Redes de

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Redes de Computadores I
Prof. Mateus Raeder
Universidade do Vale do Rio dos Sinos- São
Leopoldo -
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Sumário

• Aula passada
• Camadas de protocolos
• Modelo de referência OSI
• Atrasos
• Exercícios

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Protocolos

• Conjunto de regras que determinam como deve
  ocorrer a comunicação entre duas estações em uma
  rede
• Mensagens específicas são enviadas
• Ações específicas são tomadas

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Protocolos

• Em redes de computadores

Pedido de conexão
Resposta positiva
Protocolos definem formato, ordem de mensagens
enviadas e recebidas entre entidades de rede e
ações tomadas ao enviar ou receber uma mensagem.
GET http//www.inf.unisinos.br
ltarquivogt
tempo
5
Protocolos Hierárquicos

• Redes de computadores modernas
• organizadas de uma forma estruturada
• componentes hierarquizados em camadas
• Por quê?
• isolar as camadas superiores dos detalhes de
  implementação dos níveis inferiores
• possibilitar a substituição da implementação de
  uma camada por outra

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Camadas de Protocolos

• Redes são complexas!
• Muitos componentes
• Hosts
• Roteadores
• Enlaces
• Aplicações
• Protocolos
• Hardware, Software

Pergunta Como organizar melhor a estrutura da
rede?
Divisão em camadas
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Modelo de Camadas

• Por que usar camadas?
• Ao lidar com sistemas complexos
• Estrutura explícita permite identificação de
  relações entre componentes do sistema complexo.
• Modelo de referência para discussão.
• Modularização facilita implementação, atualização
  do sistema
• Mudanças de implementação do serviço da camada é
  transparente ao resto do sistema
• Exemplo mudança no procedimento do portão não
  afeta o resto do sistema

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Modelo de Camadas

• Modelo de Referência OSI
• Conjunto de diretrizes para permitir interconexão
  de redes heterogêneas
• Define sete camadas cada um com um conjunto de
  funções específicas

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Modelo de Referência OSI
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Modelo de referência OSI

• Nível Físico
• transmissão de bits através do canal de
  comunicação
• manipulação das características mecânicas,
  elétricas, funcionais e procedurais para acessar
  o meio físico
• Taxas de transferência
• Controle de acesso ao meio
• Move os bits através do meio de transmissão

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Modelo de referência OSI

• Nível de Enlace
• Transmite/recebe conjuntos de bits chamados
  quadros (frames)
• Detecta/corrige erros do meio de transmissão
• Implementado parte em software, parte em firmware
  (programação permanente da placa de rede)

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Modelo de referência OSI

• Nível de Rede
• Permite que os dados sejam enviados em pacotes a
  máquinas em outras redes que não a local
• Roteamento
• Localização dos computadores na Internet
• Rota do pacote

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Modelo de referência OSI

• Nível de Transporte
• provê comunicação transparente e confiável entre
  pontos finais
• Provê ordenação

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Modelo de referência OSI

• Nível de Sessão
• Noção de período de utilização
• Tempo durante o qual um usuário interage com o
  sistema
• Ex. Autenticação no site do banco é válida por
  alguns minutos

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Modelo de referência OSI

• Nível de Apresentação
• provê independência para as aplicações em relação
  às diferentes formas de representação dos dados
• Converte dados para um formato conhecido pelo
  protocolo
• Compressão de dados e criptografia
• Nível de Aplicação
• transferência de arquivos, e-mail
• terminal virtual
• serviço de diretórios

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Modelo de referência OSI

• Modelo de Referência OSI
• Não obteve êxito comercial
• Modelo Internet cresceu mais rapidamente
• Modelo OSI muito complexo
• Primeiras versões demoraram a ser lançadas e não
  tinham bom desempenho
• Modelo Internet mais simples e eficiente

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Modelo de referência OSI

• Nem sempre precisamos usar todas as camadas
• O software de rede não deve exigir isso!
• Ex. FTP não usa criptografia, Email não usa a
  noção de sessão
• É possível, portanto, fazer um programa que usa
  diretamente a camada de rede, por exemplo

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Modelo de Camadas

• Pilha de Protocolos da Internet
• Aplicação suporta aplicações de rede
• FTP, SMTP, HTTP
• Transporte transferência de dados entre sistemas
  terminais
• TCP, UDP
• Rede roteamento de datagramas da origem ao
  destino
• IP
• Enlace transferência de dados entre elementos de
  rede vizinhos
• PPP, ethernet
• Física bits nos fios

Aplicação Transporte Rede Enlace Física
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Modelo de Camadas

• Comunicação vertical
• Cada nível comunica-se apenas com camadas
  adjacentes
• Dentro do mesmo dispositivo
• Comunicação horizontal
• Camadas adicionam informações de controle no
  cabeçalho da mensagem (overhead)
• No destino, cada camada processa o cabeçalho
  referente a sua camada no host de origem

Aplicação Transporte Rede Enlace Física
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Camadas comunicação lógica

• Cada camada
• Distribuída
• Entidades implementam funções da camada em cada
  nó
• Entidades realizam ações, trocas de mensagens com
  pares

Aplicação Transporte Rede Enlace Física
Rede Enlace Física
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
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Camadas comunicação lógica

• Ex. transporte
• Obtém dado da aplicação
• Inclui informação para confiabilidade
• Envia datagrama ao par
• Espera receber ack (confirmação) do par

dados
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
Rede Enlace Física
dados
ack
dados
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
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Camadas comunicação física
dados
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
Rede Enlace Física
dados
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
Aplicação Transporte Rede Enlace Física
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Camadas e protocolos de dados

• Cada camada recebe dados da camada superior
• Acrescenta um cabeçalho com informação para criar
  nova unidade de dados
• Passa nova unidade de dados para camada inferior

Origem
Destino
Mensagem
Segmento
Datagrama
Quadro
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• Atrasos

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Visão geral de uma rede
Transmissor ou origem
Canal de comunicação
interface
interface
Receptor ou destino
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Atrasos

• Enquanto um pacote viaja de um nó (seja um host
  ou roteador) até o nó subseqüente, o pacote sofre
  diversos tipos diferentes de retardo (ou atraso)
  em cada nó ao longo do trajeto
• Os mais importantes são
• Atraso de processamento nodal -gt Dpro
• Atraso de enfileiramento -gt Dqueue
• Atraso de transmissão -gt Dtrans
• Atraso de propagação -gt Dprop
• Atraso nodal total -gt Dnodal

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Atraso de Processamento

• (Dproc) Atraso de processamento o tempo
  necessário para examinar o cabeçalho do pacote e
  determinar onde enviar o pacote é parte do atraso
  de processamento
• O atraso de processamento pode também incluir
  outros fatores, tais como o tempo necessário para
  verificar se há erros eventualmente ocorridos ao
  transmitir os bits do pacote do host ao roteador
  A
• Os atrasos de processamento em roteadores de alta
  velocidade estão tipicamente na ordem de
  microssegundos ou menores. Após este
  processamento nodal, o roteador envia o pacote à
  fila que precede a ligação até o roteador B

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Atraso de enfileiramento (ou fila)

• Uma vez na fila o pacote experimenta um atraso de
  enfileiramento Dqueue enquanto espera para ser
  transmitido na ligação.
• O atraso de enfileiramento de um pacote
  específico dependerá da quantidade de outros
  pacotes que chegaram anteriormente, que são
  enfileirados e estão aguardando a transmissão
  através do enlace.
• Se a fila estiver vazia e nenhum outro pacote
  estiver sendo transmitido no momento, então o
  atraso de enfileiramento do pacote é zero.
• Já se o tráfego for pesado e muitos outros
  pacotes também estiverem esperando para ser
  transmitidos, o atraso de enfileiramento será
  longo.

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Atraso de Transmissão

• O pacote só pode ser transmitido se todos os
  pacotes que chegaram antes já tiverem sido
  transmitidos.
• Tendo o comprimento do pacote representado por L
  bits e considere a taxa de transmissão do enlace
  roteador A ao roteador B de R bits/sec
• A taxa R é determinada pela taxa de transmissão
  do enlace ao roteador B
• Ethernet-10Mbps, a taxa é R10 Mbps
• Ethernet-100Mbps, a taxa é R100 Mbps
• O atraso de transmissão é L/R. Esta é a
  quantidade de tempo necessário para transmitir
  todos os bits do pacote para o enlace. Na
  prática, os atrasos de transmissão estão
  tipicamente na ordem dos microsegundos ou menos.

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Atraso de Transmissão

• R banda do enlace (bps)
• L tamanho do pacote (bits)
• Tempo para transmitir pacote no enlace L/R

Cuidado para não confundir com atraso de
propagação
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Atraso de Propagação

• (Dprop) PROPAGAÇÃO
• Uma vez que um bit seja empurrado no link, ele
  necessita propagar para o roteador seguinte (B).
  O tempo gasto para propagar do começo do link até
  o router B é o atraso de propagação. Bit propaga
  na velocidade da propagação do link
• A velocidade de propagação depende do meio físico
  do link (i.e., fibra, fio de cobre....)
• O atraso da propagação é a distância entre os
  dois roteadores dividida pela velocidade da
  propagação no link. Isto é, o atraso da
  propagação é D/S, onde D está a uma distância
  entre os roteadores A e B, e S é a velocidade de
  propagação no link.
• Em redes WAN, os atrasos de propagação estão na
  ordem de milisegundos.

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Atraso de Propagação

• D distância do enlace físico
• S velocidade de propagação média (2x108 m/seg
  ? velocidade da luz)
• Atraso de propagação D/S

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Atraso de Transmissão x Atraso de Propagação

• Importante entender a diferença entre atraso de
  propagação e atraso de transmissão. A diferença é
  sútil, mas importante.
• Atraso de transmissão quantidade de tempo
  exigida para o roteador empurrar o pacote. É
  uma função do comprimento do pacote e da taxa de
  transmissão do link, mas não tem relação com a
  distância entre dois roteadores.
• Atraso de propagação tempo que um bit leva para
  propagar de um roteador ao seguinte. É uma função
  da distância entre os dois roteadores, mas não
  tem relação com o comprimento do pacote, nem com
  a taxa de transmissão da ligação.

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Analogia da rodovia

• Uma analogia pode esclarecer as noções do atraso
  da transmissão e da propagação
• Considere uma estrada que tenha uma cabine de
  pedágio a cada 100 quilômetros.
• Pensar nos segmentos da estrada entre cabines do
  pedágio como links, e as cabines do pedágio como
  routers.

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Analogia da rodovia

• Suponha que os carros viajam na estrada a uma
  taxa (instantânea) de 100Km/h (isto é,
  propagação).
• Há uma caravana de 10 carros que estão viajando
  juntos.
• Pensar em cada carro como um bit e o comboio como
  um pacote.
• Cada cabine de pedágio presta serviços para cada
  carro em um tempo de 12 segundos (isto é,
  transmite 5 carros/minuto)

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Analogia da rodovia

• A caravana, são os únicos carros na estrada
• Sempre que o primeiro carro da caravana chega em
  uma cabine de pedágio, espera até os nove outros
  carros chegarem e se alinharem atrás dele
  (caravana inteira é armazenada na cabine do
  pedágio antes de começar a ser enviada)

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Analogia da rodovia

• O tempo necessário para a cabine do pedágio
  empurrar (servir) a caravana inteira na estrada
  é
• 10 carros / (5 carros/minuto) 2 minutos.
• R banda do enlace (bps)
• L tamanho do pacote (bits)
• Este tempo é análogo ao atraso de transmissão em
  um roteador

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Analogia da rodovia

• O tempo para um carro viajar desde a saída de uma
  cabine até a próxima é
• 100Km / (100Km/h) 1hora
• Este tempo é análogo ao atraso da propagação.

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Atraso Nodal Total

• Considerando Dproc, Dqueue, Dtrans, e Dprop
  denotando respectivamente o atraso de
  processamento, atraso de fila, atraso de
  transmissão e atraso de propagação, o atraso
  total é dado por
• A contribuição destes componentes do atraso pode
  variar significativamente

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Descarte de pacote

• A capacidade da fila não é infinita, os pacotes
  se perdem
• Um pacote pode chegar e encontrar uma fila cheia.
  Sem lugar para armazenar tal pacote, o roteador
  descartará esse pacote, isto é, o pacote será
  perdido
• De um ponto de vista da extremidade do sistema,
  isto parece com um pacote que está sendo
  transmitido para o núcleo da rede, mas nunca
  emergindo da rede no destino
• A fração de pacotes perdidos aumenta enquanto a
  intensidade de tráfego aumenta. Consequentemente,
  o desempenho em um nó é medido não somente nos
  termos do atraso, mas também nos termos da
  probabilidade de perda do pacote

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Atraso fim a fim

• Até agora foi visto apenas o atraso nodal, istó
  é, o atraso em um único roteador.
• Deve-se tratar do atraso TOTAL da origem ao
  destino. Suponha que há outros (Q-1) routers
  entre o host origem e o host destino. Suponha
  que
• A rede não é congestionada, os atrasos de fila
  são insignificantes
• O atraso de processamento em cada roteador e
  também na origem é Dproc
• A taxa de transmissão de cada roteador e da
  origem é R bits/seg
• O atraso de propagação entre cada nó ou
  roteadores, e entre o host origem e o primeiro
  roteador é Dprop.
• Os atrasos nodais se acumulam, resultando em um
  atraso fim-a-fim
• Dend-end Q (Dproc Dtrans Dprop)

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Exercícios

• 1.) Considere dois hosts A e B, conectados por um
  único enlace com taxa de R bits por segundo
  (b/s). Suponha que estes dois hosts estejam
  separados por d metros, e que a velocidade de
  propagação neste enlace seja de s metros por
  segundo. O host A tem que enviar um pacote de L
  bits ao host B. Pede-se
• a.) Escreva o atraso de propagação dprop em
  termos de d e s.
• b.) Determine o tempo de transmissão dtrans, em
  termos de L e R.
• c.) Ignorando os atrasos de processamento e de
  fila, obtenha uma expressão para o atraso
  fim-a-fim, justificando-a.
• d.) Suponha que o host A comece a transmitir o
  pacote no instante t 0. Neste caso, no instante
  t dtrans onde estará o último bit do pacote?
  Justifique.
• e.) Suponha que dprop é MAIOR que dtrans. Onde
  estará o primeiro bit do pacote no instante t
  dtrans ?
• f.) Suponha dprop seja MENOR do que dtrans. Onde
  estará o primeiro bit do pacote no instante t
  dtrans ?
• g.) Suponha que s 2,5 x 108 m/s, L 100 bits e
  R 28 Kbps. Para qual distância d temos dprop
  igual a dtrans?

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Respostas

• dprop (d / s ) SEGUNDOS
• b) dtrans (L / R ) SEGUNDOS
• c) Uma vez que o atraso de fila e o atraso de
  processamento são nulos, e os hosts estão
  conectados por um único enlace, o atraso nodal
  total fim a fim será apenas a soma do atraso de
  propagação com o atraso de transmissão, portanto
  temos que Dend-end (L/R) (d/s) SEGUNDOS
• d) O último bit já está no enlace, partindo do
  host A.
• e) O primeiro bit está no enlace, no caminho
  entre os hosts A e B, mas ainda Não chegou em B.
• f) O
  primeiro bit já chegou no host B.

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Respostas

• g) d/s (L/R)
• d/2,5x108m/s (100b/28000b/s)
• d 2,5x108m/s / 280s
• d 250000000m / 280
• d 892857,1429m (aproxim. 893 Km)

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Exercícios

• 1.) Considere dois hosts X e Y, conectados por um
  único enlace com taxa de 50 Mbps. Estes dois
  hosts estão separados por 300 kilômetros, e a
  velocidade de propagação neste enlace é de 2,5 x
  108 metros por segundo. O host X tem que enviar
  um pacote de 3 Mbits ao host B. Pede-se
• a) Qual o atraso de propagação?
• b) Qual o atraso de transmissão?
• c) Ignorando os atrasos de processamento e de
  fila, qual é o atraso fim-a-fim neste caso?
• d) Que tamanho de pacote seria necessário para
  que o atraso de transmissão fosse igual ao atraso
  de propagação?
• f ) Para qual distância d temos dprop igual a
  dtrans?
• e) Se o enlace fosse substituído por um enlace de
  1Gbps, qual seria o atraso total (desconsiderando
  fila e processamento)?

46
Respostas