal do
  que a um Sistema de telefonia. 

141
Comutação de Pacotes

• Em uma rede de comutação de pacotes, o circuito
  não está configurado antes do envio de dados
  entre dispositivos. Blocos de dados, mesmo a
  partir do mesmo arquivo ou comunicação, podem
  tomar qualquer número de caminhos ao trafegar de
  um dispositivo para outro.

142
Núcleo da rede comutaçãode pacotes

• cada fluxo de dados fim a fim dividido em pacotes
• usuário A, pacotes de B compartilham recursos da
  rede
• cada pacote usa largura de banda total do enlace
• recursos usados quando necessários

• disputa por recursos
• demanda de recurso agregado pode exceder
  quantidade disponível
• congestionamento fila de pacotes, espera por uso
  do enlace
• store and forward pacotes se movem um salto de
  cada vez
• Nó recebe pacote completo antes de encaminhar

Divisão da largura de banda em pedaços Alocação
dedicada Reserva de recursos
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143
Comutação de pacotes multiplexação estatística
Ethernet100 Mb/s
C
A
multiplexação estatística
1,5 Mb/s
B
fila de pacotesesperando peloenlace de saída

• Sequência de pacotes A B não tem padrão fixo,
  largura de banda compartilhada por demanda ?
  multiplexação estatística.
• TDM cada hospedeiro recebe mesmo slot girando
  quadro TDM.

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144
Comutação de pacotes store-and-forward
L
R
R
R

• leva L/R segundos para transmitir (push out)
  pacote de L bits para enlace em R bps
• store-and-forward pacote inteiro deve chegar ao
  roteador antes que possa ser transmitido no
  próximo enlace
• atraso 3L/R (supondo zero atraso de propagação)

• Exemplo
• L 7,5 Mbits
• R 1,5 Mbps
• atraso de transmissão 15 s

mais sobre atraso adiante
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145
Comutação de pacotes armazena e repassa
L bits por pacote
3 2 1 R bps
R bps
fonte
destino

• leva L/R seg para transmitir (botar para fora)
  um pacote de L-bits num enlace a R bps
• armazena e repassa todo o pacote deve chegar ao
  roteador antes que possa ser transmitido no
  próximo enlace

exemplo numérico para um salto/etapa

• L 7,5 Mbits
• R 1,5 Mbps
• atraso de transmissão
• em um salto 5 seg

• atraso fim-a-fim 2L/R (desprezando o atraso de
  propagação)

mais sobre atrasos em breve 1 Introdução 44
146
Comutação de pacotes versus comutação de
circuitos

• Comutação de pacotes permite que mais usuários
  usem a rede!

• enlace de 1 Mb/s
• cada usuário
• 100 kb/s quando ativo
• ativo 10 do tempo
• comutação de circuitos
• 10 usuários
• comutação de pacotes
• com 35 usuários, probabilidade gt 10 ativos ao
  mesmo tempo é menor que 0,0004

N usuários
enlace 1 Mbps
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147

• A comutação de pacotes é a grande
• vencedora?

• ótima para dados em rajadas
• compartilhamento de recursos
• mais simples, sem configuração de chamada
• congestionamento excessivo atraso e perda de
  pacotes
• protocolos necessários para transferência de
  dados confiável, controle de congestionamento
• P Como fornecer comportamento tipo circuito?
• largura de banda garante necessário para
  aplicações de áudio/vídeo
• ainda um problema não resolvido

P Analogias humanas de recursos reservados
(comutação de circuitos) versus alocação por
demanda (comutação de pacotes)?
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148
Conceito Chave

• Key Concept Uma forma pela qual as tecnologias
  de rede são categorizadas é baseada no caminho
  (path) usado para transportar dados entre
  dispositivos. Na comutação de circuitos, um
  circuito é primeiramente estabelecido e então
  usado para transporter dados entre dispositivos.
• Em comutação de pacotes nenhum caminho fixo é
  criado entre dispositivos que se comunicam. Os
  dados podem ser quebrados em pacotes, cada qual
  tomando um caminho separado entre emissor e
  recipiente.

149
ComparaçãoComutação de Circuito x Pacote

• Uma questão importante na seleção do método de
  comunicação é se um meio de rede é compartilhado
  ou dedicado.
• Sua linha telefônica (de cobre) pode ser
  utilizada para estabelecer um circuito porque
  você é o usuário dedicado da mesma.
• A origem da ideia da comutação de circuito são as
  antigas redes de telefonia. Porém esta ideia foi
  suplantada pela possibilidade de compartilhamento
  de circuitos através da comutação de pacotes.
• Contudo, esta discussão voltou à baila
  recentemente hoje se discutem formas de emular a
  comutação de circuitos para aplicações críticas.

150
Comparação A discussão persiste

• A capacidade de ter muitos dispositivos que se
  comunicam simultaneamente sem caminhos dedicados
  de dados foi a razão de a comutação de pacotes
  ter se tornado predominante.
• No entanto, existem algumas desvantagens de
  comutação de pacotes, em comparação com comutação
  de circuitos. Uma é que desde que todos os dados
  não leva o caminho mesmo, previsível entre
  dispositivos, é possível que algumas partes de
  dados podem se perder em trânsito, ou aparecer em
  ordem incorreta. Em algumas situações isto não
  importa, enquanto em outras, é muito importante.

151
Comutação e Melhor Esforço

• Compartilhando a infraestrutura
• Circuit switching
• Packet switching
• Serviço Melhor Esforço (Best Effort)
• Analogia o serviço de correios
• O serviço best effort da Internet

152
Comutação de Circuitos
SP Switch
SSA Switch

• É o método usado pela rede de telefonia
• Uma chamada tem três fases
• Estabelecer o circuito fim-a-fim(discagem),
• Comunicar,
• Fechar o circuito.
• Se circuito não disponível sinal de ocupado.

Chamador
Chamado
Atraso no processamento no switch
Propagação do atraso entre o chamador e o switch
em SSA.
DATA
(1)
(2)
(3)
153
Comutação de Circuitos Multiplexação/Demultiplexa
ção
Switch
Frames
0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
Slots

• Uma forma de compartilhar um circuito é o TDM

• Tempo dividido em frames e frames divididos em
  slots
• Posição relativa do slot em um frame determina a
  que conversação aquele dado se refere.
• E.g., O slot 0 pertence, é relativo à conversação
  vermelha
• Requer sincronização entre a origem e o destino

154
Comutação de Circuitos

• Assume que a capacidade do link é C bits/seg
• Cada comunicação requer R bits/sec
• slots C/R
• Número máximo de comunicações concorrentes é C/R
• O que acontece se a comunicação envolve
  mais/menos que R bits/seg ?
• ? É apropriado para redes TDM de voz, mas é
  inadequadao para redes de computadores qeu
  possuem tráfegos com taxas variáveis (bursty)

155
O tráfego Internet em Rajadas

• Um panorama dos burstde tráfego em um roteador

Max In12.2Mb/s Avg. In 2.5Mb/s Max Out
12.8Mb/s Avg. Out 3.4 Mb/s
156
Packet Switching

• Usado na Internet
• Dados são enviados em Pacotes (header contém info
  de controle, e.g., endereços origem e destino)
• Roteamento por pacote
• Em cada nó, o pacote é recebido integralmente,
  armazenado e então encaminhado (store-and-forward
  networks)
• Nennuma capacidade é alocada

Atraso de propagação entre os Host 1 Nó 2
Header
Data
Tempo de transmissão do Pacote 1 no Host 1
Atraso de processamento do Pacote 1 em Nó 2

157
Packet Switching Multiplexação/Demultiplexação
Router
Fila

• Multiplexação usando filas
• Roteadores precisam de memória/buffer
• Demultiplexação usando informação no cabeçalho
  (header) do pacote
• Header possui info de destino
• Roteador possui uma tabela de roteamento que
  contém informação sobre qual link usar para
  alcançar um destino

158

• Questões Sobre as Filas
• Atraso variável (Delay)
• Delay Queuing delay propagation delay
  transmission delay processing delay
• Perdas
• Quando os pacotes chegam a uma fila/buffer
  cheios, são descartados (dropped)
• Filas de Prioridade (Priority Queues) e outros
  tipos

159
Comutação de pacotes apresenta reordenamento
Pacotes em um fluxo necessariamente não seguem o
mesmo caminho (depende do roteamento) ? pacotes
podem ser reordenados.
Host C
Host D
Host A
Node 1
Node 2
Node 3
Node 5
Host B
Host E
Node 7
Node 6
Node 4
160
O Melhor Esforço

• Best Effort Service
• Analogia Serviço dos Correios
• Serviço Internet é Best Effort
• Melhor esforço não oferece garantias.
• Em geral utiliza-se o sobre-provisionamento para
  compensar a falta de controle sobre o tráfego
• Aplicações competem entre si

161
Best Effort

• Sem garantias
• Atraso Variável (jitter)
• Taxa variável
• Perda de Pacotes
• Duplicatas
• Reordenamento

162
Diferenças Comutação de Circuitos e Pacotes
Circuit-switching Packet-Switching
Capacidade Garantida Sem garantias (best effort)
Capacidade desperdiçada se os dados são em rajada (bursty) Mais eficiente
Antes de enviar dados, estabelece caminho Dado enviado imediatamente
Todos os dados em um fluxo único seguem um único caminho Diferentes pacotes podem seguir diferentes caminhos.
Sem reordenamento atraso constant e sem perda de pacotes. Pacotes podem ser reordenados, atrasados ou descartados.
163
Resumo

• Vimos como uma infreastrutura pode ser
  compartilhada entre muitas conexões e fluxos
• Vimos também quais são as implicações sobre o
  esquema de compartilhamento (circuit or packet
  switching) atuante sobre o tráfego

164

• Exemplo de tecnologias WAN
• ISDN Integrated Service Digital Network
• Basic rate 192 Kbps Primary rate 1.544Mbps
• T-Carriers ? basicamente linhas digitais (US)
• T1 1.544Mbps T3 28?T1
• Frame relay
• Cada link oferece 1.544Mbps ou mais
• ATM Asynchronous Transfer Mode
• Suporta B-ISDN 155Mbps ou 622Mbps or higher
• SONET Synchronous Optical Network
• Basic rate OC1 51.84Mbps
• Suporta OC12 até OC192 (9953.28Mbps) ou mais, no
  futuro

165

• Exemplos de Broadband Cable Network

• Cable TV serviços que foram largamente
  disponibilizados nas principais cidades, levando
  as
• Companhias de TV a cabo a fazer uso da malha de
  cabos coaxiais instalados para disponibilizar
  dados em banda larga, além de telefonia e sinais
  de TV.
• Adota-se com bastante popularidade a tecnologia
  hybrid fiber-coax (HFC) ? i.e., uso do cabo de
  fibra ótica para conectar os edifícios e em
  seguida o cabo coaxial existente para conectar
  cada unidade.

166
Conexão compartilhada pelos assinantes, podendo
criar problemas de performance e segurança.
PC
TV
Fiber-optic cable
Cable Drop
Cable company
Coaxial Cable
167
Tecnologias já Comuns, mas em constante evolução

• A tecnologia de cabo é assimétrica. Ex
• Downstream max 36 Mbps, ou mais dependendo da
  tecnologia.
• Upstream max 10 Mbps
• Requer um cable modem
• Evoluindo constantemente gt FTTX
• Fibra já chega diretamente, já disponível 100Mbps
  (dependendo da oferta, região, etc)

Ethernet link - PC
Cable Modem
Coaxial link from cable TV socket
168
Visão mais de perto da estrutura de rede

• borda da rede aplicações e hospedeiros

• redes de acesso, meios físicos enlaces de
  comunicação com e sem fio

• núcleo da rede
• roteadores interconectados
• rede de redes

169
A borda da rede

• sistemas finais (hospedeiros)
• executar programas de aplicação
• p. e. Web, e-mail
• na borda da rede

• modelo cliente/servidor
• hospedeiro cliente solicita, recebe serviço de
  servidor sempre ativo
• p. e. navegador/servidor Web cliente/servidor de
  e-mail

• modelo peer-peer
• uso mínimo (ou nenhum) de servidores dedicados
• p. e. Skype, BitTorrent

170
Redes de acesso e meiosfísicos

• P Como conectar sistemas finais ao roteador da
  borda?
• redes de acesso residencial
• redes de acesso institucional (escola, empresa)
• redes de acesso móvel
• Lembre-se
• largura de banda (bits por segundo) da rede de
  acesso?
• compartilhado ou dedicado?

171
Modem discado

• usa infraestrutura de telefonia existente
• casa conectada ao escritório central
• até 56 kbps de acesso direto ao roteador
  (geralmente menos)
• não pode navegar e telefonar ao mesmo temponão
  está sempre ligado

172
Digital Subscriber Line(DSL)

• também usa infraestrutura de telefone existente
• até 1 Mbps upstream (hoje, normalmente lt 256
  kbps)
• até 8 Mbps downstream (hoje, normalmente lt 1
  Mbps)
• linha física dedicada à central telefônica

173
Acesso residencial modems a cabo

• não usa infraestrutura de telefone
• usa infraestrutura de TV a cabo
• HFC Hybrid Fiber Coax
• assimétrico até 30 Mbps downstream, 2 Mbps
  upstream
• rede de cabo e fibra conecta casas ao roteador
  ISP
• casas compartilham acesso ao roteador
• diferente de DSL, que tem acesso dedicado

174
Arquitetura de rede a cabo visão geral
geralmente, 500 a 5.000 casas
Terminal de distribuição
casa
rede de distribuiçãode cabo (simplificada)
175
Acesso à Internet por Ethernet

• normalmente usado em empresas, universidade etc.
• Ethernet a 10 Mbs, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps
• hoje, os sistemas finais normalmente se conectam
  ao comutador Ethernet

176
Elementos de um Protocolo

• Sintaxe
• Estrutura ou format dos dados
• Indica como ler os bits delineação de campos
• Semântica
• Interpreta o significado dos bits
• Reconhece quais campos definem qual ação
• Timing
• Define quando o dado será envaiado e qual
• Velocidade com que os ados devem ser enviados e a
  velocidade com que são recebidos

177
Data Link Layer Protocolos WAN
178
HDLC

• High-level Data Link Control
• Usualmente empregado quando se conecta um
  roteador diretamente a outro (point-to-point)
• Também é capaz de suportar conexões multiponto
  (múltiplos point-to-point)
• Requer linhas digitais privadas
• Implementações HDLC são proprietárias
• Interfaces seriais da Cisco por default são HDLC

179
PPP

• Point-to-Point Protocol
• Usado em conexões ponto-a-ponto dedicadas
• Usado por
• Routeadores sobre linhas digitais dedicadas
• Usuários de POTS(?) sobre linha discada (circuit
  switched) (Windows Mac dial-up networking)
• Descendente do SLIP
• Padrão aberto (RFC 1661)
• Permite autenticação (PAP, CHAP)
• permite múltiplos protocolos Layer 3

180
Frame Relay

• Frame Relay
• Comutação de Pacotes
• Linhas privadas digitais dedicadas não são
  requeridas
• Um link físico pode acomodar múltiplos links
  lógicos - (multiaccess)
• Descende do X.25
• Frame simplificado (sem erro de correção)
• Paga-se pelo uso

181
ISDN

• Integrated Services Digital Network
• Comutação de circuitos - (sobre linha de digital
  de voz/dados)
• Desenvolvida para transmitir voz, dados e video
  sobre linha