introdução às redes e protocolos...
TRANSCRIPT
O curso
• Objectivos e motivação:
– Consolidar e melhorar os conhecimentos sobre redes
no grupo de computação
– Oportunidade para outros interessados
• O curso é abrangente na complexidade:
– Possui tópicos elementares
– Possui outros já bastante mais detalhados
• Conteúdo:
– Sobretudo a teoria
– Mas contém também informação mais prática
– Em termos de S.O e exemplos IOS e RH Linux
Inicio
Guerra Fria
• Em 1949 os EUA temiam um ataque nuclear massivo por
bombardeiros soviéticos
• Os bombardeiros eram cada vez mais rápidos
• O tempo entre a detecção e a chegada ao alvo era cada
vez mais curto …
Tu-16 BADGER
Guerra Fria• Surge a ideia de automatizar o processo de tratamento e
consolidação da informação dos radares e de outras fontes
• Apresentar um visão integrada em tempo real do espaço aéreo
SAGE• SAGE (Semi Automatic Ground Environment)
• Sistema semi-automatizado para seguir e interceptar aeronaves
• Usado pelo NORAD entre finais dos anos 50 e meados dos anos 80
• Projecto piloto iniciado em 1949 usando o primeiro computador
real time “whirlwind I” desenvolvido no MIT
• O projecto SAGE começou em 1954 e ficou operacional em 1959
• Project executado pelo MIT e IBM para a Força Aérea dos EUA
• Um dos maiores projectos de computação de sempre
• O SAGE estava 10 a 30 anos à frente de tudo o que então existia
SAGE• É considerado como um dos sistemas
informáticos mais complexos e mais bem
sucedidos da historia
• Contribuiu enormemente para o
desenvolvimento da computação
online, sistemas interactivos, sistemas
de tempo real, terminais CRT,
comunicações digitais, redundância
• Terá inspirado Licklider e o desenvolvimento da ARPANET
• O sistema interligava mais de 100 radares e 20 centros de
comando com computadores e operadores:
– Cada computador A/N FSQ-7 ocupava 2000m2, pesava ~275 toneladas
– Primeiro computador com memoria de anéis de ferrite (64K x 32bits)
– Cerca de 50000~60000 válvulas (????)
– Consumia 3 megawatts (????)
– Primeiro sistema hot standby havia dois computadores por centro
– Um centro de comando tinha 100 operadores e 60 técnicos da IBM
SAGE• As válvulas falhavam constantemente os técnicos
passavam o tempo a muda-las
• O sistema era redundante para poder resistir às falhas
– Isolava zonas em falha
– Existiam dois computadores em cada localização
SAGE• Mais de 7000 programadores trabalharam no projecto
• A interactividade era uma característica fundamental
SAGE
SAGE
SAGE• Todos os centros estavam interligados
• Ligações por linhas analógicas
• Comunicação digital com modems 1300 baud
• As mais extensas linhas de dados até então
SAGE
• Muito antes da Internet o SAGE foi o primeiro
sistema de computação distribuído
Inicio e Motivação• Em 1957 os Sputnik 1 e 2 são lançados para o espaço.
• Os Sputnik mostraram ao mundo as capacidades
cientificas tecnológicas da URSS.
• O Sputnik 1 pesava 83Kg o Sputnik 2 pesava 508Kg.
• O Vanguard Americano pesava 1.4Kg.
A ARPA• Como resposta à capacidade tecnológica da URSS os
EUA criam em 1958 a agencia governamental ARPA:
– Advanced Research Projects Agency
– Mais tarde (1972) Defense Advanced Research Projects
Agency (DARPA)
http://www.darpa.mil
• Princípios e objectivos da ARPA:
– Manter a tecnologia militar dos EUA à frente da URSS
– Com base no conceito de que muitas tecnologias militares (ex.
bomba atómica) não surgiram de requisitos militares
– Motor para o desenvolvimento de tecnologias com potencial
para eventual aplicação militar
– Funcionamento independente seguindo ideias inovadoras
A ARPA• Funcionamento:
– Respondia directamente ao departamento de defesa (DoD)
– Não dependia dos militares e tinha grande liberdade
– Recorria a investigadores civis e a contratos com empresas
– Financiou projectos de investigação em múltiplos domínios
– High-risk high-payoff approach
– Funcionou como fornecedor de opções tecnológicas para
aplicação em projectos militares
– Criou tecnologias como o GPS, VLSI e a Internet
– Financiou investigação que desenvolveu tremendamente as
ciências da computação
• Curiosidade:
– Antes da criação da NASA foi a ARPA que coordenou a
investigação espacial civil nos EUA
Primeiras Ideias• Em 1960 surgiram as primeiras ideias de interligar computadores
para partilha de informação:
– J.C.R. Licklider, paper: Man-Computer Symbiosis
– Computadores como ferramenta de apoio ao processo criativo humano
– Requisitos: comp. interactiva, realidade virtual, sist. Inteligentes e
redes
• Em 1957 Licklider foi presidente da BBN:
– A BBN trabalhava inicialmente em acústica mas devido aos requisitos
de calculo interessou-se pela computação
– Adquiriu um dos primeiro DEC PDP-1 onde realizou a primeira
demonstração de um sistema time-sharing
• Em 1962 Licklider ainda na BBN:
– Criou o conceito da “Intergalactic Computer Network”
– Conceito que descreve fundamentalmente o que a Internet é hoje.
Primeiras Ideias
• Licklider é considerado como uma das pessoas mais
influentes na historia da computação:
– Escreveu trabalhos importantes em psicoacustica (Harvard)
– Foi presidente da sociedade Americana de psicoacustica
– Os seu trabalho, ideias e projectos levaram à invenção das
redes de comunicação, do mouse, do hipertexto e das janelas
entre outros …
– Concebeu um dos primeiros sistemas operativos time-shared
– Acérrimo defensor da computação interactiva
– No MIT trabalhou no projecto SAGE
– Trabalhou na ARPA
– Mais tarde no MIT liderou o projecto MAC
Primeiras Ideias• Licklider é considerado como uma das pessoas mais
influentes na historia da computação:
– Em 1968 publica The Computer as a Communications Device
– Famoso também por ter criado uma cultura de gestão em que
estudantes geriam projectos milionários
Primeiras Ideias
• Em 1962 Licklider é nomeado para a ARPA para dirigir
o Information Processing Techniques Office (IPTO):• Defende a importância dos computadores na partilha da informação
• Computadores para melhorar a comunicação entre os investigadores
• Em 1963 é nomeado director do Behavioral Sciences
Command & Control Research da ARPA:– Escreve um memorando delineando uma rede para interligar
computadores tipo time-shared para ser usada pelos investigadores
da ARPA
– Financiou projectos para o desenvolvimento das tecnologias
necessárias ao desenvolvimento da rede
– Deixou as bases para a implementação da ARPANET
Primeiras Ideias
• No inicio dos anos 60 a tecnologia de comutação de
pacotes ganha forma:– Paul Baran (RAND Corp) realiza estudo para a ARPA sobre redes
(militares) sobreviventes, estabelece a comutação de pacotes como
solução para criar redes redundantes
– Donald Davies, National Physical Laboratory (NPL) Reino Unido
em paralelo estuda e propõe uma rede de comutação de pacotes
– Leonard Kleinrock (MIT)
desenvolve a teoria Matemática da comutação de pacotes
• Em 1968 tem lugar as primeira demonstração de
tecnologia de comutação de pacotes:– Donald Davies, National Physical Laboratory (NPL) Reino Unido
– A ARPANET também se inspirou nestes trabalhos
Transmissão por Pacotes
1. Segmentação dos dados em pacotes
2. Envio dos pacotes sequencialmente
3. Reconstrução dos dados no destino
A B
Segmentation Reassembly
Comutação de Pacotes
A B
C D
Comutação
de pacotes
• Cada pacote é encaminhado individualmente
• A informação para encaminhamento está distribuída por
todos os nós
• Redundância embebida no sistema
A
C
BPkt 1
B-CPkt 2
B-C
Pkt 3
B-C
Pkt 1
B-C
Pkt 2
B-C
Pkt 3
B-C
Dados para
enviar de B para C
Pkt 3
B-C
Pkt 1
B-C
Pkt 2
B-C
Pkt 3
B-C
Dados recebidos
de B para C
A ARPANET• Em 1968 a ARPA lança um concurso para desenvolvimento da
tecnologia para a ARPANET
• Entre mais de 100 empresas a “BBN technologies” ganha o
contrato, objectivo:
– Desenvolver um engenho de processamento de pacotes
– IMP Interface Message Processor
• O protocolo de comunicação host-host foi então desenvolvido por
investigadores e chamou-se NCP (Network Control Protocol)
IMP
Honeywell
DDP-516
Computador A
Computador B
Computador C
Computador D
IMP
Honeywell
DDP-516
Computador E
Computador F
Computador G
Computador H
A primeira ARPANET• A ARPANET inicial era constituída por 4 nós:
– UCLA (SDS Sigma 7)
– Stanford Research Institute (SDS 940)
– UC Santa Barbara (IBM 360/75)
– Universidade do Utah (DEC PDP-10)
• A primeira mensagem a 29 Out de 1969 22:30 PST
– UCLA SRI (resultou num crash)
Proliferação de Protocolos• Com base na ARPANET a ITU desenvolveu o standard X.25 para
comunicação por comutação de pacotes:
– A primeira rede X.25 surgiu no Reino Unido em 1974
• SERCnet mais tarde JANET a rede académica do Reino Unido
– A primeira rede X.25 comercial surge no Reino Unido em 1978
• Diversas outras redes e protocolos foram surgindo …
– Torre de Babel …
– BITNET / EARN (1981)
– DECnet (1975), SNA (1974)
– …
• Em 1979 surge o UUCP uma forma mais simples de comunicação:
– Funcionava sobre linhas alugadas, X.25 ou mesmo ARPANET
– Sobretudo modems (linhas telefónicas dialup)
– Ponto-a-ponto com store-and-forward (Sistema de filas / queueing)
– E-mail, news, transferência de ficheiros
– USENET
Origens do TCP/IP• Em 1972 Robert Kahn da ARPA recruta Vinton Cerf da
Universidade de Stanford para trabalhar:
– Na uniformização dos protocolos
– Independência dos protocolos em relação ao hardware de rede
• É Vinton Cerf que cria os protocolos TCP/IP
• Em 1973 cria um protocolo de rede “universal”
– Internetwork Protocol ou IP
• Em 1974 cria o TCP (RFC 675)
– Transmission Control Protocol
• Em 1981 surge a versão 4 do IP (RFC791)
• Em 1983 o TCP/IP tornou-se o protocolo oficial da ARPANET
• Em 1983 a componente militar da ARPANET separa-se
• Em 1984 a NSF cria a CSNET mais tarde NSFnet
Evolução
• ARPANET com
TCP/IP em 1982.
• Em 1987 havia 10000 sistemas na Internet.
• Em 1989 havia 100000 sistemas na Internet.
Europa• Em 1984 o CERN monta uma rede TCP/IP interna.
• Em 1987 o CERN compra os primeiros routers CISCO
para uso interno. Filtrar o acesso ao Cray !!!
– A cisco tinha então 20 empregados
• Em 1988 Daniel Karrenberg do CWI visita Ben Segal no
CERN procurando informação e conselho sobre o que
fazer com o lado Europeu da rede UUCP (USENET)
• Ben Segal aconselha a migração para TCP/IP e a
compra de routers CISCO.
• Em 1989 são estabelecidas os
primeiros circuitos Wide Area
Network com TCP/IP na Europa
• Em 1990 o CERN era o maior
site TCP/IP na Europa.
Crescimento• Em 1989 Tim Berners-Lee inventa o World Wide Web.
• Em 1991 é lançada a primeira versão do WWW.
• Em 1993 o NCSA lança o Mosaic web browser
• Em 1993 havia 500 servidores web que eram
responsáveis por 1% do tráfego na Internet
• Em 1994 já havia 10,000 servidores web
• Segue-se a grande explosão do uso da Internet.
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Internet hosts evolution based on ISC data
Portugal• Em 1988 as comunicações de dados eram efectuadas com modems
sobre linhas telefónicas normais ou linhas dedicadas
• Existia um serviço comercial de comutação de pacotes X.25
operado pela Telepac:
– O LIP possuía uma linha X.25 dedicada de 9600 bps
– Ligava um MicroVAX II à rede Telepac
– A rede Telepac estava ligada às suas congéneres Europeias
– A rede interna Ethernet de 10Mbps usava o protocolo DECnet
• A primeira rede TCP/IP no LIP foi estabelecida em 88/89 para uso
interno apenas:
– VAXstation 2000 (Ultrix)
– PCs com DOS (Ethernet 3COM 3C501 PC/TCP)
– VAX/VMS (CMU/Tek)
– Endereços IP fornecidos pelo nic.ddn.mil
• Para enviar mail para à Internet (e outras redes existentes)
usávamos uma gateway no CERN (mint) através de X.25
Portugal• A rede IP académica começou:
– Para dar acesso ao mini super-computador CONVEX C2
Adquirido pela FCCN e instalado no LNEC (1989)
– A rede surgiu algum tempo depois para dar acesso ao CONVEX
• O LIP instalou um circuito dedicado de 64kbps:
– Modem síncrono a 4 fios
– Router CISCO CGS+ (1x porta V35, 1x porta Ethernet 10Mbps)
– Conectividade internacional (1991)
A Internet como funciona
Internet
• O termo Internet vem de internetworking
• A ideia de interligar múltiplas redes autónomas
• Para isso é necessário um protocolo Universal TCP/IP
Internet• A Internet permite interligar redes independentes:
– Redes dos Internet Service Providers (ISP):
• Comerciais
• Académicos (NREN)
• Governamentais
– Redes de entidades diversas:
• Comerciais
• Académicas (Universidades, Instituições de investigação)
• Governamentais
• Sem fins lucrativos
• Domésticas
• A interligação destas redes pode ser complexa, uma
mesma rede pode ligar a diversas outras:
– Uma mesma rede pode ligar a mais de um ISP
– Cada ISP pode manter ligações a diversos outros ISPs
Internet
• A Internet é constituída por redes de computadores
• As redes interligam-se entre si através de routers
ISP ISP
Internet Service Providers• Fornecem conectividade IP aos seus clientes
– Os clientes pagam ao ISP pelo serviço de acesso à Internet
– Os ISP operam redes próprias às quais os clientes se ligam
• A Internet funciona na base do end-to-end connectivity
– Todas as redes têm acesso a todas as redes
– Nenhum ISP possui conectividade directa para todas as redes.
– Logo os ISPs têm de estabelecer trocas de tráfego entre si.
• Cada ISP possui ligações com outros ISPs, existem dois
tipos de ligações entre fornecedores de serviço IP:
– Peering: ligação entre dois ISPs para beneficio mutuo dos seus
clientes e negócios, as ligações de peering normalmente não
são pagas cada ISP assume a sua parcela dos custos
– Transit: um ISP paga a outro (transit provider) para poder
enviar/receber tráfego através da sua rede para outras redes
• A conectividade entre ISPs é estabelecida directamente
ou através dos Internet Exchange Points
Peering e Transito• O peering é uma troca
directa de tráfego entre
ISPs
• O peering na maior parte
dos casos não é pago
• Por vezes estabelecem-se
peering fees
• Um ISP em posição de
dominância pode exigir
uma fee a um ISP mais
pequeno para trocar
tráfego com ele na base de
que o ISP mais pequeno é
quem mais beneficia
• No entanto quando os
custos da troca directa são
mais baixos do que pagar
transito existe uma forte
motivação para peering
Internet
• A Internet não tem um backbone !!!!!
• As melhores definições de backbone da Internet
são possivelmente:
– Default-free Zone (DFZ):
• Conjunto de grandes redes que trocam informação entre si
sobre rotas e que não necessitam de fazer default routing
• Que possuem core routers com todos os destinos existentes
(ou pelo menos a grande maioria deles …)
– O “skitter core” é outra definição possível:
• Baseia-se nas grandes redes (service providers) com maior
tráfego à escala mundial de acordo com as medições da
CAIDA (http://www.caida.org/)
• O termo skitter vem do nome da ferramenta usada para
efectuar as medições
– A definição de core é quanto muito estatística …
Internet• Embora não sendo oficial é frequente classificar as
redes IP de acordo com uma nomenclatura de Tiers
– Tier-1
• Uma rede que pode aceder a todas as outras redes da Internet sem pagar
nem serviços de transito nem acordos de peering
• Tem de ter acordos de peering (não pagos) com todos os outros Tier-1s
• Os seus clientes são ISPs ou grandes empresas que pagam o transito
– Tier-2
• Uma rede que possui acordos de peering sem pagar com outras redes e que
satisfaz muita da sua conectividade Internet desta forma
• Paga transito ou fees em alguns dos acordos de peering para ter acesso às
restantes redes da Internet
– Tier-3
• Uma rede que obtém acesso Internet com base em pagamento de serviços
de transito
Internet
• Um ISP pode ter peering com outros ISPs
• As trocas de tráfego de peering entre ISPs podem ser pagas ou não
• Um ISP paga a um transit provider para ter acesso ao resto da Internet
• O pagamento é baseado no volume de tráfego (Mbps)
Clientes
Clientes
Clientes
Clientes
Clientes
ISP A ISP C
Transit
X
ISP B
Transit
Z
Clientes
Clientes
ISP D
Transit
Y
Transit
Peering
RCTS / FCCN
• O ISP do LIP é a FCCN
• A FCCN:
– é não comercial
– é um NREN
• O transit provider da
FCCN é a rede Géant
Adjacência da RCTS
Fonte: CIDR report
Géant
A rede Géant
permite
conectividade
entre as redes
dos NRENs
Europeus
A rede Géant é
um Tier-2
Géant
• Rede de fibra
• Inclui:
– rede Géant
– NRENs
Géant
Adjacência Géant
Internet Exchange Point• Internet Exchange Point (IXP)
• Infra-estrutura física onde ISPs trocam tráfego entre si
directamente permitindo:
– Melhorar a conectividade entre os ISPs beneficiando os seus
utilizadores
– Reduz a quantidade de tráfego que tem de ser enviada através
de dos transit providers
– Maior largura de banda, menor latência, menor custo
• Permite estabelecer as relações de peering
– Os acordos de peering
entre ISPs podem ser
pagos ou não
– Os IXP também são
usados para estabelecer
trocas de transit pagas
Internet Exchange Point• Um IXP é tecnicamente bastante simples:
– Um local físico
– Switch Ethernet Layer 2 para efectuar as trocas de tráfego
– Espaço para alojar equipamentos de rede dos ISPs
– Cada ISP instala um router seu no local do IXP
– Cada ISP instala e paga uma linha sua até ao seu equipamento no IXP
IXP
ISP CISP BISP A
ISP A ISP B ISP C
Instalações
do IXP
GIGA-PIX• Gigabit Portuguese Internet Exchange (GIGA-PIX)
• Operado pela FCCN interliga ISPs nacionais
• Conjunto de switches L3 Ethernet
• Cada ISP coloca no GIGA-PIX equipamento seu
• O GIGA-PIX disponibiliza nível
físico e conectividade de rede IP
• Os ISPs estabelecem as relações
de peering entre si
Packet Clearing House (PCH)
• Organização sem fins lucrativos
• Dá apoio aos exchange points:
– Na operação
– Treino do pessoal
– Criação de novos exchange points
– Esclarecimento de reguladores e governos
– Ajuda à organização
• Opera uma rede de comunicação
– Inter-Network Operations Center Dial-By-ASN (INOC-
DBA) hotline
– Rede privada altamente redundante e segura
– Interliga: Exchanges, ISPs, carriers, CSIRTS,
fabricantes, entidades ligadas à Internet
A economia das interligações
em resumo
• Apostar nas relações de peering para pagar menos aos
transit providers:
– Usar as poupanças para expandir o negocio
• Graças à expansão ter mais clientes e tráfego:
– Ficar mais atraente para outros ISPs quererem estabelecer
peering connosco
– Conseguir chegar aqueles ISPs de maior dimensão que são
mais interessantes para o peering
• Estabelecer IXPs:
– Para juntar num mesmo local o máximo de redes
– Para estabelecer mais relações de peering
– Para atrair os transit providers e criar competitividade
– Para baixar os custos ainda mais
A economia das interligações• E quando alguém recusa estabelecer uma relação de
peering ???
• Diz-se que uma grande empresa de software Americana quis
uma vez estabelecer uma relação de peering com um ISP
Europeu que recusou …
• A dita empresa descobriu qual era o transit provider mais
caro que o ISP em questão usava
• A dita empresa fez todo o seu tráfego com destino e origem
no ISP fluir através do tal transit provider
• Em breve o ISP estava a pagar um balúrdio ao transit
provider devido ao acréscimo de tráfego
• Pouco depois o ISP e a empresa estabeleceram um acordo
de peering
• …
Alguns Conceitos Sobre Redes
Níveis• Primeiro conceito
• Os protocolos de comunicação modernos são normalmente baseados em camadas (Layers).
• O modelo OSI (Open Systems Interconnection) define o processo de comunicação como um conjunto de sete níveis.
• As camadas implementam diferentes níveis de funcionalidades.
Aplicação
Transporte
Rede
Ligação
Apresentação
Sessão
Físico1
2
3
4
5
6
7
Modelo OSIBibliotecas para acesso aos serviços de rede,
protocolos de alto nível, …
Conceito de ligação, transporte fiável de dados, …
Como transferir entre redes, endereçamento lógico, …
Como transferir dados, endereçamento físico, driver,…
Conversão de formatos de dados, encriptação, …
Implementa estabelecimento e fim de ligações …
Meio de comunicação, sinais, transmissão binária, …
L2
L3
Níveis• Os níveis 1 e 2 estão ambos relacionados com a tecnologia de rede
física – ex. Ethernet, FDDI, ATM, Infiniband, Fibre Channel, etc
• Os níveis 3 a 7 corresponde aos protocolos de alto nível e são implementados ao nível do sistema operativo
– ex. TCP/IP, IPX/SPX, DECnet, Appletalk, SNA, etc
Aplicação
Transporte
Rede
Ligação
Apresentação
Sessão
Físico1
2
3
4
5
6
7
Modelo OSI
Aplicação
Transporte
Rede
SSH, HTTP, e-mail, etc.
TCP, UDP
IP, ICMP, IGMP
TCP / IP
Cabos, hardware, buses,
modulação, especificações
eléctricas, mecânicas etc
Ligação Protocolo, framing binário,
correcção de erros, driver
Físico
Transmissão• Simplex
– Comunicação num só sentido
• Full Duplex
– Permite comunicação simultânea em ambos os sentidos
• Half Duplex
– Permite comunicação em ambos os sentidos mas não simultânea
• Time Division Multiplexing (TDM)
– Permite 2 ou mais canais aparentemente simultaneamente, mas de
facto transmitidos à vez em slots de tempo fixos diferentes cuja
alocação também é fixa
• Statistical Time Division Multiplexing (STDM)
– Redes de comutação de pacotes
– Não há alocação fixa de slots
– Os slots são alocados pacote a pacote
Modos de comunicação
• Connection oriented
– É preciso estabelecer uma ligação antes de poder
efectuar qualquer transmissão de dados
– Uma vez estabelecida a ligação existe um canal de
comunicação
– Exemplo: a rede telefónica
• Connectionless
– Não é necessário estabelecer uma ligação
– Cada unidade de dados é autónoma
– Cada unidade possui toda a informação necessária
para ser entregue ao destino
– Exemplo: envelope postal
LAN e WAN
• LAN - Local Area Network
– Limitação geográfica (alguns metros ou Kms)
– Baixo atraso (delay)
– Largura de banda total muito elevada
– Confinada a um domínio administrativo ou organização
– Baixa taxa de erros (bit error rate)
• WAN - Wide Area Network
– Cobre grandes distâncias geográficas
– Atraso elevado (delay)
– Largura de banda limitada
– Múltiplos domínios administrativo ou organização
– Maior taxa de erros (bit error rate)
LAN e WAN
ROUTER
LIP
FCCN /
Internet
LAN
10Gigabit Ethernet
sobre fibra óptica
10Gbase-LR (< 10Km)
10Gigabit Ethernet
sobre fibra óptica
10Gbase-SR (< 550m)
Predominância
Gigabit Ethernet
Fast Ethernet
sobre cobre
1000Base-T (< 100m)
100Base-TX (< 100m)
Wide Area Network
WAN
Local Area Network
LAN
Diferenças sobretudo ao nivel dos meios físicos de transmissão
Topologias de rede
ANEL / RING
BARRAMENTO / BUS
ESTRELA
MALHA / MESH
(parcialmente ligada)
Ponto-a-PontoPonto-multiponto
MALHA / MESH
(totalmente ligada)
Nuvens• Cada vez é mais difícil de distinguir entre:
– topologias de rede (redes híbridas)
– tipos de rede (LAN / WAN)
• Para simplificar muitas vezes representa-se as redes
como uma nuvem
• O exemplo típico é a Internet
Backbone
• Espinha dorsal de uma rede
• É a rede que interliga todas as outras redes
Rede CRede B
Rede A
Backbone da Rede
Ethernet• Inventada por Robert Metcalf e David Boggs enquanto trabalham
para a Xerox em Palo Alto:
– Primeira descrição na tese de Robert Metcalf em 1973 (Harvard)
– Inventada em 1976 e patenteada em 1977 (CSMA/CD)
• Comercialização começou em 1981 por um consorcio
– Digital, Xerox e Intel
• Tornou-se no standard IEEE802.3 (10base5) em 1983
– A Ethernet original era uma rede em bus
– Cabo coaxial grosso (thickwire)
– Comprimento máximo de 500m
– Até 1024 estações podiam ser ligadas ao mesmo cabo
– Cabo (meio de transmissão) partilhado
– Transmissão um de cada vez half duplex
• O standard IEEE802.3 (10base2) surge em 1985
– Cabo coaxial fino mais fácil e barato de instalar
– Comprimento máximo de 185m
– 30 estações
Ethernet• 10base5
– Um único cabo coaxial ao qual se acoplavam transceivers
– O cabo tinha de ser furado até ao núcleo para efectuar a acoplagem
• 10base2
– Múltiplos cabos coaxiais finos RG58 com fichas BNC nas pontas
– Ts BNC eram usados para interligar os cabos aos transceivers
• Em ambos os casos os segmentos eram terminados com
resistências de 50Ω nas duas pontas.
Token Ring• Diversas implementações:
– ATR (appolo) 1981 (12Mbits)
– ProNet 10 (proteon) (10Mbits)
– IBM Token Ring IEEE802.5 surgiu em 1984
• IBM token ring:
– Rede em anel com passagem de token
– Store-and-Forward
– Concorrente das redes Ethernet durante muitos anos
– Até 260 estações num anel lógico
– Ligações em STP a um hub central (MSAU)
– Topologia física em estrela
– 1, 4 e 16 Mbit/s
• Mais tarde o standard IEEE802.5 evoluiu para:
– 100Mbit/s e 1000Mbit/s
– sobre UTP e Fibra óptica
FDDI• Fibre Distributed Data Interface ANSI X3T9.5 (1989)
– Rede em anel com passagem de token
– Store-and-Forward
• Fibra (FDDI)
– 100Mbit/s full duplex
– Usava dois aneis de fibra
– MTU 4500 bytes
– Fibra 50/125 e 62.5/125 micron
– Máximo de 500 estações por anel
– Máximo de 2Km entre estações
– Perímetro máximo do anel 100Km
• Cobre (CDDI/TP-PMD)
– 100Mbits/s full duplex
– Distancia de cada ligação 100m
– Cabos UTP cat5 ou STP Type 1
– MTU 4500 bytes
– Topologia física em estrela com um concentrador no centro
FDDI• Foi a rede em anel mais popular em backbones
LAN C
CDDILAN B
Ethernet
LAN A
Ethernet
Backbone FDDI
Unicast/Broadcast/Multicast• Pacote Unicast quando:
– O endereço de destino é uma única estação A B
• Pacote Broadcast quando:
– O endereço de destino são todas as estações A [B-Z]
• Pacote Multicast quando:
– O endereço de destino é um conjunto A (F, B, G)
A B
A
A BGF
Frame Ethernet
Frame Ethernet
DadosHeader
Ethernet
Endereços Ethernet
de origem e destino
Comprimento
Tipo de dados
• Um pacote Ethernet chama-se frame
• O formato do frame Ethernet IEEE 802 é comum a diversas tecnologias
• Um frame Ethernet possui um header que contém:
– Endereço Ethernet (MAC) de origem
– Endereço Ethernet (MAC) de destino
– Comprimento do frame
– Tipo de dados que transporta
– No final possui um trailer
Dentro da zona de
dados pode ir por
exemplo um pacote
“TCP/IP”
Trailer
Preambulo
Inicio de
frame
Header
Ethernet
Frame Ethernet
endereço
Origem
(6)
trailer
CRC32
(4)
endereço
Destino
(6)
tipo
(2)
Encapsulamento Ethernet original (RFC 894)
Dados Trailer
• Após a transmissão de cada pacote há uma pausa equivalente à
transmissão de 96 bits designada por interframe gap
– Preparar a recepção do próximo frame
– Evitar situações pouco claras de colisão entre duas transmissões consecutivas
O Ethertype identifica o conteúdo ou seja Identifica o protocolo L3
IPv4, IPv6, ARP, IPX, DECnet, NetBIOS Frames (NBF), LLDP …
http://standards.ieee.org/regauth/ethertype/eth.txt
Payload
DADOS + Padding se necessário
(46-1500)
Frame Ethernet
• Endereço Ethernet é conhecido por vários nomes:
– Medium Access Control address (MAC address)
– Ethernet Hardware address
– Physical address
– Hardware address
• Representação típica
– Hexadecimal
– AA-BB-CC-DD-EE-FF
– AA:BB:CC:DD:EE:FF
http://en.wikipedia.org/wiki/File:MAC-48_Address.svg
Frame Ethernet
• Cada interface Ethernet possui um endereço único
• Cada endereço Ethernet (MAC) possui 48 bits
• O endereço MAC de uma interface Ethernet pode ser
reprogramado:
– Para usar endereços atribuídos localmente
– Para suportar protocolos que não possuam a funcionalidade de
“Ethernet Address Discovery” (DECnet):
• Os endereços das interfaces eram reprogramados em função do endereço
DECnet
• No boot o protocolo DECnet tinha de ser inicializado primeiro
• AA-00-04-00-xx-yy
– Para evitar uma mudança de endereço em caso de substituição
da interface Ethernet
– Muito usado para crackar sistemas