Introdução à Redes

A Internet

Milhões de dispositivos de computação conectados rodando aplicações de rede. Dispositivos denominados roteadores encaminham pacotes (pedaços de dados) através da internet.

Protocolos

Definições de formato e sequência para a transmissão e recepção de mensagens por meio da rede.

Borda da rede

Os dispositivos ligados à internet por meio dos quais é feito o contato com um meio exterior a esta.

Enlace físico

Denominação dada ao meio de transmissão de dados entre transmissor e receptor quaisqueres.

Meio guiado: sinais se propagam por um meio sólido, como o cobre ou a fibra ótica.

Meio não guiado: sinais se propagam livremente, por exemplo, em sinais de rádio.

Ethernet

Tecnologia de enlace físico amplamente difundida de conexão à internet via cabeamento.

Núcleo da rede

O conjunto de roteadores interconectados que, juntos, transmitem dados entre dispositivos na borda da rede. A transferência de dados por meio destes pode se dar de duas formas:

comutação de circuitos: o circuito é dedicado a uma única chamada, por exemplo, como ocorre na rede telefônica. Esta modalidade exige um processo prévio de reserva do circuito para a realização da chamada, à partir de então o desempenho do circuito é garantido. Não obstante, o uso intermitente ou o não uso do recurso encarreta no desperdício deste recurso.

O uso compartilhado deste circuito pode ser feito com os diversos usuários se comunicando em frequências distintas ao mesmo tempo (FDM) ou, senão, em uma mesma frequência em intervalos intercalados e regulares (TDM).
comutação de pacotes: o circuito é dedicado ao repasse intermitente de pacotes de dados de origens e destinações diversas. Quando isto é feito de forma desordenada, chama-se de mutiplexação estatística. Esta forma de uso da rede, que se dá por demanda, permite que um número maior de usuários faça uso dela ainda que o desempenho da comunicação possa variar em função do congestionamento de pacotes.

Estrutura da rede

Roteadores podem ser classificados em função da abrangência de comunicações as quais abarcam:

ISP nível 1: Nacional e internacional;
ISP nível 2: Regional;
ISP nível 3: Local.

Atraso e perda de pacotes

Em um roteador, conforme pacotes recebidos se acumulam, estes são armazenados em buffers. O atraso no envio do pacote em cada nó $d_{nodal}$se dá por:

$$ d_{nodal} = d_{proc} + d_{fila} + d_{trans} + d_{prop}

Sendo,

d_{proc}: atraso de processamento, em função da checagem da integridade do pacote e a determinação do próximo roteador a enviá-lo;
d_{fila}: atraso de enfileiramento;
d_{trans}: atraso de transmissão, dado pela razão entre o tamanho do pacote (usualmente dado em bits) e a largura de banda do enlace (usualmente dada em bits por segundo);
d_{prop}: atraso de propagação, dado pela razão entre a distância do enlace físico e a velocidade de propagação do sinal neste meio;

Não havendo buffers disponíveis no roteador a receber o pacote, ou se no processamento deste determina-se que o mesmo foi corrompido, este é descartado (perda).

Largura de banda

Taxa de transmissão de dados de um dado enlace, usualmente dada em bits por segundo. Essa largura de banda pode ser dedicada, entre um par de nós, ou compartilhada, entre um conjunto de nós conectados à um mesmo nó. Neste último caso, o protocolo de conexão necessita gerenciar a conexão afim de evitar colisões ou congestionamento para o envio dos dados.

Vazão

A taxa de transmissão de dados entre dados emissor e receptor, esta pode ser a:

instantânea: em um intervalo de tempo que tende à zero;
média: no intervalo de tempo do envio.

Esta é limitada pelo enlace com menor largura de banda (gargalo) no circuíto. Usualmente, este é um roteador de borda.

Camadas de protocolo

Em redes, diversos serviços interdependentes se encontram presentes a organização destes cada qual em uma camada de protocolo modulariza a operacionalização da rede, fazendo com que a manutenção ou modificação de um deste serviços não venha a afetar a estrutura do restante do sistema. No modelo ISO/OSI para a internet, vemos a seguintes camadas de serviço:

classDiagram
class Camadas {
    Aplicação
    Transporte
    Rede
    Enlace
    Física
}