Resumo P1 redes

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Resumo P1
-Cap 1
Definição de um protocolo
Classificação das Redes de Computadores
Elas podem ser classificadas de acordo com seu alcance geográfico:
Redes são ditas confinadas quando as distancias entre os módulos processadores são menores que alguns poucos metros.
Redes Locais de Computadores (LANs) são sistemas cuja distância entre os nodos processadores está na faixa de alguns poucos metros a alguns poucos quilômetros.
Redes Metropolitanas (MANs) são sistemas que cobrem a área de uma cidade.
Sistemas cuja dispersão é maior do que alguns quilômetros são chamadas Redes Geograficamente Distribuídas (WANs).
Redes Locais (LANs)
Permite a interconexão de equipamentos de comunicação de dados numa pequena região que são distancias entre 100m e 25km.
Embora as limitações associadas as técnicas utilizadas em redes locais não imponham limites a essas distancias.
Outras características típicas
Altas taxas de transmissão (de 10 Mbps a Gbps)
Baixas taxas de erro (de 10-8 a 10-11)
Redes Metropolitanas (MANs)
Cobrem uma cidade com distancias abaixo de 200 Km.
Necessita a intervenção de operadoras públicas.
Redes de Longa Distância ou Redes Geograficamente Distribuidas (WANs)
Necessita a intervenção de operadoras públicas.
Face a várias considerações em relação ao custo
É utilizado um arranjo topológico especifico e diferente daqueles utilizados em redes locais.
Caminhos alternativos devem ser oferecidos de forma a interligar os diversos módulos por questão de confiabilidade.
Classificação por escala:
Estrutura da rede
Borda da rede: aplicações e hospedeiros (hosts).
Núcleo da rede: roteadores, rede de redes.
Redes de acesso, meio físico: enlaces de comunicação.
Borda da rede
Sistemas finais (hosts):
Rodam programas de aplicação. Ex: WWW, email…
Modelo cliente/servidor:
Host cliente faz os pedidos que são atendidos pelos servidores. Ex: browser/servidor.
Modelo peer-peer:
Interação simétrica entre os hosts. Ex: uTorrent.
Borda da rede: serviço orientado a conexões
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais.
Handshaking: inicialização da transf. De dados.
TCP: serviço orientado a conexão da Internet.
Transferência de dados através de um fluxo de bytes ordenados e confiável.
Controle de fluxo
Controle de congestionamento
Borda da rede: serviço sem conexão
Objetivo: transferência de dados entre sistemas finais.
UDP: serviço sem conexão da Internet.
Transferência de dados não confiável. 
Não controla o fluxo, nem congestionamento.
Aplicações que usam TCP:
HTTP, FTP, Telnet, SMTP.
Aplicações que usam UDP:
Streaming media, teleconferência, telefonia Internet
O núcleo da rede
Malha de roteadores interconectados
Responsáveis por encaminhar os dados da origem ao destino.
Comutação: processo de alocação de recursos para a transmissão.
Tipos de comutação 
Comutação de mensagens
Comutação de pacotes
Comutação de circuitos: circuito dedicado por chamada (ex: rede telefônica)
Comutação de mensagens
Dado é completamente enviado em uma mensagem ao longo de uma rota da fonte ao destino.
Cada mensagem usa toda a banda disponível ao ser transmitida.
Em cada nó do caminho, a mensagem é primeiro armazenada, e depois passada a frente, ao próximo nó
Quando o canal de transmissão que liga esses nós estiver disponível.
Mensagem pode monopolizar o enlace por muito tempo
Provoca atrasos grandes de transmissão de outras mensagens
Mensagem de 7,5MB transmitido em uma rede de 10Mbps:
Mensagem é serializada em (7,5*1024*1024*8)/10M = 6,29s
Atravessando 4 roteadores => 25,17s
Comutação de pacotes
Mensagem é quebrada em quadros ou pacotes antes da transmissão ser efetuada
Cada pacote usa toda a banda disponível ao ser transmitido
Transmissão de cada pacote pode ser feita por um único caminho ou por caminhos diferentes sendo a mensagem reagrupada quando chega ao destino
Mensagem de 7,5MB transmitido como 5000 pacotes de 1500 B em uma rede de 10Mbps:
Pacote é serializado em 1,2ms (1500*8/10M)
Atravessando 4 roteadores => 5000*1,2ms + 3*1,2ms = 6s
Comutação de pacotes: Contenção de recursos
A demanda agregada por recursos pode exceder a capacidade disponível
Armazenar-e-retransmitir: pacotes se movem de um roteador para o outro antes de serem retransmitidos
Espera vez no enlace (aguardando em filas de encaminhamento)
Transmite no enlace
Congestionamento: filas de pacotes, aumento do tempo de envio, perda de pacotes
Comutação de circuito
São reservados os recursos necessários ao longo de um caminho (buffers, taxa de transmissão de enlaces) para prover a comunicação entre os sistemas finais pelo período da sessão de comunicação.
Circuito é implementado em um enlace por Multiplexação por Divisão de Frequência (FDM) ou Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM).
Alocação de um canal para a comunicação 
Garante taxa de transmissão
Comutação de mensagens e de pacotes
Não existe a alocação de um canal dedicado da estação fonte a destino
Otimiza o uso dos meios de comunicação
Tentando evitar a monopolização de todo o caminho durante uma conversação.
Não há garantias de taxa
Roteamento
A escolha do caminho fim a fim entre o modulo de origem ao nó de destino
Necessária a definição de mecanismos de endereçamento
Tipos de roteamento
A priori, antes do envio de dados
É estabelecida uma rota entre os nós de origem e destino por onde deverão transitar as mensagens enquanto perdurar a conexão.
Passo a passo
Cada nó intermediário do caminho é responsável pela escolha do próximo nó do caminho no instante que recebe a mensagem a despachar.
Baseado na existência de tabelas de rotas nos roteadores
Caminho de transmissão é escolhido dinamicamente
Com base nas condições da rede
Rede é capaz de contornar efeitos adversos: um canal ou dispositivo de comunicação sobrecarregado, ou ainda uma falha de componentes
Rede de redes
Rede quase hierárquica
Provedores de Backbone nacionais/internacionais (NBPs) – “tier-1”
Ex: Embratel, Oi
POP: Pontos de Presença
Pontos de acesso regionais
Local onde uma rede permite acesso a sub-redes e a provedores de serviços locais
Oferece serviço a Internet
Um pacote passa através de diversas redes
-Cap 2
Topologias das WANs
Primeira Solução: Topologia Totalmente Ligada
Todas as estações são interligadas duas a duas entre si através de um caminho físico dedicado
Enlaces utilizados poderiam ser ponto a ponto com comunicação full-duplex
Embora essa topologia apresente maior grau de paralelismo de comunicação, torna-se quase sempre impraticável em redes com grande número de estações e fisicamente dispersas.
Numa rede com N estações seriam necessárias: N(N-1)/2 ligações ponto a ponto para que se pudesse conectar todos os pares de estações através de linhas dedicadas.
Custo do sistema cresceria com o quadrado do número de estações.
Segunda solução: Topologia em Anel
Procura-se diminuir ao máximo o número de enlaces
Utiliza-se ligações ponto a ponto que operam num único sentido da transmissão (ligação simplex), fazendo com que o anel apresente uma orientação ou sentido único de transmissão.
Fatores limitantes:
Aumento de pontos intermediários entre os pontos finais de comunicação
Inexistência de caminhos alternativos para o trafego das mensagens
Considerando as limitações de confiabilidade e velocidade é preciso criar caminhos redundantes.
Terceira solução: Topologia Parcialmente Ligada
Topologia intermediaria usada na maioria das redes geograficamente distribuídas
Possui caminhos redundantes
Caso em que estações sem conexão física direta desejem se comunicar
Mensagem é encaminhada para alguma outra estação que possa fazer a entrega da mensagem para a estação de destino
Processo pode se repetir várias vezes, de forma que uma mensagem pode passar por vários sistemas intermediários até ao seu destino final
Topologias das Redes Locais e Metropolitanas
Topologia Física
Decorre do modo como a rede se apresenta instalada noespaço a ser coberto
Topologia Lógica 
Decorre do modo como as estações vão se comunicar entre si, fazendo o fluxo de mensagem
Topologia Física em Estrela
Topologia
Cada nó é interligado a um nó central (mestre) através do qual todas as mensagens devem passar
Nó central
Pode ter tanto função de gerencia de comunicação como facilidades de processamento de dados
Pode ter como única função o gerenciamento das comunicações
Cuja função é chaveamento (ou comutação) entre as estações 
Comumente é um concentrador (hub) ou switch
Hub
Periférico que repete para todas as suas portas os pacotes que chegam
Topologia fisicamente será em estrala, porem logicamente ela é uma rede de topologia de barra
Existe o problema de colisão e disputa para ver qual estação utilizara o meio físico
Ethernet: usa CSMA/CD
Switch
Rede será fisicamente e logicamente em estrela
Periférico com a capacidade de analisar o cabeçalho de endereçamento dos pacotes de dados
A rede torne-se mais segura e muito mais rápida
Elimina problemas de colisão 
Duas ou mais transmissões podem ser efetuadas simultaneamente
Vantagens
Confiável quanto aos hospedeiros
Facilidade de manutenção 
Facilidade de identificação de problemas
Facilidade de ampliação
Desvantagens
Custo, precisa de mais cabos
Confiabilidade, falhas no nó central ocasiona a parada total do sistema
Modularidade, configuração pode ser expandida até um certo limite imposto pelo nó central
Desempenho, desempenho é limitado pela capacidade de processamento do nó central
Topologia em Anel
Topologia
Nós vão-se ligando uns aos outros formando um anel
Cabo não tem inicia nem fim
Cada estação funciona como repetidor
Padrão mais conhecido é o Token Ring
Vantagens
Baixo consumo de cabo
Regeneração do sinal em cada nó permite cobrir maiores áreas
Problema
Vulnerabilidade a erros e pouca tolerância a falhas
Alternativa para contornar os problemas
Uso de estação monitora
Permite iniciar o anel, enviar mensagens de teste e diagnostico e outras tarefas de manutenção
Pode ser uma estação dedicada ou uma estação qualquer na rede que assuma estas funções
Topologia Física em Barramento
Topologia
Todas as estações se ligam ao mesmo meio de transmissão
Características
Quando uma estação lança um sinal na rede ele percorre em ambas as direções atingindo a todos os nós
Existe um mecanismo de controle de acesso ao barramento, uma forma de multiplexação no tempo do barramento
Confiabilidade melhorada usando concentradores (hubs)
Facilita a localização e o isolamento de falhas
Escalabilidade, Hubs podem ser interconectados de forma a expandir a rede
-Cap 3
Comparação entre Arquiteturas OSI e TCP/IP
Proposito geral dos modelos
RM-OSI
Define formalmente os serviços de cada camada, interface entre camadas e os protocolos
Alguns dos serviços definidos para as camadas são opcionais
Flexibilidade tem aspectos positivos, mas pode levar a situações onde dois sistemas em conformidade com a arquitetura OSI não consigam se comunicar.
Arquitetura TCP/IP
Objetivo é resolver um problema prático: interligar redes com tecnologias distintas
Foi desenvolvido um conjunto especifico de protocolos que resolveu o problema de forma bastante simples e satisfatória.
Inflexibilidade da arquitetura Internet TCP/IP é uma das principais razoes de seu sucesso
Camada de Redes é o protocolo IP: fato de um sistema utilizar ou não o protocolo IP foi usado inclusive para distinguir os sistemas que “estão na Internet” dos que não estão
Camada de transporte: Protocolos TCP e UDP
Camada de Sessão e Apresentação do RM-OSI
Na arquitetura Internet as funções destas camadas foram levadas para o aplicativo (camada aplicação)
Desenvolvedor é responsável por implementar funcionalidades
Se não são necessárias reduz a sobrecarga destas camadas, reduz o atraso de encaminhamento e taxa de bits
Desconsiderando a sobrecarga das camadas
Abordagem da ISO é mais razoável, no sentido em que permite uma maior reutilização de esforços durante o desenvolvimento de aplicações distribuídas.
Arquitetura Internet é um padrão de fato
Pelo fato de implementações de seus protocolos terem sido a primeira opção de solução não-proprietária para a interconexão de sistemas
Arquitetura ISO é um padrão de direito (de jure)
Estrutura organizacional da ISO com membros representando vários países
Aumenta o tempo de desenvolvimento dos padrões
Confere aos mesmos uma representatividade bem maior
-Cap 4: Introdução
Os protocolos da camada de aplicação definem:
Tipos de mensagens trocadas
Sintaxe dos tipos das mensagens
Semântica dos campos
Regras para quando os processos enviam e respondem as mensagens
Aplicações de rede: Jargão
Um processo é um programa que roda em um host
Dentro do mesmo host os processos se comunicam usando comunicação inter-processos fornecido pelo SO.
Processo rodando em diferentes hosts se comunicam via protocolo do nível aplicação enviando e recebendo mensagens de suas portas.
Socket
Um processo envia/recebe mensagens para/de seu socket
O socket é análogo a uma porta
O processo de envio confia na infraestrutura de transporte no outro lado da porta que leva a mensagem para o socket no processo de recepção
API entre a camada de aplicação e a camada de transporte. Desenvolvedor:
Cria o programa (processo)
Escolhe o protocolo de transporte
Fixa alguns parâmetros da camada de transporte
Endereçamento de processos
Para um processo se comunicar com outro, o processo originador tem de identificar o processo destinatário.
Para identificar o processo destinatário deve-se especificar:
Node ou endereço da máquina hospedeira
Identificador que especifique a identidade do processo destinatário no hospedeiro de destino (número da porta)
Endereçamento da máquina hospedeira
Através do endereço IP (valor de 32bits [IPv4])
Identifica unicamente uma máquina na Internet
Mais correto: identifica exclusivamente a interface que liga o hospedeiro a rede
Identificação do processo na máquina hospedeira
Através do número da porta
Alguns números de portas foram reservados para aplicações mais populares
-Cap 4: DNS
Domain Name System:
Base de dados distribuída
Implementada em uma hierarquia de muitos servidores de nomes
Protocolo de camada de aplicação
Permite que hospedeiros, roteadores se comuniquem com servidores de nomes para resolver nomes (tradução endereço/nome)
Utiliza o protocolo UDP e usa a porta 53
Outros serviços:
Apelidos para hospedeiros (aliasing)
Apelido para o servidor de Emails
Distribuição de carga
Por que não centralizar o DNS?
Ponto único de falha
Volume de trafego
Base de dados centralizada e distante
Manutenção (da BD)
Não é escalável
Nenhum servidor mantem todos os mapeamentos nome-para-endereço IP
Servidor de nomes local:
Cada provedor, empresa tem servidor de nomes local
Pedido DNS de hospedeiro vai primeiro ao servidor de nomes local
Servidor de nomes autorizados:
Servidores DNS de organizações, provêm nome de hospedeiro autorizado para mapeamentos IP para servidores de organizações 
Podem ser mantidos por uma organização ou provedor de serviços
Servidor de nomes local
Conhecido por cada host
Cada computador deve conhecer o endereço IP do servidor DNS local
Ponto de partida para pedidos de tradução
Caso o computador não souber o endereço IP de uma máquina ela envia uma solicitação ao servidor DNS local
Servidor DNS autorizado
Todo hospedeiro está registrado em um servidor de nomes autorizado
Um servidor de nomes do ISP local do hospedeiro
Um servidor de nomes possui autoridade para um hospedeiro se ele tem sempre um registro DNS que traduz o nome do hospedeiro para o endereço IP do hospedeiro
Muitos servidores de nomes agem como servidores de nomes locais e também como servidores de nomes autorizados
Servidores top-level domain (TLD)
Responsáveis pelos domínios com, org, net, edu, etc. e todos os domínios top-level nacionais ud, fr, ca, jp.
Tipos:
gTLD's (Generic Top Level Domains) domíniogenéricos usados no mundo todo
ccTLD’s (Country Code Top Level Domains) extensões de domínios administrados pelos países.
Servidor de nome raiz
Contactado pelo servidor de nomes local que não consegue resolver o nome
O servidor Raiz possui uma tabela que indica qual DNS será responsável pela resolução dos domínios para cada extensão de domínio (TLD) diferente
Exemplo simples de DNS
Tipos de consulta:
Consulta recursiva
Transfere a tarefa de resolução do nome para o servidor de nomes consultado
Coloca peso da resolução de nome sobre o servidor de nomes contactado
Carga pesada?
Consulta encadeada (repetida)
Servidor contatado responde com o nome de outro servidor de nomes para contato
“Eu não sei isto, mas pergunte a este servidor”
Cacheamento
Uma vez que um servidor de nomes aprende um mapeamento, ele armazena o mapeamento num registro do tipo cache (expira em dois dias)
…pulei um monte de coisa…
Segurança
O DNS pode ser aproveitado para ações ilegais
Um modo de fazer isso é induzir um nome a apontar para um endereço diferente do correto (envenenamento)
DNSEC
Devido a problemas como o mencionado anteriormente, a IETF criou esta extensão do DNS
Ela autentica as informações do DNS e garante que as mesmas são autenticas e integras.
Sua adoção depende de cada Top Level Domain.
-Cap 4: HTTP
Protocolo HTTP
Usa serviço de transporte TCP:
Cliente inicia conexão TCP (cria socket) com servidor, porta 80
Servidor aceita conexão TCP do cliente
Mensagens HTTP trocadas entre browser e servidor Web
Encerra conexão TCP
HTTP é “sem estado”
Servidor não mantem informação sobre pedidos anteriores do cliente
Conexões não-persistentes
HTTP/1.0 utiliza conexões não persistentes
Conexão TCP é fechada após o servidor HTTP enviar o objeto
Desvantagens:
Uma conexão deve ser estabelecida por objeto
Necessário alocar buffers no TCP e manter variáveis do TCP tanto no cliente quanto no servidor
Atraso na transferência dos objetos
Partida lenta do TCP causado pelo controle de congestionamento
Conexões podem ser em serie ou paralelo
Sobrecarrega servidores que atendem vários clientes ao mesmo tempo
Conexões paralelas reduzem o atraso
Conexões persistentes
Default para o HTTP/1.1
Servidor deixa a conexão TCP aberta após o envio da resposta
Conexão é fechada após um certo tempo de inatividade
Duas versões:
Sem paralelismo: cliente lança uma nova requisição somente quando a resposta prévia é recebida
Com paralelismo: cliente pode lançar pedidos sem respostas previas
Vantagem:
Reduz o problema de partida lenta do TCP
Reduz o atraso
Desvantagens da sem paralelismo
Conexão TCP fica pendurada enquanto resposta não é recebida
Vantagens da com paralelismo
Conexão fica pendurada por um menor tempo
Modelagem do tempo de resposta
Definição de RTT (Round Trip Time): 
Intervalo de tempo entre a ida e a volta de um pacote entre um cliente e um servidor.
Tempo de resposta:
Um RTT para iniciar a conexão TCP
Um RTT para o pedido HTTP e o retorno dos primeiros bytes da resposta HTTP
Tempo de transmissão do objeto (página, imagem, etc)
Total: 2RTT + Tempo de transmissão do objeto
Mensagem de Pedido HTTP: 
HTTP/1.0
Método GET: 
Solicita objeto especificado
Método Post:
Usando quando o usuário preenche um formulário
Método Head:
Similar ao método GET mas o servidor envia a resposta sem o objeto solicitado
HTTP/1.1
Métodos GET, POST, HEAD
Método PUT:
Envia o arquivo no corpo da entidade para o caminho especificado no campo de URL
Método DELETE:
Apaga o arquivo especificado no campo da URL
Outros:
TRACE: Ecoa o pedido, de maneira que o cliente possa saber o que os servidores intermediários estão mudando em seu pedido.
OPTIONS: Recupera os métodos HTTP que o servidor aceita.
CONNECT: Serve para uso com um proxy que possa se tornar um túnel SSL
Mensagem de Reposta HTTP:
Códigos de status:
1xx: Informação
2xx: Sucesso
3xx: Redirecionamento
4xx: Erro no cliente
5xx: Erro no servidor
Interação usuário-servidor: autenticação
.htpasswd
Arquivo que servirá como base para as senhas
.htaccess
Arquivo de orientação/leitura utilizado pelo servidor Apache
Interação usuário-servidor: cookies
Interação usuário-servidor: GET condicional
Meta: não enviar objeto se cliente já tem (no cache) versão atual
Web Caches (proxy server)
Meta: satisfazer pedido do cliente sem envolver o servidor de origem
Protocolo HTTPS
Implementação do protocolo HTTP sobre uma camada SSL ou do TLS
Permite que os dados sejam transmitidos através de uma conexão criptografada e que se verifique a autenticidade do servidor e do cliente através de certificados digitais.
Porta TCP usada por norma para o protocolo HTTPs é a 443
Redes de distribuição de conteúdo (CDNs)
Os provedores de conteúdo são os clientes da CDN
Replicação de conteúdo:
A empresa da CDN instala centenas de servidores através da Internet
A CDN replica o conteúdo de seus clientes nos servidores CDN. Quando o provedor atualiza o conteúdo, a CDN atualiza seus servidores.
Seleção do Servidor
Como redirecionar o cliente para um servidor particular?