Kurose-Ch01-computer_networking_a_top_down_approach_8nbsped.pdf

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slide 1
Capítulo 1
Introdução
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slides (incluindo este) e o conteúdo do slide, de acordo com
suas necessidades. Eles obviamente representam muito
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 Se você usar estes slides (por exemplo, em sala de aula)
sem muita alteração, que mencione sua fonte (afinal,
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talvez idênticos aos) nossos slides e inclua nossa nota de
direito autoral desse material.
Obrigado e divirta-se! JFK/KWR
Todo o material copyright 1996-2009
J.F Kurose e K.W. Ross, Todos os direitos reservados.

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Capítulo 1: Introdução
Objetivos do
capítulo:
• mostrar a
“atmosfera” e a
terminologia
• mais detalhes mais
adiante no curso
• método:
– usar Internet
como exemplo
Visão geral:
• o que é a Internet?
• o que é um protocolo?
• borda da rede; hospedeiros, rede
de acesso, meio físico
• núcleo da rede: pacote/comutação
de circuitos, estrutura da Internet
• desempenho: perda, atraso, vazão
• segurança
• camadas de protocolo, modelos de
serviço
• história

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Capítulo 1: Roteiro
1.1 O que é a Internet?
1.2 Borda da rede
 sistemas finais, redes de acesso, enlaces
1.3 Núcleo da rede
 comutação de circuitos, comutação de pacotes,
estrutura da rede
1.4 Atraso, perda e vazão nas redes
comutadas por pacotes
1.5 Camadas de protocolo, modelos de
serviço
1.6 Redes sob ataque: segurança
1.7 História

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O que é a Internet:
visão básica
• milhões de dispositivos
de computação
conectados: hospedeiros
= sistemas finais
– rodando aplicações
de rede Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional
roteador
PC
servidor
laptop
sem fio
celular
portátil
enlaces
com fio
pontos de
acesso
 enlaces de comunicação
 fibra, cobre, rádio,
satélite
 taxa de transmissão =
largura de banda
 roteadores:
encaminham pacotes
(pedaços de dados)

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Utensílios “legais” da Internet
Menor servidor Web do mundo
http://www-ccs.cs.umass.edu/~shri/iPic.html
Quadro de imagens IP
http://www.ceiva.com/
Tostadora preparada para
Internet + previsor de tempo
Telefones de Internet

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O que é a Internet: visão
dos 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
Rede doméstica
Rede institucional
Rede móvel
ISP global
ISP regional

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O que é a Internet:
uma 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)

slide 8
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

slide 9
um protocolo humano e um protocolo de rede de
computadores:
P: Outros protocolos humanos?
Oi
Oi
Que horas
são?
2h00
Resposta de
conexão TCP
GET http://www.awl.com/kurose-ross
<arquivo>
Tempo
Solicitação de
conexãoTCP

slide 10
1.2 Borda da rede
1.3 Núcleo da rede
 comutação de circuitos, comutação de
pacotes, estrutura da rede
serviço

slide 11
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

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A borda da rede:
• sistemas finais
(hospedeiros):
– executar programas de
aplicação
– p. e. Web, e-mail
– na “borda da rede”
cliente/servidor
peer-peer
 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

slide 13
Redes de acesso e meios
físicos
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?

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rede de
telefone Internet
modem
discado
doméstico
modem
do ISP
(p. e., AOL)
PC
doméstico
escritório
central
 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 tempo:
não está “sempre ligado”
Modem discado

slide 15
rede
telefônica
modem
DSL
PC
residencial
telefone
residencial
Internet
DSLAM
Linha telefônica existente:
Telefone 0-4 KHz; dados
upstream 4-50 KHz; dados
downstream 50 KHz-1 MHz
distribuidor
central
telefônica
Digital Subscriber Line
(DSL)
 também usa infraestrutura de telefone existente
 até 1 Mbps upstream (hoje, normalmente < 256 kbps)
 até 8 Mbps downstream (hoje, normalmente < 1 Mbps)
 linha física dedicada à central telefônica

slide 16
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

slide 17
Arquitetura de rede a
cabo: visão geral
casa
rede de distribuição
de cabo (simplificada)
geralmente, 500 a 5.000 casas
Terminal de distribuição

slide 18
casa
de cabo
Servidor(es)

slide 19
casa
de cabo
Canais
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
D
A
D
O
S
D
A
D
O
S
C
O
N
T
R
O
L
E
1 2 3 4 5 6 7 8 9
FDM (mais adiante):

slide 20
ONT
OLT
Central
distribuidor
ótico
ONT
ONT
fibra
ótica
fibras
óticas
Internet
Fibra nas residências
• enlaces óticos da central à residência
• duas tecnologias óticas concorrentes:
– Passive Optical Network (PON)
– Active Optical Network (PAN)
• velocidades de Internet muito mais altas; fibra
também transporta serviços de TV e telefone

slide 21
100 Mbps
100 Mbps
100 Mbps
1 Gbps
servidor
Switch
Ethernet
roteador
institucional
Ao ISP da
instituição
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

slide 22
Redes de acesso sem fio
• rede de acesso sem fio
compartilhado conecta
sistema final ao roteador
– via estação base, também
conhecida como “ponto de
acesso”
• LANs sem fio:
– 802.11b/g (WiFi): 11 ou 54
Mbps
• acesso sem fio de área mais
remota
– fornecido pelo operador de
telecomunicação
– ~1Mbps por sistema celular
(EVDO, HSDPA)
– próximo (?): WiMAX (10’s
Mbps) por área remota
estação
base
hosts
móveis
roteador

slide 23
Redes residenciais
componentes típicos da rede residencial:
• modem DSL ou a cabo
• roteador/firewall/nat
• Ethernet
• ponto de acesso sem fio
ponto de
acesso
sem fio
laptops
sem fio
roteador/
firewall
modem
a cabo
de/para
extremidade
a cabo
Ethernet

slide 24
Meios físicos
• bit: propaga entre pares
de transmissor/receptor
• enlace físico: o que fica
entre transmissor e
receptor
• meio guiado:
– sinais se propagam em
meio sólido: cobre, fibra,
coaxial
• meio não guiado:
– sinais se propagam
livremente, p. e., rádio
Par Trançado (TP)
• dois fios de cobre
isolados
– categoria 3: fios de
telefone tradicionais,
Ethernet a 10 Mbps
– categoria 5:
Ethernet a 100 Mbps

slide 25
Meio físico: cabo
coaxial, fibra
cabo coaxial:
• dois condutores de
cobre concêntricos
• bidirecional
• banda base:
– único canal no cabo
– Ethernet legado
• banda larga:
– múltiplos canais no
cabo
– HFC
cabo de fibra ótica:
 fibra de vidro conduzindo
pulsos de luz; cada pulso um bit
 operação em alta velocidade:
 transmissão em alta velocidade
ponto a ponto (p. e., 10-100
Gps)
 baixa taxa de erro:
repetidores bastante
espaçados; imune a ruído
eletromagnético

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Meio físico: rádio
• sinal transportado no
espectro
eletromagnético
• nenhum “fio” físico
• bidirecional
• efeitos no ambiente
de propagação:
– reflexão
– obstrução por objetos
– interferência
Radio link types:
 micro-ondas terrestre
 p. e. até canais de 45 Mbps
 LAN (p. e., Wifi)
 11 Mbps, 54 Mbps
 área ampla (p. e., celular)
 celular 3G: ~ 1 Mbps
 satélite
 canal de Kbps a 45Mbps (ou
múltiplos canais menores)
 atraso fim a fim de 270 msec
 geoestacionário versus baixa
altitude

slide 27
1.2 Borda da rede
1.3 Núcleo da rede
serviço

slide 28
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

slide 29
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

slide 30
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)
 dividindo largura de
banda do enlace em
“pedaços”
 divisão de frequência
 divisão de tempo

slide 31
Comutação de circuitos:
FDM e TDM
FDM
frequência
tempo
TDM
frequência
tempo
4 usuários
Exemplo:

slide 32
Exemplo numérico
• Quanto tempo leva para enviar um
arquivo de 640.000 bits do hospedeiro A
para o hospedeiro B em uma rede de
comutação de circuitos?
– todos os enlaces são de 1536 Mbps
– cada enlace usa TDM com 24 slots/seg
– 500 ms para estabelecer circuito fim a fim
Vamos resolver!

slide 33
Núcleo da rede: comutação
de 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

slide 34
Comutação de pacotes:
multiplexação estatística
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.
A
B
C
Ethernet
100 Mb/s
1,5 Mb/s
D E
multiplexação estatística
fila de pacotes
esperando pelo
enlace de saída

slide 35
Comutação de pacotes:
store-and-forward
• 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
R R R
L
mais sobre atraso adiante…

slide 36
Comutação de pacotes
versus comutação de circuitos
• 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 > 10
Comutação de pacotes permite que mais usuários usem a rede!
N usuários
enlace 1 Mbps
P: Como obtivemos o valor 0,0004?

slide 37
• 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 (Capítulo 7)
A comutação de pacotes é a “grande
vencedora”?
P: Analogias humanas de recursos reservados (comutação de
circuitos) versus alocação por demanda (comutação de pacotes)?

slide 38
Estrutura da Internet:
rede de redes
• aproximadamente hierárquica
• no centro: ISPs de “nível 1” (p. e., Verizon, Sprint,
AT&T, Cable and Wireless), cobertura
nacional/internacional
– tratam uns aos outros como iguais
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
interconexão de
provedores de
nível 1 (peer)
privadamente

slide 39
ISP nível 1: p. e., Sprint
…
de/para clientes
parceria
de/para backbone
…
.
…
…
…
POP: ponto de presença

slide 40
• 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 nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2
ISP nível 2
ISP nível 2 ISP nível 2
ISP 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
ISPs de nível 2
também olham
privadamente
uns para os
outros.

slide 41
• 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
ISP nível 2
ISP nível 2
ISP nível 2
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
local ISP
nível 3
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISPs locais e
de nível 3 são
clientes de
ISPs de
camada mais
alta
conectando-os
ao restante da
Internet

slide 42
• um pacote passa por muitas redes!
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 1
ISP nível 2
ISP nível 2
ISP nível 2
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
local
ISP
local ISP
nível 3
ISP
local
ISP
local
ISP
local

slide 43
1.2 Borda da rede
1.3 Núcleo da rede
serviço

slide 44
Como ocorrem a perda
e o atraso?
pacotes se enfileiram em buffers de
roteador
• taxa de chegada de pacotes ao enlace ultrapassa
capacidade de saída do enlace
• pacotes se enfileiram, esperam por sua vez
A
B
pacote sendo transmitido (atraso)
pacotes se enfileirando (atraso)
buffers livres (disponíveis) : pacotes chegando
descartados (perda) se não houver buffers livres

slide 45
Quatro fontes de atraso
de pacote
• 1. processamento nodal:
– verificar erros de bit
– determinar enlace de
saída
A
B
propagação
transmissão
processamento
nodal enfileiramento
2. enfileiramento
 tempo esperando por
transmissão no enlace
de saída
 depende do nível de
congestionamento do
roteador

slide 46
Atraso nas redes comutadas
por pacotes
3. atraso de transmissão:
• R = largura de banda do
enlace (bps)
• L = tamanho do pacote
(bits)
• tempo para enviar bits no
enlace = L/R
4. atraso de propagação:
• d = tamanho do enlace físico
• s = vel. de propagação no
meio (~2x108 m/s)
• atraso de propagação = d/s
A
B
propagação
transmissão
processamento
nodal enfileiramento
Nota: s e R são quantidades
muito diferentes!

slide 47
Analogia da caravana
• carros se “propagam” a
100 km/h
• cabines de pedágio
levam 12 s para
atender carro (tempo
de transmissão)
• carro~bit; caravana ~
pacote
• P: Quanto tempo para a
• tempo para “empurrar”
caravana inteira pela
cabine na estrada = 12
X 10 = 120 s
• tempo para último
carro se propagar da 1a
à 2a
cabine de pedágio:
100 km/(100 km/h) =
1 h
• Resposta: 62 minutos
cabine
cabine
caravana
de 10 carros
100 km 100 km

slide 48
• carros agora se
“propagam” a 1000
km/h
• cabine agora leva 1
min para atender um
carro
• P: Os carros chegarão
à 2a
cabine antes que
todos os carros sejam
atendidos na 1a
• Sim! Após 7 min, 1o
carro na 2a
cabine e 3
carros ainda na 1a
cabine.
• 1o
bit do pacote pode
chegar ao 2o
roteador
antes que o pacote seja
totalmente transmitido
no 1o
roteador!
– Ver applet Ethernet no site
da AWL
cabine
cabine
caravana
de 10 carros
100 km 100 km

slide 49
Atraso nodal
• dproc = atraso de processamento
– normalmente, poucos microssegundos ou menos
• dfila = atraso de enfileiramento
– depende do congestionamento
• dtrans = atraso de transmissão
– = L/R, significativo para enlaces de baixa
velocidade
• dprop = atraso de propagação
– alguns microssegundos a centenas de ms
prop
trans
fila
proc
nodal d
d
d
d
d +
+
+
=

slide 50
Atraso de enfileiramento
(revisado)
• R = largura de banda do
enlace (bps)
• L = tamanho do pacote
(bits)
• a = taxa média de
chegada de pacote
intensidade de tráfego =
La/R
 La/R ~ 0: pequeno atraso de enfileiramento médio
 La/R -> 1: atrasos tornam-se grandes
 La/R > 1: mais “trabalho” chegando do que pode ser
atendido, atraso médio infinito!

slide 51
Atrasos e rotas “reais”
da Internet
• Como são os atrasos e perdas “reais” da
Internet?
• Programa Traceroute: fornece medida do
atraso da origem ao roteador ao longo do
caminho de fim a fim da Internet para o
destino. Para todo i:
– envia três pacotes que alcançarão roteador i no
caminho para o destino
– roteador i retornará pacotes ao emissor
– emissor temporiza intervalo entre transmissão e
resposta.
3 sondas
3 sondas
3 sondas

slide 52
1 cs-gw (128.119.240.254) 1 ms 1 ms 2 ms
2 border1-rt-fa5-1-0.gw.umass.edu (128.119.3.145) 1 ms 1 ms 2 ms
3 cht-vbns.gw.umass.edu (128.119.3.130) 6 ms 5 ms 5 ms
4 jn1-at1-0-0-19.wor.vbns.net (204.147.132.129) 16 ms 11 ms 13 ms
5 jn1-so7-0-0-0.wae.vbns.net (204.147.136.136) 21 ms 18 ms 18 ms
6 abilene-vbns.abilene.ucaid.edu (198.32.11.9) 22 ms 18 ms 22 ms
7 nycm-wash.abilene.ucaid.edu (198.32.8.46) 22 ms 22 ms 22 ms
8 62.40.103.253 (62.40.103.253) 104 ms 109 ms 106 ms
9 de2-1.de1.de.geant.net (62.40.96.129) 109 ms 102 ms 104 ms
10 de.fr1.fr.geant.net (62.40.96.50) 113 ms 121 ms 114 ms
11 renater-gw.fr1.fr.geant.net (62.40.103.54) 112 ms 114 ms 112 ms
12 nio-n2.cssi.renater.fr (193.51.206.13) 111 ms 114 ms 116 ms
13 nice.cssi.renater.fr (195.220.98.102) 123 ms 125 ms 124 ms
14 r3t2-nice.cssi.renater.fr (195.220.98.110) 126 ms 126 ms 124 ms
15 eurecom-valbonne.r3t2.ft.net (193.48.50.54) 135 ms 128 ms 133 ms
16 194.214.211.25 (194.214.211.25) 126 ms 128 ms 126 ms
17 * * *
18 * * *
19 fantasia.eurecom.fr (193.55.113.142) 132 ms 128 ms 136 ms
traceroute: gaia.cs.umass.edu para www.eurecom.fr
Tres medições de atraso de
gaia.cs.umass.edu para cs-gw.cs.umass.edu
* significa sem resposta (sonda perdida, roteador sem resposta)
enlace trans-
oceânico

slide 53
Perda de pacote
• fila (ou buffer) antes do enlace no buffer tem
capacidade finita
• pacote chegando à fila cheia descartado (ou
perdido)
• último pacote pode ser retransmitido pelo nó
anterior, pela origem ou de forma nenhuma
A
B
pacote sendo transmitido
pacote chegando ao
buffer cheio é perdido
buffer
(área de espera)

slide 54
Vazão
• vazão: taxa (bits/unidade de tempo) em
que os bits são transferidos entre
emissor/receptor
– instantânea: taxa em determinado ponto no
tempo
– média: taxa por período de tempo maior
servidor, com arquivo de F bits
para enviar ao cliente
link capacity
Rs bits/sec
link capacity
Rc bits/sec
tubulação que pode
transportar fluido na
taxa Rs bits/s)
tubulação que pode
transportar fluido na
taxa Rc bits/s)
servidor envia
bits (fluido)
pela tubulação

slide 55
• Rs < Rc Qual é a vazão média de fim a fim?
Rs bits/s Rc bits/s
 Rs > Rc Qual é a vazão média de fim a fim?
Rs bits/s Rc bits/s
enlace no caminho de fim a fim que restringe a vazão de
fim a fim
enlace de gargalo

slide 56
Vazão: cenário da
Internet
• na prática: Rc ou Rs
normalmente é
gargalo
• vazão de fim a fim
por conexão:
min(Rc,Rs,R/10)
10 conexões (aproximadamente)
compartilham enlace de gargalo do
backbone a R bits/s
Rs
Rs
Rs
Rc
Rc
Rc
R

slide 57
1.2 Borda da rede
1.3 Núcleo da rede
 comutação de circuitos, comutação de pacotes, estrutura
da rede
1.4 Atraso, perda e vazão nas redes comutadas por
pacotes
1.5 Camadas de protocolo, modelos de serviço
1.7 História

slide 58
“Camadas” de protocolo
Redes são
complexas!
• muitas “partes”:
– hospedeiros
– roteadores
– enlaces de
vários meios
físicos
– aplicações
– protocolos
– hardware,
software
Pergunta:
Existe esperança de
organizar a estrutura
da rede?
Ou, pelo menos, nossa
discussão sobre
redes?

slide 59
Organização da viagem
aérea
• uma série de passos
passagem (comprar)
bagagem (verificar)
portões (embarcar)
decolagem na pista
rota da aeronave
passagem (reclamar)
bagagem (retirar)
portões (desembarcar)
pouso na pista
rota da aeronave
rota da aeronave

slide 60
Camadas de funcionalidade
da viagem
Camadas: cada camada implementa um serviço
– por meio de suas próprias ações da
camada interna
– contando com serviços fornecidos pela
camada abaixo
passagem (comprar)
bagagem (verificar)
portões (embarcar)
pista (decolar)
rota da aeronave
aeroporto
de partida
aeroporto
de chegada
centros de controle de tráfego
aéreo intermediários
rota da aeronave rota da aeronave
passagem (reclamar)
bagagem (retirar)
portões (desembarcar)
pista (pousar)
rota da aeronave
passage
m
bagagem
portão
decolagem/pouso
rota da aeronave

slide 61
Por que usar camadas?
lidando com sistemas complexos:
• estrutura explícita permite identificação e relação
entre partes complexas do sistema
– modelo de referência em camadas para
discussão
• modularização facilita manutenção e atualização
do sistema
– mudança de implementação do serviço da
camada transparente ao restante do sistema
– p. e., mudanças no procedimento de porta não
afeta o restante do sistema
• uso de camadas considerado prejudicial?

slide 62
Pilha de protocolos da
Internet
• aplicação: suporte a aplicações
de rede
– FTP, SMTP, HTTP
• transporte: transferência de
dados processo-processo
– 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: bits “nos fios”
aplicação
transporte
rede
enlace
física
CAMADAS

slide 63
Modelo de referência
ISO/OSI
• apresentação: permite que as
aplicações interpretem significado
de dados, p. e., criptografia,
compactação, convenções
específicas da máquina
• session: sincronização, verificação,
recuperação de troca de dados
• Pilha da Internet “faltando” essas
camadas!
– estes serviços, se necessários,
devem ser implementados na
aplicação
– necessários?
aplicação
transporte
rede
enlace
física
CAMADAS

slide 64
Encapsulamento
origem
aplicação
transporte
rede
enlace
física
Ht
Hn M
segmento Ht
datagrama
destino
aplicação
transporte
rede
enlace
física
Ht
Hn
Hl M
Ht
Hn M
Ht M
M
rede
enlace
física
enlace
física
Ht
Hn
Hl M
Ht
Hn M
Ht
Hn M
Ht
Hn
Hl M
roteador
comutador
mensagem M
Ht M
Hn
quadro

slide 65
1.2 Borda da rede
1.3 Núcleo da rede
da rede
pacotes
1.7 História

slide 66
Segurança de rede
• o campo da segurança de rede trata de:
– como defender as redes contra ataques
– como maus sujeitos atacam redes de computadores
– como projetar arquiteturas imunes a ataques
• Internet não criada originalmente com (muita)
segurança em mente
– visão original: “um grupo de usuários mutuamente
confiáveis conectados a uma rede transparente”
– projetistas de protocolos da Internet brincando de “contar
novidades”
– considerações de segurança em todas as camadas!

slide 67
Maus sujeitos podem colocar
malware em hospedeiros
via Internet
• malware pode entrar em um hospedeiro por vírus,
worm ou cavalo de Troia.
• malware do tipo spyware pode registrar toques de
teclas, sites visitados na Web, enviar informações
para sites de coleta.
• hospedeiro infectado pode ser alistado em um
botnet, usado para spam e ataques de DDoS.
• malware normalmente é autorreplicável: de um
hospedeiro infectado, busca entrada em outros
hospedeiros

slide 68
• cavalo de Troia
– parte oculta de algum
software útil
– hoje, normalmente em
uma página Web
(Active-X, plug-in)
• vírus
– infecção ao receber
objeto (p. e., anexo de
e- -mail), executando
ativamente
– autorreplicável:
propaga- -se para
outros hospedeiros,
usuários
 worm:
 infecção recebendo
passivamente objeto a ser
executado
 autorreplicável: propaga-se
para outros hospedeiros,
usuários

slide 69
Maus sujeitos podem atacar
servidores e infraestrutura
de rede
• Denial of Service (DoS): atacantes deixam
recursos (servidor, largura de banda)
indisponíveis ao tráfego legítimo,
sobrecarregando recurso com tráfego
1. selecionar alvo
2. invadir hospedeiros na
rede (ver botnet)
3. enviar pacotes para o alvo
a partir dos hospedeiros
comprometidos
Alvo

slide 70
Maus sujeitos podem
farejar pacotes
Farejamento de pacotes:
– meio de broadcast (Ethernet compartilhada, sem fio)
– interface de rede promíscua lê/registra todos os pacotes
(p. e., incluindo senhas!) passando por
A
B
C
orig.:B dest.:A carga útil
 software Wireshark usado para laboratório do farejador de
pacotes do final do capítulo (gratuito)

slide 71
Maus sujeitos podem usar
endereços de origem falsos
• IP spoofing: enviar pacote com endereço de
origem falso
A
B
C
orig:B dest:A carga útil

slide 72
Maus sujeitos podem
gravar e reproduzir
• gravar-e-reproduzir: informação confidencial
(p. e., senha), é usada mais tarde
– quem tem a senha é esse usuário, do ponto
de vista do sistema
A
B
C
orig:B dest:A usuárior: B; senha: foo

slide 73
Segurança de rede
• mais no decorrer deste curso
• Capítulo 8: focaliza segurança
• técnicas criptográficas: usos óbvios e
não tão óbvios

slide 74
1.2 Borda da rede
1.3 Núcleo da rede
da rede
pacotes
1.7 História

slide 75
História da Internet
• 1961: Kleinrock – teoria
do enfileiramento mostra
eficácia da comutação de
pacotes
• 1964: Baran – comutação
de pacotes em redes
militares
• 1967: ARPAnet concebida
pela ARPA (Advanced
Research Projects
Agency)
• 1969: primeiro nó
ARPAnet operacional
• 1972:
– demonstração pública da
ARPAnet
– NCP (Network Control
Protocol) primeiro protocolo
hospedeiro- -hospedeiro
– primeiro programa de e-mail
– ARPAnet tem 15 nós
1961-1972: Princípios da comutação
de pacotes

slide 76
• 1970: rede por satélite
ALOHAnet no Havaí
• 1974: Cerf e Kahn –
arquitetura para interconexão
de redes
• 1976: Ethernet na Xerox PARC
• final dos anos 70: arquiteturas
proprietárias: DECnet, SNA,
XNA
• final dos anos 70 : comutação
de pacotes de tamanho fixo
(precursor da ATM)
• 1979: ARPAnet tem 200 nós
princípios de inter-rede de
Cerf e Kahn:
– minimalismo,
autonomia – sem
mudanças internas
exigidas para
interconexão de redes
– modelo de serviço pelo
melhor esforço
– roteadores sem estado
– controle
descentralizado
definem arquitetura atual
da Internet
1972-1980: Inter-rede, redes novas
e proprietárias

slide 77
• 1983: implantação
do TCP/IP
• 1982: protocolo de e-
mail smtp definido
• 1983: DNS definido
para tradução entre
nome-endereço IP
• 1985: protocolo ftp
definido
• 1988: controle de
congestionamento
TCP
• novas redes
nacionais: Csnet,
BITnet, NSFnet,
Minitel
• 100.000 hospedeiros
conectados à
confederação de
redes
1980-1990: novos protocolos,
proliferação de redes

slide 78
• início dos anos 90: ARPAnet
retirada de serviço
• 1991: NSF aumenta restrições
para uso comercial da NSFnet
(retirada em 1995)
• início dos anos 90: Web
– hipertexto [Bush 1945,
Nelson anos 60]
– HTML, HTTP: Berners-Lee
– 1994: Mosaic, depois
Netscape
– final dos anos 90:
comercialização da Web
Final dos anos 90 – após
ano 2000:
• mais aplicações
formidáveis: mensagens
instantâneas,
compartilhamento de
arquivos P2P
• segurança de rede ao
primeiro plano
• est. 50 milhões de
hospedeiros, mais de 100
milhões de usuários
• enlaces de backbone
rodando em Gbps
1990, 2000’s: comercialização,
a Web, novas aplicações

slide 79
2007:
• ~500 milhões de
hospedeiros
• voz, vídeo por IP
• aplicações P2P: BitTorrent
(compartilhamento de
arquivos) Skype (VoIP),
PPLive (vídeo)
• mais aplicações: YouTube,
jogos
• redes sem fio, mobilidade

slide 80
Introdução: resumo
Vimos muito material!
• visão geral da Internet
• O que é um protocolo?
• borda da rede, núcleo, rede
de acesso
– comutação de pacotes e
circuitos
– estrutura da Internet
• desempenho: perda, atraso e
vazão
• camadas, modelos de serviço
• segurança
• história
Agora você tem:
• contexto, visão geral,
“sentido” de rede
• mais detalhes a seguir!

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