Redes industriais - Internet

1. Redes industriais - Internet Carlos Roberto da Silva Filho, M. Eng.

2. Internet – Componentes • Milhões de dispositivos conectados: hosts = sistemas finais, rodando aplicações de rede; • enlaces (canais) de comunicação – meios físicos: fibra ótica, fio de cobre, cabo coaxial, ondas de rádio e satélite; • Taxa de transmissão (Mbps) = largura de banda (bandwidth); • roteadores: encaminham pacotes (pedaços) de dados através da rede;

3. Internet ISP local ISP regional Rede da empresa

4. Internet – Protocolos • Protocolos: controla o envio e recepção de mensagens - ex., TCP, IP, HTTP, FTP, PPP; • Internet: “rede de redes” • Internet pública x intranet privada (redes corporativas, governamentais) • Padrões da Internet - desenvolvidos pela IETF: Internet Engineering Task Force; • Documentos são denominados RFC: Request for comments;

5. Internet – Serviços • Infra-estrutura de comunicação que permite o uso de aplicações distribuídas: • WWW, email, jogos, comércio eletrônico, compartilhamento de arquivos, etc.; • Serviços de comunicação disponibilizados: • Não confiável sem conexões (nenhuma garantia quanto à entrega final dos dados); • Confiável orientado à conexões;

6. Internet – Periferia e Núcleo • Periferia da rede: aplicações e sistemas finais ou hospedeiros (hosts) – PCs, servidores, celulares, Smartphone, PDAs - Personal Digital Assistant (agenda digital); • Núcleo da rede: • Malha de roteadores; • rede de redes, redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação;

7. Internet – Periferia e Núcleo Periferia da rede Núcleo da rede Rede de acesso

8. Internet – Periferia • Sistemas finais (hosts): rodam programas de aplicação: www, email - na “borda da rede”; • Modelo cliente/servidor: o host cliente faz os pedidos, são atendidos pelos servidores; • Ex.: cliente www (browser) / servidor Web; cliente/servidor de email; • Modelo entre pares - peer to peer (P2P): uso mínimo ou nenhum de servidores dedicados. O usuário é cliente e servidor - ex.: Skype, BitTorrent, KaZaA, eMule;

9. Internet – Periferia e Núcleo

10. Internet – Serviços Orientados • Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais. • handshaking: inicialização prepara para a transferência de dados; • Inicializa o “estado” em 2 hosts que desejam se comunicar; • TCP - Transmission Control Protocol: serviço orientado à conexão da Internet;

11. Internet – Serviços Orientados • Serviço TCP [RFC 793]: transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável; • Perda: reconhecimentos e retransmissões; • Controle de fluxo: transmissor não inundará o receptor; • Controle de congestionamento: transmissor “diminui a taxa de transmissão” quando a rede está congestionada;

12. Internet – Serviços não Orientados • Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais; • UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]: • serviço sem conexão; • transferência de dados não confiável; • não controla o fluxo; • nem congestionamento;

13. Internet – Serviços • Aplicações que usam TCP: • HTTP (WWW), FTP (transferência de arquivo), Telnet (login remoto), SMTP (email) • Aplicações que usam UDP: • streaming media (transmissão de áudio e vídeo na Internet), teleconferência, telefonia via Internet (VoIP, Skype);

14. Internet – Núcleo da Rede • Malha de roteadores interconectados; • Questão fundamental: como os dados são transferidos através da rede? • Comutação de circuitos: circuito dedicados em cada chamada: rede telefônica • Comutação de pacotes: os dados são enviados através da rede em pedaços discretos.

15. Internet – Núcleo da Rede

16. Comutação de Circuitos • Recursos da rede (banda) são divididos em “pedaços” - Pedaços alocados às chamadas; • O pedaço do recurso fica ocioso se não for usado pelo seu dono - (não compartilha); • A divisão da banda de um canal é feita em “pedaços” (multiplexação): • FDM – Frequency Division Multiplexing -divisão de freqüência • TDM – Time Division Multiplexing - divisão de tempo

17. Comutação de Circuitos – FDM e TDM FDM freqüência tempo TDM freqüência tempo Exemplo: 4 usuários quadro compartimento Para TDM, para cada circuito é designado o mesmo compartimento

18. Comutação de Pacotes • Cada fluxo de dados fim a fim é dividido em pacotes; • Pacotes dos usuários A, B, C, compartilham os recursos da rede; • Cada pacote usa toda a banda do canal (taxa de transmissão total do link); • Recursos são usados quando necessário,

19. Comutação de Pacotes • Disputa por recursos: • A demanda total pelos recursos pode superar a quantidade disponível; • Congestionamento: pacotes são enfileirados, esperam para usar o enlace; • Armazena e retransmite: pacotes se deslocam uma etapa por vez; • Transmite num enlace; • Espera a vez no próximo;

20. Comutação de Pacotes D E Ethernet 100 Mbps C A multiplexação estatística 1,5 Mbps B fila de pacotes esperando pelo enlace de saída 34 Mbps

21. Circuitos x Pacotes • Comutação de Pacotes: • Ótima para dados em surtos, compartilhar recursos e não precisa estabelecer conexão; • Congestionamento excessivo com atraso e perda de pacotes; • Precisa de protocolos para transferência confiável de dados, bem como controle de congestionamento;

22. Circuitos x Pacotes • Como fornecer um comportamento do tipo circuito? • São necessárias garantias de banda para aplicações de áudio e vídeo; • Ainda é um problema não resolvido;

23. Acesso Residencial • Discado (Dialup) via modem: acesso direto ao roteador de até 56Kbps, sendo que não dá para navegar e telefonar ao mesmo tempo. • RDSI/ISDN: rede digital de serviços integrados - conexão digital de 128Kbps ao roteador. • 2 linhas de 64Kbps (Internet e/ou telefone) • Serviço Multilink da Telefônica em SP;

24. Acesso Residencial • ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line – linha digital assimétrica de assinante • até 1 Mbps casa-ao-roteador (upload) • até 10 Mbps roteador-para-casa (download) • FDM: • 50 kHz-1 MHz download; • 4 kHz - 50 kHz upload; • 0 kHz - 4 kHz telefonia;

25. Acesso Residencial cable modem Laptops wireless de/para Terminal da operadora (Cable Headend) roteador/ firewall Ponto de acesso wireless Ethernet (pacotes comutados)

26. Acesso Residencial – Cable Modem • HFC: hybrid fiber coax (rede híbrida - fibra óptica e cabo coaxial); • Assimétrico: até 30Mbps (downstream), 2 Mbps (upstream); • Rede de cabos e fibra conectam as residências ao roteador do provedor de acesso (ISP); • Acesso compartilhado ao roteador pelas residências - implantação através de empresas de TV a cabo como a VIRTUA (Net).

27. Acesso Residencial servidores Terminal da operadora cable headend Rede de distribuição (simplificada) casa Tipicamente entre 500 a 5.000 casas

28. Acesso Residencial C O N T R O L D A T A D A T A V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O V I D E O 5 6 7 8 9 1 2 3 4 Canais FDM: cable headend casa Rede de distribuição (simplificada)

29. Acesso Institucional • Rede local - LAN (Local Area Network) da empresa/universidade conecta sistemas finais ao roteador de periferia; • Ethernet: cabos compartilhados ou dedicados conectam o sistema final ao roteador de periferia (pacotes com destino externos à LAN); • Taxas de Transmissão: 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet, Terabit Ethernet;

30. Acesso Sem Fio • Rede de acesso compartilhado sem fio conecta o sistema final ao roteador via estação base = “ponto de acesso”; • LANs sem fio: dezenas de metros; • ondas de rádio substituem os fios; • 802.11b/g (WiFi - Wireless Fidelity): 11 Mbps ou 54 Mbps

31. Acesso Sem Fio roteador estação base hosts móveis

32. Meio Físicos • Na rede Ethernet, os meios físicos do IEEE 802.3 são codificadas como: • <velocidade> <classe do meio> <distância> <Mbps> <baseband ou broadband> <x 100 m>

33. Meio Físicos - Cabos

34. Meio Físicos • Cabo coaxial: fio transporta o sinal dentro de outro fio (blindagem); • Banda básica (baseband): canal único no cabo – sem Modulação – LAN – sinal digital; • Banda larga (broadband): múltiplos canais num cabo com modulação – LAN e TV – sinal analógico; • Cabo de fibra óptica: fibra de vidro transporta pulsos de luz e opera em alta velocidade ex.: 10 à 100 Gbps com baixa taxa de erros: repetidores mais afastados; imune a ruído eletromagnético;

35. Meio Físicos - Cabos

36. Meio Físicos - Conectores

37. Meio Físicos - Cabos

38. Meio Físicos - Cabos

39. Provedores de Acesso - ISP • No centro: ISPs “tier-1” - cobertura nacional e/ou internacional • Redes comerciais (ex. Embratel, Oi, Intelig, MCI, UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T) • Redes voltadas para Educação e Pesquisa (consórcio): RNP (Rede Nacional de Pesquisa), CLARA (Cooperação Latino-Americana de Redes Avançadas), Internet2 (EUA), Géant (Europa);

40. Provedores de Acesso - ISP Provedores Tier-1 se interligam (peer) de forma privada Tier 1 ISP Tier 1 ISP Tier 1 ISP

41. Provedores de Acesso - ISP ex. Embratel – banda nacional de 37Gbps Roteadores Giga http://www.embratel.net.br PoP –pontos em que o ISP se conecta a outros

42. Conexões - Embratel Estados Unidos: Verizon, Sprint, NTT e Global Crossing Argentina: Verizon e Telmex; Portugal: Portugal Telecom

43. Conexões - Oi

44. Conexões - RNP

45. Provedores de Acesso - ISP • “Tier-2” ISPs: ISPs menores (em geral regionais) • Conexão a um ou mais ISPs tier-1, possivelmente a outros ISPs tier-2

46. Provedores de Acesso - ISP • “Tier-3” ISPs e ISPs locais • rede de última milha (“acesso”) - próximo aos sistemas finais;

47. Provedores de Acesso - ISP Um pacote passa através de diversas redes!

48. Modelo OSI

49. Pilha de Protocolos Internet • Aplicação: dá suporte a aplicações de rede - FTP, SMTP, HTTP; • Transporte: transferência de dados host-a-host - TCP, UDP; • Rede: roteamento de datagramas da origem até o destino - IP, protocolos de roteamento; • Enlace: transferência de dados entre elementos de rede vizinhos - PPP, Ethernet - Placa de interface de rede; • Física: bits “no fio”

50. Comunicação nas Camadas rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física dados dados