Aula 3-nucleo da rede

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O núcleo da rede
● É a rede de comutadores de 
pacotes e enlaces que 
interconectam os sistemas 
finais da Internet 
 
Comutação de circuitos e 
Comutação de pacotes
● Existem duas abordagens fundamentais para a 
locomoção de dados através de uma rede de enlaces e 
comutadores
– Comutação de circuitos
● Os recursos necessários ao longo de um caminho 
para prover comunicação entre sistemas finais são 
reservados pelo período de uma sessão de 
comunicação entre os sistemas finais
– Comutação de pacotes
● Os recursos não são reservados, são por demanda 
e como consequência poderão ter de esperar 
(entrar em uma fila) para conseguir acesso ao 
enlace de comunicação
 
Comutação de circuitos e 
Comutação de pacotes
● Na comutação de circuito a utilização dos recursos é 
permanente durante toda a sessão
– Apropriado para sistemas de comunicações que 
apresentam tráfego constante (ex: sistema telefônico)
● A comutação de pacotes é usada pata otimizar a largura 
de banda da rede. Porque?
● Analogia: Jantar em um restaurante
– Podemos ligar e reservar uma vaga de casa 
(comutação de circuitos)
– Ou apenas aparecer no restaurante e ter a chance de 
encarar uma fila
 
Comutação de circuitos
● Na comutação de circuitos ocorrem três fases:
– Estabelecimento do circuito: antes que os terminais 
(telefones) comecem a se comunicar, há a reserva de 
recurso necessário para essa comunicação, esse 
recurso é a largura de banda.
– Transferência da voz: ocorre depois do 
estabelecimento do circuito, com a troca de 
informações entre a origem e o destino.
– Desconexão do circuito: terminada a comunicação, 
a largura de banda é liberada em todos os 
equipamentos de comutação.
● Problema: canal pode ser mal utilizado
 
Comutação de circuitos
● Exemplo
● Explique a escolha de um caminho.
 
Comutação de circuitos
● FDM – Frequency Division Multiplexing
● A divisão em canais de frequência cria circuitos virtuais 
com banda mais estreita que o canal do comutador com 
a rede, de forma que a soma de todos circuitos é igual 
ou menor à banda do comutador
 
Comutação de circuitos
● TDM – Time Division Multiplexing
● A divisão de canais no tempo gera circuitos virtuais entre 
os terminais e o roteador
● Este possui um ciclo de tempo em que deve se 
comunicar com todas estações
● Para tanto, o tempo é alocado igualmente para cada 
terminal comunicar-se.
 
Comutação de pacotes
● Pacotes são comutados pelos enlaces da Internet com 
taxa igual à de transmissão total do enlace
● A cada comutador de pacotes estão ligados vários 
enlaces
– Para cada enlace, existe um buffer de saída (fila), que 
armazena pacotes prestes a serem enviados
● Atrasos
– Congestionamento (lentidão)
– Buffer cheio (descarte)
 
Comutação de pacotes
● Exemplo
● O que acontece quando um enlace mais lento recebe 
outros enlaces mais rápidos? Ex: A e B para o E
 
Comutação de pacotes vs
Comutação de Circuitos
● Exercício:
– Discutam a respeito de qual o mais eficiente para a 
Internet, utilizando o que aprendemos até aqui.
 
Comutação de pacotes vs
Comutação de Circuitos
● Atrasos fim-a-fim e imprevisibilidade tornam a comutação 
de pacotes menos eficiente para sistemas de tempo real
● Porém oferece melhor compartilhamento de banda e sua 
implementação é mais simples e barata
● Por que comutação de pacotes é mais eficiente?
– “Suponha que usuários compartilhem um enlace de 
1Mbps. Suponha também que cada usuário alterne 
períodos de atividade, quando gera dados a uma taxa 
constante de 100 kbps, e de inatividade, quando não 
gera dados. Suponha ainda que o usuário esteja ativo 
apenas 10% do tempo. Com comutação de circuitos, 
devem ser reservados 100 kbps para cada usuário 
durante todo o tempo.” E na comutação de pacotes?
 
Como os pacotes percorrem as redes de 
comutadores de pacotes?
● Na Internet, cada pacote que atravessa a rede contém o 
seu endereço de destino em seu cabeçalho
● Quando chega a um roteador, é examinado o endereço 
destino e o pacote é enviado a um roteador adjacente 
mais próximo do destino final
● Para tal existem diversos algoritmos (serão abordados e 
estudados mais para frente)
– Algoritmos podem detectar o caminho mais curto
 
ISPs e Backbones da Internet
● Sistemas finais conectam-se a Internet através dos ISPs
● Na Internet, redes de acessos situadas na borda da 
Internet são conectadas ao restante da rede segundo 
uma hierarquia de níveis ISPs 
 
ISPs e Backbones da Internet
● ISPs de nível 1 são especiais
– Velocidades de seus enlaces é mais elevada
– Conectam-se diretamente a cada um dos outros ISPs 
de nível 1
– Conectam-se a um grande número de ISPs de nível 2 
e a outras redes clientes
– Cobertura internacional
● São conhecidos como redes de backbone da Internet 
(Sprint, AT&T, etc)
● ISPs nível 2 normalmente tem alcance regional ou 
nacional
 
ISPs e Backbones da Internet
● Dentro da rede de um ISP, os pontos em que ele se 
conecta a outros ISPs são conhecidos como pontos de 
presença (points of presence – POP)
● POP é um grupo de um ou mais roteadores na rede do 
ISP com os quais roteadores em outros ISPs, podem se 
conectar
– POP – MS: http://www.pop-ms.rnp.br/pms/
– https://www.rnp.br/servicos/conectividade/trafego
http://www.pop-ms.rnp.br/pms/
 
ISPs e Backbones da Internet
 
ISPs e Backbones da Internet
● Estatísticas do POP – MS
 
ISPs e Backbones da Internet
Pesquisem
Sobre redeIpê
 
Atraso, perda e vazão em redes de 
comutação de pacotes
● A Internet fornece serviços a aplicações distribuídas que 
são executadas em sistemas finais
– Idealmente a transferência de dados seria imediata, 
sem nenhuma perda
– Na realidade: restringem a vazão (quantidade de 
dados por segundo que podem ser transferidos) entre 
sistemas finais, apresentam atrasos entre sistemas 
finais e podem perder pacotes 
 
Atraso em redes de computadores
● Um pacote começa em um sistema final (origem), passa 
por uma série de roteadores, e termina em outro sistema 
final (destino)
● A cada nó da rede que passa, sofre atraso
● Atraso nodal total
– Atraso de processamento nodal
– Atraso da fila
– Atraso de transmissão
– Atraso de propagação
 
Atraso em redes de computadores
● Cabeçalho no pacote determina o enlace de saída 
apropriado
● Existe um buffer para o enfileiramento
 
Atraso de processamento
● O tempo requerido para examinar o cabeçalho do pacote 
e determinar para onde direcioná-lo é parte do atraso 
de processamento
● Outros fatores
– Tempo necessário para verificar os erros em bits 
existentes no pacote que ocorreram durante a 
transmissão dos bits desde o nó anterior ao roteador 
A
● Atrasos de processamento em roteadores de alta 
velocidade são da ordem de microsegundos
● Depois desse processamento nodal, o roteador direciona 
o pacote à fila que precede o enlace com o roteador B
 
Atraso de fila
● O pacote sofre um atraso de fila enquanto espera para 
ser transmitido no enlace 
● Atraso depende da quantidade de pacotes em espera
– Se fila for vazia, atraso de fila é igual a zero
– Se estiver cheia, espera depende da quantidade de 
pacotes a sua frente
– Normalmente utilizado FCFS 
 
Atraso de transmissão
● Denominando o tamanho do pacote como L bits
● E a velocidade de transmissão do enlace do roteador A 
ao roteador B como R bits/s
– R depende do meio (ex: enlace Ethernet de 100 
Mbps)
● O atraso de transmissão é L/R 
 
Atraso de propagação
● Assim que lançado no enlace, um bit precisa de 
propagar até o roteador B
● O tempo necessário para propagar o bit, desde o início 
do enlace até o roteador B é o atraso de propagação
● O bit se propaga à velocidade de propagação do enlace, 
a qual depende do meio físico
● Quanto maior a distância, maior o atraso de propagação
●O de propagação é a distância entre dois roteadores 
dividida pela velocidade de propagação: d/s (onde d é a 
distância e s é a velocidade de propagação do enlace) 
 
Atraso de fila perda de pacote
● Quando o atraso da fila é grande e quando é 
insignificante?
– R: basicamente, depende da velocidade de 
transmissão do enlace
● A fila é finita, e caso esgote seu espaço, pacotes são 
descartados – perda de pacote
● A fração de pacotes perdidos aumenta com o aumento 
da intensidade de tráfego. Porque?
 
Atraso fim a fim
● Até agora falamos de atraso em um nó
● Agora suponha que haja N – 1 roteadores entre uma 
máquina origem e destino
– O atraso fim a fim seria o atraso de todos os nós, 
onde cada nó possui atrasos de processamento, fila, 
transmissão e propagação
D = N (d_proc, d_trans + d_prop + d_fila)
– D é atraso
– d_fila pode não existir
 
Traceroute
● Programa de diagnóstico que pode ser executado em 
qualquer máquina da Internet
● Permite descobrir o caminho feito pelos pacotes desde a 
sua origem até o seu destino
● Pode ser utilizado, por exemplo, para detectar falhas em 
nós intermediários que descartam pacotes
● O programa reporta o atraso “viagem” do pacote entre 
origem e destino
– Assim podemos determinar o atraso total
 
Vazão nas redes de computadores
● A vazão fim a fim é uma medida de desempenho 
importante nas redes de computadores
● Também chamado de throughput
● Quantidade de dados transmitidos por um tempo 
● Ex: vazão entre servidor/cliente
 
Vazão nas redes de computadores
● Se quisermos baixar um arquivo MP3 de F = 32 milhões 
de bits
– Servidor tem taxa de transmissão R_s = 2 Mbps
– Seu enlace de acesso é de R_c = 1 Mbps
– Qual é o tempo necessário para transferir o arquivo?
R: 32 segundos
 
Vazão nas redes de computadores
● A) Na Internet, o núcleo da rede é sempre muito mais 
rápido do que a periferia. Assim o acesso a rede é o fator 
 coercivo para vazão.
● B) Exemplo de como o 
gargalo pode ser entre 
enlaces compartilhados 
no núcleo, e não mais
 nas redes de acesso
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