O que é Internet?



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1º Capítulo


    1. O que é Internet?




      1. Uma descrição detalhada da rede:

A Internet pública é uma rede de computadores mundial, isto é, uma rede que interconecta milhões de equipamentos de computação em todo o mundo.O termo rede de computadores está começando a soar um tanto desatualizado, dados os muitos equipamentos não tradicionais que estão sendo ligados à Internet, todos esses equipamentos são denominados hospedeiros ou sistemas finais.

Sistemas finais são conectados entre si por enlaces (links) de comunicação. Enlaces diferentes podem transmitir dados em taxas diferentes, sendo a taxa de transmissão(banda passante) de um enlace medida em bits/s.

Em geral, sistemas finais não são interligados diretamente por um único enlace de comunicação, em vez disso, são interligados indiretamente por equipamentos intermediários de comutação conhecidos como comutadores de pacotes (tipos mais predominantes: roteadores e comutadores de camada de enlace).Eles encaminham a informação que está chegando em um de seus enlaces de entrada para um de seus enlaces de saída. Em redes de computadores o bloco de informação é denominado pacote.

A seqüência de enlaces de comunicação e comutadores de pacotes que um pacote percorre desde o sistema final remetente até o sistema final receptor é conhecida como rota ou caminho através da rede. A Internet usa uma técnica conhecida com comutação de pacote, que permite que vários sistemas finais comunicantes compartilhem ao mesmo tempo um caminho ou partes dele.

Sistemas finais acessam a Internet por meio de Provedores de Serviços de Internet (ISPs). Cada ISP é uma rede de comutadores de pacotes e enlaces de comunicação. ISPs provêem aos sistemas finais uma variedade de tipos de acesso à rede (acesso por modem discado, banda larga) e acesso a provedores de conteúdo, conectando sites Web diretamente à Internet. Para permitir a comunicação entre usuários da Internet e possibilitar a usuários acesso mundial ao conteúdo da Internet, ISPs de nível mais baixo são interconectados por meio de ISPs de nível mais alto(consiste em roteadores de alta velocidade interconectados com enlaces de fibra ótica de alta velocidade).

Os sistemas finais, os comutadores de pacotes e outras peças da Internet executam protocolos que controlam o envio e o recebimento de informações dentro da Internet. O TCP e o IP são dois dos protocolos mais importantes da Internet. O protocolo IP especifica o formato dos pacotes que são enviados e recebidos entre roteadores e sistemas finais. Os principais protocolos da Internet são conhecidos coletivamente como TCP/IP.

Os padrões da Internet são desenvolvidos pela IETF e os documentos padronizados dela são denominados RFCs.

Existem redes privadas cujos hospedeiros não podem trocar mensagens com hospedeiros que estão fora da rede privada, elas são denominadas intranets, pois usam o mesmo tipo de hospedeiros,roteadores,enlaces e protocolos da Internet pública.


      1. Uma descrição do serviço:

A Internet permite que aplicações distribuídas que executam em seus sistemas finais troquem dados entre si. Ex de aplicações: navegação na Web, mensagem instantânea, áudio e vídeo em tempo real, etc.

A Internet provê dois serviços a suas aplicações distribuídas: um serviço confiável orientado para conexão (garante que os dados transmitidos de uma origem a um destino sejam finalmente entregues ao destinatário em ordem e completos) e um serviço não confiável não orientado para conexão (não oferece nenhuma garantia quanto à entrega final). A aplicação distribuída usa um ou outro desses serviço, mas não ambos.

Atualmente , a Internet não provê um serviço que ofereça garantias quanto ao tempo que gastará para levar os dados da origem ao destino.





      1. O que é um protocolo?

Um protocolo de rede é semelhante a um protocolo humano, a diferença é que as entidades que trocam mensagens e realizam ações são componentes de hardware ou software de algum equipamento. Todas as atividades na Internet que envolvem duas ou mais entidades remotas comunicantes são governadas por um protocolo.

Um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento de uma mensagem ou outro evento.



    1. A periferia da Internet




      1. Sistemas finais, clientes, servidores:

Os computadores conectados à Internet são usualmente chamados de sistemas finais(computadores de mesa,servidores, computadores móveis), por que estão na periferia da internet. Sistemas finais também são denominados hospedeiros(hosts) por que hospedam programas de aplicação. Às vezes, sistemas finais são ainda subdivididos em duas categorias: clientes e servidores. Normalmente, clientes costumam ser PCs de mesa ou móveis, enquanto servidores tendem a ser máquinas mais poderosas que armazenam e distribuem páginas Web, vídeo em tempo real, etc. Um programa cliente é um programa que funciona em um sistema final, que solicita e recebe um serviço de um programa servidor, que funciona em outro sistema final. Uma vez que um programa cliente normalmente roda em um computador e o programa servidor, em outro, aplicações cliente-servidor de Internet são, por definição, aplicações destribuídas.Eles interagem enviando mensagens um para o outro pela Internet. Nem todas as aplicações de hoje consistem em programas puramente clientes ou servidores, as aplicações P2P de compartilhamento de arquivos populares, o sistema final do usuário funciona como um programa cliente(quando requisita um arquivo de outro par) e também como um programa servidor(quando envia um arquivo para outro par).



      1. Serviço não orientado para conexão e serviço orientado para conexão:

Serviço orientado para conexão: Quando uma aplicação usa o serviço orientado para conexão, o programa cliente e o programa servidor (sistemas finais diferentes) enviam pacotes de controle um para o outro antes de remeter pacotes com dados reais que deverão ser transferidos. Este procedimento, apresentação, alerta o cliente e o servidor para que se preparem para uma rajada de pacotes. Quando o processo de apresentação for concluído uma conexão foi estabelecida entre os dois sistemas finais. Os serviços orientados para conexão providos pela Internet vêm conjugados com diversos outros serviços, entre eles a transferência de dados confiável, que quer dizer que uma aplicação pode confiar que a conexão entregará todos os seus dados sem erro e na ordem certa. A confiabilidade na Internet é conseguida por meio da utilização de confirmações e retransmissões. O controle de fluxo garante que nenhum dos lados de uma conexão sobrecarregue o outro enviando demasiados pacotes muito rapidamente. O serviço de controle de congestionamento da Internet ajuda a evitar que ela trave, quando os comutadores de pacotes ficam congestionados, seus buffers podem transbordar e pode ocorrer perda de pacotes. O serviço orientado para conexão da Internet tem um nome – Protocolo de Controle de Transmissão (TCP). Entre os serviços que o TCP provê a uma aplicação estão: transporte confiável, controle de fluxo e controle de congestionamento.


Serviço não orientado para conexão: Não há apresentação mútua no serviço não orientado para conexão da Internet. Quando um lado quer enviar pacotes ao outro lado, ele simplesmente envia. Como não processo de apresentação, os dados podem ser entregues mais rápido, o que torna esse serviço ideal para aplicações simples orientadas para transação. Porém, como não há nenhuma transferência confiável de dados, uma fonte nunca tem certeza de quais pacotes chegaram ao destino. Este serviço também não provê controle de fluxo, nem de congestionamento. O serviço de Internet não orientado para conexão é denominado Protocolo de Datagrama do Usuário (UDP).


    1. O núcleo da rede




      1. Comutação de circuitos e comutação de pacotes:

Há duas abordagens fundamentais para montagem de um núcleo de rede: comutação de circuitos e comutação de pacotes. Em redes de comutação de circuitos, os recursos necessários ao longo de um caminho para prover comunicação entre sistemas finais são reservados pelo período da sessão de comunicação. Em redes de comutação de pacotes , esses recursos não são reservados; as mensagens de uma sessão usam os recursos por demanda, e como conseqüência, poderão ter de esperar para conseguir acesso a um enlace de comunicação. As redes de telefonia são exemplos de redes de comutação de circuitos. A Internet é um exemplo de rede de comutação de pacotes.


Comutação de circuitos: Quando dois sistemas finais querem se comunicar, a rede estabelece uma conexão fim-a-fim dedicada entre os dois sistemas finais. Para que o sistema final A envie mensagens ao sistema B, a rede deve primeiramente reservar um circuito em cada dois enlaces.

Multiplexação: Um circuito é implementado em um enlace por multiplexação por divisão de freqüência(FDM) ou por multiplexação por divisão de tempo(TDM). Com FDM, o espectro de freqüência de um enlace é compartilhado entre as conexões estabelecidas através do enlace que reserva uma banda de freqüência para cada conexão durante o período da ligação.Em um enlace TDM, o tempo é dividido em quadros de duração fixa, e cada quadro é dividido em um numero fixo de compartimentos(slots) Quando estabelece uma conexão por meio de um enlace, a rede dedica à conexão um compartimento de tempo em cada quadro.Esses compartimentos são reservados para o uso exclusivo dessa conexão, e um dos compartimentos de tempo (em cada quadro) fica disponível para transmitir os dados dela.


Comutação de pacotes: Em redes de computadores modernas, o originador fragmenta mensagens longas em porções de dados menores, os pacotes. Entre origem e destino, cada um desses pacotes percorre enlaces de comunicação e comutadores de pacotes. Pacotes são transmitidos por casa enlace de comunicação a uma taxa igual à de transmissão total do enlace. A maioria dos comutadores de pacotes armazena e reenvia os pacotes nas entradas dos enlaces, onde ele deve receber o pacote inteiro antes de poder começar a transmitir o primeiro bit do pacote para o enlace de saída.Assim, eles introduzem um atraso de armazenamento e reenvio na entrada de cada enlace(se um pacote consiste em L bits e deve ser reenviado por um enlace de saída de R bps, então atraso = L/R).
Comutação de pacotes versus comutação de circuitos: multiplexação estatística: Comutação de circuitos aloca previamente a utilização do enlace de transmissão independentemente de demanda, com desperdício de tempo de enlace desnecessário alocado e não utilizado. Comutação de pacotes , por outro lado, aloca utilização de enlace por demanda. A capacidade de transmissão do enlace será compartilhada pacote por pacote somente entre os usuários que tenham pacotes que precisem ser transmitidos pelo enlace. Tal comportamento de recursos por demanda (e não por alocação prévia) às vezes é denominado multiplexação estatística de recursos.


      1. Redes de comutação de pacotes: redes datagramas e redes de circuitos digitais

Há duas grandes classes de redes de comutação de pacotes: redes de datagramas(qualquer rede que transmite pacotes segundo endereços de sistemas finais de destino, ex: roteadores) e redes de circuitos virtuais(qualquer rede que transmita pacotes segundo números de circuitos virtuais).


Redes de circuitos virtuais: Um circuito virtual pode ser imaginado como uma conexão virtual entre um sistema final de origem e um sistema final de destino. Um identificador de circuito virtual será atribuído a CV quando ele for estabelecido pela primeira vez entre a fonte e o destino. Qualquer pacote que faça parte do CV terá esse identificador em seu cabeçalho. Quando um pacote chega a um comutador de pacotes, este examina o ID CV, indexa a sua tabela e transmite o pacote ao enlace de saída. Um comutador em uma rede de CVs mantém informação de estado para suas conexões em curso, cada vez que uma nova conexão é ativada por um comutador, um novo registro de conexão deve ser adicionado à tabela de tradução dele, e cada vez que uma conexão é desativada, um registro deve ser removido da tabela.
Redes de datagramas: As redes de datagramas são análogas, em muitos aspectos, ao serviço postal. Quando um remetente envia uma carta a um destino, ele a coloca em um envelope e nele escreve o endereço do destinatário. Em uma rede de datagramas, cada pacote que transita por ela contém em seu cabeçalho o endereço de destino. Quando um pacote chega a um comutador de pacotes da rede, ele examina uma parte do endereço de destino do pacote e o remete a um comutador adjacente. Redes de datagramas não mantém informação de estado de conexão em seus comutadores.


    1. Redes de acesso e meios físicos




      1. Redes de acesso

Acesso Residencial: Refere-se à conexão de um sistema final residencial a um roteador de borda( primeiro roteador de um caminho entre um sistema final e qualquer outro sistema final remoto). Uma forma comum de acesso residencial é o modem discado ligado por uma linha telefônica a um ISP residencial. O modem converte o sinal digital de saída do PC em formato analógico para transmissão pela linha telefônica(é a mesma usada para fazer chamadas telefônicas normais). Na outra extremidade da linha telefônica analógica , um modem no ISP converte o sinal analógico novamente para sinal digital para entrar no roteador ISP. A rede de acesso é simplesmente um par de modens juntamente com uma linha telefônica ponto a ponto discada. Como o acesso discado é lento e impede a utilização normal da linha telefônica, novas tecnologias surgiram, como a banda larga que oferece taxas mais altas de bits a usuários residenciais, além de fornecer meios para que os usuários acesse a Internet e falem ao telefone ao mesmo tempo. Há dois tipos comuns de acesso banda larga, o DLS e o HFC.

O acesso DSL normalmente é fornecido por uma companhia telefônica, às vezes em parceria com um ISP independente. A DSL usa multiplexação por divisão de freqüência. Diferentemente de modens discados, as DSLs foram explicitamente projetadas para distancias curtas entre modens residenciais e modens de ISP, o que permite taxas de transmissão substancialmente mais altas do que as de acesso discado. Enquanto DSL e modens discados usam linhas telefônicas comuns, redes de acesso HFC são extensões das redes de cabos existentes usadas para transmissão de TV a cabo. Como acontece com a DSL, o HFC requer modens especiais, denominados modens a cabo, eles dividem a rede HFC em dois canais, um canal na direção do usuário(descida) e um na direção do provedor(subida). Como na DSL, taxa de transmissão de descida normalmente é maior do que a de subida. A rede HFC é um meio de transmissão compartilhado. DSL e HFC possuem serviços sempre disponíveis.
Acesso corporativo: Refere-se à conexão de sistemas finais de uma empresa ou instituição educacional à rede(roteador de borda). Nesses locais, normalmente é usada uma rede local(LAN). O roteador de borda é responsável pelo roteamento de pacotes cujo destino é externo à LAN. A tecnologia Ethernet é, hoje, a que predomina em redes corporativas, como o HFC, ela usa um meio compartilhado, de modo que usuários finais compartilham a velocidade de transmissão da LAN.
Acesso sem fio: Há duas categorias amplas de acesso sem fio à Internet Nas LANS sem fio, os usuários sem fio transmitem/recebem pacotes de/para uma estação-base dentro de um raio de algumas dezenas de metros. No acesso sem fio usa-se um espectro de rádio para conectar um sistema final portátil a uma estação-base, que estará conectada um roteador de borda.


      1. Meios físicos:

Os meios físicos se enquadram em duas categorias, meios guiados e meios não guiados. Nos meios guiados, as ondas são dirigidas ao longo de um meio sólido, tal como um cabo de fibra ótica, um par de fios de cobre trançado ou um cabo coaxial. Nos meios não guiados, as ondas se propagam na atmosfera e no espaço, como é o caso de uma LAN sem fio ou de um canal digital de satélite. O custo de um enlace físico é em geral relativamente insignificante em comparação a outros custos da rede.


Par de fios de cobre trançado: Meio de transmissão guiado mais barato e mais comumente usado. Esse par é constituído de dois fios de cobre isolados, cada um com aproximadamente um milímetro de espessura, enrolados em espiral. Os fios são trançados para reduzir a interferência elétrica de pares semelhantes que estejam próximos. Tecnologia de modem discado e DSL usam pares trançados.
Cabo coaxial: Como o par trançado, o cabo coaxial é constituído de dois condutores de cobre, porém concêntricos e não paralelos, é bidirecional. Cabos coaxiais são muito comuns em sistemas de televisão a cabo.
Fibras óticas: A fibra ótica é um meio delgado e flexível que conduz pulsos de luz, sendo que cada um desses pulsos representa um bit. Suporta taxas de transmissão elevadíssimas. Fibras óticas são imunes à interferência eletromagnética, têm baixíssima atenuação de sinal de até cem km e são muito difíceis de derivar.Essas características fizeram da fibra ótica o meio preferido para a transmissão guiada de grande alcance, em particular para cabos submarinos.
Canais de rádio terrestres: Canais de rádio carregam sinais dentro do espectro eletromagnético. Sua instalação não requer cabos físicos, podem atravessar paredes, dão conectividade ao usuário móvel e, podem transmitir um sinal a longas distancias. Suas características dependem do ambiente de propagação e da distancia pela qual o sinal deve ser transmitido. Condições ambientais determinam perda de sinal no caminho e atenuação por efeito de sombra e interferência. Podem ser classificados em dois grupos, os de pequeno alcance, e os de longo alcance.
Canais de rádio por satélite: Existem dois tipos de satélites usados para comunicação, satélites geoestacionários e satélites de baixa altitude. Os geoestacionarios ficam permanentemente sobre o mesmo lugar na Terra, estão a grandes distancias da Terra e causam atraso de propagação. Os de baixa altitude são posicionados muito mais próximos da Terra e não ficam permanentemente sobre um único lugar, giram ao redor da Terra.


    1. ISPs e backbones da Internet

Na Internet pública, redes de acessos situadas na borda da Internet são conectadas ao restante segundo uma hierarquia de níveis de ISPs. Os ISPs de acesso estão no nível mais baixo dessa hierarquia. No topo dela está um numero relativamente pequeno de ISPs denominados ISPs de nível 1, eles apresentam as seguintes características : conectam-se diretamente a cada um dos outros ISPs de nível 1, conectam-se a um grande numero de ISPs de nível 2 e a outras redes clientes, têm cobertura internacional. Esses ISPs também são conhecidos como redes de backbone da Internet.

Um ISP de nível 2 normalmente tem alcance regional ou nacional e conecta-se apenas a uns poucos ISPs de nível 1. Para alcançar uma grande parcela da Internet global, um ISP de nível 2 tem de direcionar o tráfego por um dos ISPs de nível 1 com o qual está conectado o qual é o provedor do cliente (ISP de nível 2). Uma rede de nível 2 também pode preferir conectar-se diretamente a outras redes de mesmo nível. Alguns provedores de nível 1 também são provedores de nível 2(integrados verticalmente). Quando dois ISPs estão ligados diretamente um ao outro são denominados peers um do outro.

Dentro de uma rede de um ISP, os pontos em que ele se conecta a outros ISPs são conhecidos como pontos de presença(POP). Um POP é simplesmente um grupo de um ou mais roteadores na rede do ISP com os quais roteadores em outros ISPs, ou em redes pertencentes a clientes do ISP, podem se conectar. Além de se conectarem entre si em pontos privados de formação de par, ISPs muitas vezes se interconectam em pontos de acesso de rede (NAPs), podendo cada um deles ser controlado e operado por alguma empresa privada de telecomunicações ou por um provedor de backbone de Internet, eles trocam enormes volumes de trafego entre muitos ISPs.

A topologia da Internet é complexa, consistindo em dezenas de ISPs de níveis 1 e 2 e milhares de ISPs de níveis mais baixos. A cobertura dos ISPs é bastante diversificada. Os ISPs de níveis mais baixos conectam-se a ISPs de níveis mais altos e estes se interconectam em pontos privadosde emparelhamento(onde ISPs de nível 1 fazem interconexão entre si) e NAPs(onde ISPs de nível 2 fazem interconexão entre eles mesmos e de nível 1).


    1. Atraso e perda em redes de comutação de pacotes

Quando um pacote viaja da sua origem para seu destino, ele sofre, ao longo do caminho, diversos tipos de atraso em cada nó(sistema final ou roteador) existente no caminho.




      1. Tipos de atraso

Um pacote é enviado do nó anterior por meio do roteador A até o roteador B, o roteador A possui um enlace de saída que o leva ao B, este enlace e precedido de uma fila(buffer). Quando o pacote chega em A, o roteador examina o cabeçalho do pacote para determinar o enlace de saída apropriado e então o direciona ao mesmo.


Atraso de processamento: O tempo requerido para examinar o cabeçalho do pacote e determinar para onde direcioná-lo é parte do atraso de processamento, que pode incluir outros fatores, como o tempo necessário para verificar erros em bits existentes. Geralmente esses atrasos são da ordem de microssegundos.
Atraso de fila: O pacote sofre um atraso de fila enquanto espera para ser transmitido no enlace. O tamanho desse atraso dependerá da quantidade de outros pacotes que chegaram antes e que já estiverem na fila. Se a fila estiver vazia, então o tempo de atraso de fila do pacote será zero, porém se o trafego estiver pesado e houver muitos pacotes também esperando, o atraso será longo.Esses atrasos são da ordem de micro a milissegundos.
Atraso de transmissão: Um pacote é transmitido depois que todos os pacotes que chegaram antes dele tenham sido enviados. O atraso de transmissão é L/R (onde L é o tamanho do pacote e R é a velocidade de transmissão do enlace do roteador A ao roteador B). Esta é a quantidade de tempo requerida para empurrar(transmitir) todos os bits do pacote para o enlace. Da ordem de micro a milissegundos.
Atraso de propagação: Assim que lançado no enlace, um bit precisa se propagar até o roteador B. O tempo necessário para propagar o bit desde o inicio do enlace até o roteador B é o atraso de propagação. O atraso de propagação é D/S (onde D é a distancia entre os dois roteadores e S é a velocidade de propagação do enlace).
Comparação entre atrasos de transmissão e de propagação: O atraso de transmissão é a quantidade de tempo requerida para o roteador empurrar o pacote para fora(não tem nada a ver com a distancia entre os dois roteadores) e atraso de propagação é o tempo que leva para um bit se propagar de um roteador ao outro(não tem nada a ver com o tamanho do pacote).
O atraso nodal(em um único roteador) é a soma de todos os atrasos.


      1. Atraso de fila e perda de pacote:

Quando o atraso de fila é grande ou insignificante?

Depende da intensidade de tráfego a qual é dada por L.A/R (onde L é o tamanho de todos os pacotes, A é a taxa média com que os pacotes chegam à fila e R é a taxa com que os bits são retirados da fila). Se a intensidade for maior que 1, então a velocidade média com que os bits chegam à fila excederá a velocidade com que eles podem ser transmitidos para fora, então a fila irá aumentar sem limite e o atraso tenderá ao infinito. Porém se a intensidade for próxima a zero, então as chegadas de pacotes serão poucas e bem espaçadas e é improvável que um pacote que esteja chegando encontre outro na fila.
Perda de pacote: Quando um pacote chega e encontra uma fila cheia, sem espaço disponível para armazena-lo, o roteador descartará esse pacote, isto é, ele será perdido.


      1. Atraso e rotas na Internet

Utilizando o Traceroute, o caminho da origem ao destino será mostrado, onde os pacotes passam por uma série de roteadores. O resultado é formado por seis colunas, a primeira indica o numero do roteador ao longo da rota, a segunda o nome delem a terceira o endereço do roteador, as três ultimas indicam os atrasos de ida e volta para as três tentativas



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