Redes de Computadores

Função da camada de transporte, distinção entre camada de transporte e de rede, analogia das casas e cartas, e introdução aos protocolos TCP e UDP.

Como um host gerencia múltiplos fluxos de dados: multiplexação no emissor, demultiplexação no receptor, demux UDP (porta destino) e demux TCP (4-tupla).

O UDP como protocolo de melhor esforço: vantagens (baixa latência, sem handshake, cabeçalho pequeno), casos de uso (streaming, DNS, SNMP, HTTP/3), estrutura do segmento e mecanismo de checksum.

Desenvolvimento incremental dos protocolos RDT (rdt1.0 a rdt3.0) com FSM, ACKs, NAKs, números de sequência e temporizadores. Problema de desempenho do stop-and-wait e soluções com pipeline: Go-Back-N (GBN) e Repetição Seletiva (SR).

Introdução ao TCP: protocolo ponto-a-ponto, full-duplex, com fluxo confiável e ordenado de bytes. Estrutura do segmento TCP, números de sequência e ACK cumulativo, estimativa de RTT com EWMA, timeout adaptativo e cenários de retransmissão.

Controle de fluxo com rwnd e persist timer. Gerenciamento de conexão: handshake de 3 vias (SYN/SYNACK/ACK), problemas do handshake de 2 vias, encerramento gracioso (FIN/ACK, TIME_WAIT) e encerramento abrupto (RST).

Custos do congestionamento, três cenários progressivos, abordagens fim-a-fim e assistida pela rede. AIMD, Slow Start, Prevenção de Congestionamento, Recuperação Rápida, TCP CUBIC (padrão Linux) e controle baseado em atraso com BBR (Google).

ECN (Explicit Congestion Notification): marcação de pacotes em vez de descarte. Equidade TCP (fairness) e limites com UDP e conexões paralelas. QUIC: arquitetura sobre UDP, handshake em 1 RTT, streams independentes e resolução do HOL blocking no HTTP/3.

Conceitos de repasse (switching) e roteamento (routing), a diferença entre os planos de dados e de controle, e uma análise crítica do modelo de serviço de melhor esforço da Internet, comparando-o com outros modelos e arquiteturas que oferecem garantias de Qualidade de Serviço (QoS).

Funções das portas de entrada e saída, e no coração do dispositivo: o elemento de comutação (switching fabric). Serão detalhados os diferentes tipos de comutação (via memória, barramento e rede de interconexão) e como eles impactam o desempenho do roteador.

Encaminhamento baseado em destino e o conceito de correspondência de prefixo mais longo (longest prefix match). Discussão sobre os fenômenos de enfileiramento nas portas de entrada e saída, as políticas de gerenciamento de buffer (como descarte de cauda) e as disciplinas de escalonamento de pacotes (FCFS, Prioridade, Round Robin, WFQ).

O endereço IP, o formato do datagrama IPv4, a estrutura de endereços (notação decimal, sub-redes) e a evolução para o CIDR (Classless InterDomain Routing),

Funcionamento do DHCP (descoberta, oferta, requisição, acknowledgment) e as informações que ele pode fornecer, indo além do IP, como as redes obtêm seus blocos de endereços dos ISPs e o papel da ICANN na hierarquia de endereçamento global

Duas soluções cruciais para a exaustão do espaço de endereços IPv4. Primeiro, o NAT, explicando seu funcionamento, vantagens, controvérsias e a necessidade de técnicas de NAT Traversal. Em seguida o IPv6, sua motivação, formato do datagrama, principais melhorias em relação ao IPv4 e as estratégias de transição, com foco no tunelamento.

Teoria por trás dos algoritmos de roteamento usando grafos para modelar a rede e definir o conceito de custo de um caminho. Algoritmos de roteamento: o algoritmo de estado de enlace de Dijkstra e o algoritmo de vetor de distância (Bellman-Ford), analisando seus passos, exemplos e complexidades.

Oscilações de rota no algoritmo de estado de enlace e o problema da contagem ao infinito no algoritmo de vetor de distância. Comparação direta entre as abordagens de estado de enlace (LS) e vetor de distância (DV), suas diferenças em termos de complexidade de mensagens, velocidade de convergência e robustez.

Sistemas Autônomos (AS) e a necessidade de roteamento intra e inter-AS. Focaremos nos protocolos intra-AS, apresentando o OSPF (Open Shortest Path First) como o principal exemplo de protocolo de estado de enlace, incluindo sua operação hierárquica dentro de um AS.

BGP (Border Gateway Protocol), os diferentes tipos de sessões (eBGP e iBGP), a estrutura de suas mensagens e os atributos cruciais das rotas (AS-PATH, NEXT-HOP). Como o BGP permite o roteamento baseado em políticas e como ocorre a seleção de rotas, incluindo estratégias como o roteamento batata quente (hot-potato routing).