REDE DE COMPUTADORES - TANENBAUM, Manuais, Projetos, Pesquisas de Gestão de Rede de Computadores e Protocolos

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LEITURA INDICADA SOMENTE PARA FINS EDUCACIONAIS.

NÃO DISPENSA A AQUISIÇÃO DO LIVRO ORIGINAL

Redes de computadores

Quarta edição

Andrew S. Tanenbaum

Vrije Universiteit Amsterdam, Holanda Tradução: Vandenberg D. de Souza Analista de sistemas e tradutor Editora Campus Redes de computadores, quarta edição, é a introdução ideal às redes de hoje — e às redes de amanhã. Este best-seller clássico foi completamente atualizado para refletir as tecnologias mais novas e mais importantes de redes, com ênfase especial em redes sem fios, incluindo 802.11, Bluetooth™, comunicação sem fios de banda larga, redes ad hoc, i-mode e WAP. Porém as redes fixas não foram ignoradas, com cobertura de ADSL, Internet via cabo, Ethernet de gigabit, redes não hierárquicas, NAT e MPLS. Além disso, existe grande quantidade de material novo sobre aplicações, inclusive mais de 60 páginas sobre a Web, e ainda rádio na Internet, voz sobre IP e vídeo por demanda. Por fim, a cobertura de segurança de redes foi revista e expandida para preencher um capítulo inteiro. Autor, educador e pesquisador, Andrew S. Tanenbaum, vencedor do ACM Karl V. Karlstrom Outstanding Educator Award, explica cuidadosamente como as redes funcionam do lado de dentro, desde o hardware subjacente na camada física até a camada de aplicação de nível superior. Tanenbaum focaliza todos estes temas e muitos outros:

• Camada física (cobre, fibra óptica, redes sem fios, satélites e Internet via cabo)
• Camada de link de dados (conceitos fundamentais de protocolos, verificação de protocolos, HDLC, SLIP e PPP)
• Subcamada MAC (Ethernet de gigabit, 802.11, comunicação sem fios de banda larga e comutação)
• Camada de rede (algoritmos de roteamento, controle de congestionamento, QoS, lPv4 e IPv6)
• Camada de transporte (programação de soquetes, UDP, TCP, RTP e desempenho de redes)
• Camada de aplicação (e-mail, a Web, PHP, Web sem fios, MP3 e streaming audio)
• Segurança de redes (AES, RSA, criptografia quântica, IPsec e segurança da Web) O livro fornece descrições detalhadas dos princípios associados a cada camada e apresenta muitos exemplos extraídos da Internet e de redes sem fios.

Dedicatória

A Suzanne, Barbara, Marvin e à memória de Bram e Sweetie

Outros títulos de sucesso de Andrew S. Tanenbaum Distributed Systems: Principles and Paradigms Esse novo livro, em co-autoria com Maarten van Steen, aborda tanto os conceitos fundamentais quanto os paradigmas dos modernos sistemas distribuídos. Na primeira parte, ele focaliza em detalhes os princípios de comunicação, processos, nomenclatura, sincronização, consistência e replicação, tolerância a falhas e segurança. Em seguida, na segunda parte, se aprofunda em diferentes paradigmas utilizados para elaborar sistemas distribuídos, inclusive sistemas orientados a objetos, sistemas de arquivos distribuídos, sistemas orientados a documentos e sistemas baseados em coordenação. Numerosos exemplos são discutidos extensivamente. Modern Operating Systems, 2° edição Esse texto completo estuda em detalhes os conceitos fundamentais Sistemas operacionais modernos e os ilustra com numerosos exemplos reais. Após um capítulo introdutório, os cinco capítulos seguintes lidam com os conceitos básicos: processos e threads, impasses(deadlocks), gerenciamento de memória, entrada/saída e sistemas de arquivos. Os próximos seis capítulos lidam de material mais avançado, incluindo sistemas de multimídia, sistemas de vários processadores, segurança. Por fim, são apresentados dois estudos de casos detalhados: UNIX/Linux e Windows 2000. Structured Computer Organization, 4° edição Esse clássico, um grande sucesso que está agora em sua quarta edição, oferece a introdução ideal à arquitetura de computadores. Ele aborda o assunto com uma estratégia de fácil compreensão, estudando-o de baixo para cima. Há um capítulo sobre lógica digital para iniciantes, seguido por capítulos sobre microarquitetura, sobre o nível de arquiteturas de conjuntos de instruções, sistemas operacionais, linguagem assembly e arquiteturas de computadores paralelos. Operating Systems: Design and Implementation, 2° edição Esse texto popular sobre sistemas operacionais, escrito em parceria com Albert S. Woodhull é o único livro que abrange os conceitos fundamentais de sistemas operacionais e também sua aplicação a um sistema real. Todos os tópicos tradicionais de sistemas operacionais são estudados em detalhes. Além disso, os conceitos básicos são cuidadosamente ilustrados com o MINIX, um sistema operacional gratuito baseado no POSIX, semelhante ao UNIX, para computadores pessoais. Cada exemplar inclui um CD-R OM gratuito, contendo o sistema MINIX completo, inclusive todo o código-fonte. O código-fonte está listado em um apêndice do livro e é explicado em detalhes no texto.

Sobre o autor

Andrew S. Tanenbaum é bacharel em ciências pelo M.I.T e Ph.D. pela University of California em Berkeley. Atualmente, é professor de ciência da computação na Vrije Universiteit em Amsterdam, Holanda, onde lidera o Computer Systems Group. Ele também é decano da Advanced School for Computing and Imaging, um programa interuniversitário em nível de pós-graduação, que desenvolve pesquisas sobre sistemas paralelos avançados, distribuídos e de imagens. No entanto, Tanenbaum vem tentando de todas as formas não se tornar um burocrata. No passado, ele desenvolveu pesquisas sobre compiladores, sistemas operacionais, interligação de redes e sistemas distribuídos locais. Sua área de pesquisa atual tem como foco principal o projeto e a implementação de sistemas geograficamente distribuídos que alcançam um bilhão de usuários. Essa pesquisa, que está sendo realizada em conjunto com o professor Maarten van Steen, é descrita em www.cs.vu.nl/globe. Em conjunto, todos esses projetos de pesquisa já produziram mais de 100 artigos em periódicos científicos e conferências, além de cinco livros. O professor Tanenbaum também já produziu um considerável volume de software. Ele foi o principal projetista do Amsterdam Compiler Kit, um kit de ferramentas para o desenvolvimento de compiladores portáteis amplamente utilizado, como também do MINIX, um pequeno clone do UNIX, destinado ao uso em laboratórios de programação para estudantes. Esse sistema forneceu a inspiração e a base sobre a qual foi desenvolvido o Linux. Juntamente com seus alunos do curso de doutorado e outros programadores, ele ajudou a desenvolver o sistema operacional distribuído

O Capítulo 6 ainda trata da camada de transporte, mas também há grandes mudanças. Entre elas encontra-se um exemplo de programação de soquetes. Um cliente de uma página e um servidor de uma página são apresentados em C e discutidos. Juntos, eles fornecem um servidor primitivo de arquivos remotos ou da Web, disponível para experimentação. Outros novos tópicos incluem chamada de procedimentos remotos, RTP e transaction-TCP. O Capítulo 7 , que descreve a camada de aplicação, ficou mais nitidamente concentrado. Após uma curta introdução ao DNS, o restante do capítulo lida com apenas três tópicos: e-mail, a Web e multimídia. Porém, cada tópico é tratado com muitos detalhes. A descrição do funcionamento da Web tem agora mais de 60 páginas, cobrindo uma ampla variedade de tópicos, inclusive páginas da Web estáticas e dinâmicas, HTTP, scripts da CGI, redes de entrega de conteúdo, cookies e caches da Web. Também há material sobre como escrever páginas da Web modernas, incluindo breves introduções a XML, XSL, XTML, PHP e muito mais, todas com exemplos que podem se r testados. A Web sem fios também é discutida, focalizando o i-mode e o WAP. O material sobre multimídia inclui agora MP3, streaming audio, rádio pela Internet e voz sobre IP. A segurança se tornou tão importante que agora foi expandida para ocupar um capítulo completo com mais de 100 páginas. Ele abrange os princípios de segurança (algoritmos simétricos e de chave pública, assinaturas digitais e certificados X.509) e as aplicações desses princípios (autenticação, segurança de correio eletrônico e segurança na Web). O capítulo é ao mesmo tempo amplo (variando desde criptografia quântica até censura governamental) e profundo (por exemplo, com detalhes sobre o funcionamento do SHA-1). O Capítulo 9 contém uma lista totalmente nova de leituras sugeridas e uma bibliografia completa, com mais de 350 citações sobre a literatura atual. Mais de 200 dessas citações se referem a artigos e livros escritos a partir do ano 2000. Os livros de informática estão repletos de acrônimos. E este não é exceção. Quando tiver concluído a leitura deste volume, todas estas siglas terão um sentido claro para você: ADSL, AES, AM PS, AODV, ARP, ATM, BGP, CDMA, CDN, CGI, CIDR, DCF, DES, DHCP, DMCA, FDM, FHSS, GPRS, GSM, HDLC, HFC, HTML, HTTP, ICMP, IMAP, ISP, ITU, LAN, LMDS, MAC, MACA, MIME, MPEG, MPLS, MTU, NAP, NAT, NSA, NTSC, OFDM, OSPF, PCF, PCM, PGP, PH P, PKI, POTS, PPP, PSTN, QAM, QPSK, RED, RFC, RPC, RSA, RSVP, RTP, SSL, TCP, TDM, UDP, URL, UTP, VLAN, VPN, VSAT, WAN, WAP, WDMA, WEP, WWW e XML. Mas não se preocupe. Cada um desses acrônimos será cuidadosamente definido antes de ser usado. Para ajudar os instrutores a utilizarem este livro como um texto para um curso de treinamento, o autor preparou os seguintes complementos para auxílio ao ensino, incluindo:

• Um manual de soluções de problemas.
• Arquivos contendo as figuras em vários formatos.
• Transparências do PowerPoint para um curso com a utilização do livro.
• Um simulador (escrito em C) para os exemplos de protocolos do Capítulo 3.
• Uma página da Web com links para muitos tutoriais, organizações, FAQs etc. O manual de soluções está disponível diretamente na Prentice Hall (mas somente para instrutores, não para alunos). Todo o material restante encontra-se no Web site do livro: http://www.prenhall.com/tanenbaum. Quando estiver lá, clique na capa do livro. Muitas pessoas me ajudaram durante o curso da quarta edição. Gostaria de agradecer especialmente às seguintes pessoas: Ross Anderson, Elizabeth Belding- Royer, Steve Bellovin, Chatsc hik Bisdikian, Kees Bot, Scott Bradner, Jennifer Bray, Pat Cain, Ed Felten, Warwick Ford, Kevin Fu, Ron Fulle, Jim Geier, Mario Gerla, Natalie Giroux, Steve Hanna, Jeff Hayes, Amir Herzberg, Philip Homburg, Philipp Hoschka, David Green, Bart Jacobs, Frans Kaashoek, Steve Kent, Roger Kermode, Robert Kinicki, Shay Kutten, Rob Lanphier, Marcus Leech, Tom Maufer, Brent Miller, Shivakant Mishra, Thomas Nadeau, Shlomo Ovadia, Kaveh Pahlavan, Radia PerIman, Guillaume Pierre, Wayne Pleasant, Patrick Po well, Thomas Robertazzi, Medy Sanadidi, Christian Schmutzer, Henning Schulzrinne, Pa ul Sevinc, Mihail Sichitiu, Bernard Sk lar, Ed Skoudis, Bob Strader, George Swallow, George Thiruvathukal, Peter Tomsu, Patrick Verkaik, Dave Vittali, Spyros Voulgaris, Jan-Mark Wams, Ruediger Weis, Bert Wijnen, Joseph Wilkes, Leendert van Doorn e Maarten van Steen. Agradecimentos especiais a Trudy Levine, por provar que as avós são capazes de fazer um

excelente tr abalho de revisão de material técnico. Shivakant Mishra elaborou muitos prob lemas desafiantes para os finais de capítulos. Andy Dornan sugeriu leituras ad icionais para o Capítulo 9. Jan Looyen forneceu hardware essencial em um momento crítico. O dr. F. de Nies fez um ótimo trabalho de recorte e colagem, ex atamente quando foi necessário. Minha editora na Prentice Hall, Mary Franz, me ofereceu mais material de leitura do que eu havia consumido nos sete anos anteriores, e também foi útil em vários outros aspectos. Por fim, chegamos às pessoas mais importantes: Suzanne, Barbara e Marvin. A Suzanne, por seu amor, sua paciência e seus almoços no campo. A Barbara e Marvin por serem divertidos e alegres o tempo todo (exceto quando reclamavam de alguns terríveis livros didáticos da faculdade, o que me manteve sempre atento). Obrigado.

particular o sistema operacional) que determina a diferença entre uma rede e um sistema distribuído, não o hardware. Apesar disso, há uma considerável sobreposição entre os dois assuntos. Por exemplo, os sistemas distribuídos e as redes de computadores precisam movimentar arquivos. A diferença está em quem é o responsável pela movimentação, o sistema ou o usuário. Embora este livro seja basicamente dedicado a redes, muitos tópicos também são importantes em sistemas distribuídos. Para obter mais informações sobre sistemas distribuídos, consulte (Tanenbaum e Van Steen, 2002).

1.1 Usos de redes de computadores

Antes de iniciarmos o exame detalhado das questões técnicas, vale a pena 4dedicar algum tempo a explicar por que as pessoas estão interessadas em redes de computadores e com que finalidade essas redes podem ser usadas. Afinal, se ninguém estivesse interessado em redes de computadores, poucas delas seriam elaboradas. Começaremos com os usos tradicionais em empresas e para indivíduos, e depois passaremos aos desenvolvimentos mais recentes relacionadas a usuários móveis e a redes domésticas.

1.1.1 Aplicações comerciais

Muitas empresas têm um número significativo de computadores. Por exemplo, uma empresa pode ter computadores se parados para monitorar a produção, controlar os estoques e elaborar a folha de pagamento. Inicialmente, cada um desses computadores funcionava isolado dos outros mas, em um determinado momento, a gerência deve ter decidido conectá-los para poder extrair e correlacionar informações sobre a empresa inteira. Em termos um pouco mais genéricos, a questão aqui é o compartilhamento de recursos, e o objetivo é tornar todos os programas, equipamentos e especialmente dados ao alcance de todas as pessoas na rede, independente da localização física do recurso e do usuário. Um exemplo óbvio e bastante disseminado é um grupo de funcionários de um escritório que compartilham uma impressora comum. Nenhum dos indivíduos realmente necessita de uma impressora privativa, e uma impressora de grande capacidade conectada em rede muitas vezes é mais econômica, mais rápida e de mais fácil manutenção que um grande conjunto de impressoras individuais. Porém, talvez mais importante que compartilhar recursos físicos como impressoras, scanners e gravadores de CDs, seja compartilhar informações. Toda empresa de grande e médio porte e muitas empresas pequenas têm uma dependência vital de informações computadorizadas. A maioria das empresas tem registros de clientes, estoques, contas a receber, extratos financeiros, informações sobre impostos e muitas outras informações on-line. Se todos os computadores de um banco sofressem uma pane, ele provavelmente não duraria mais de cinco minutos. Uma instalação industrial moderna, com uma linha de montagem controlada por computadores, não duraria nem isso. Hoje, até mesmo uma pequena agência de viagens ou um a firma jurídica com três pessoas depende intensamente de redes de computadores para permitir aos seus funcionários acessarem informações e documentos relevantes de forma instantânea. No caso de empresas menores, todo s os computadores provavelmente se encontram em um único escritório ou talvez em um único edifício; porém, no caso de empresas maiores, os computadores e funcionários podem estar dispersos por dezenas de escritórios e fábricas em muitos países. Apesar disso, um vendedor em Nova York às vezes poderia ter necessidade de acessar um banco de dados de estoque de produtos localizado em Cingapura. Em outras palavras, o mero fato de um usuário estar a 15.000 quilômetros de distância de seus dados não deve impedi-lo de usar esses dados como eles fossem dados locais. Resumindo, trata-se de uma tentativa de pôr fim à "tirania da geografia". No mais simples dos termos, é possível imaginar que o sistema de informações de uma empresa consiste em um ou mais bancos de dados e em algum número de funcionários que precisam acessá-los remotamente. Nesse modelo, os dados são armazenados em poderoso s computadores chamados servidores. Com freqüência, essas máquinas são instaladas e mantidas em um local central por um administrador de sistemas. Em contraste, os funcionários têm em suas escrivaninhas máquinas ma is simples, chamadas clientes, com as quais eles acessam dados remotos, por exemplo, para incluir em planilhas eletrônicas que estão elaborando. (Algumas vezes, faremos referência ao usuário humano da máquina cliente como o "cliente", mas deve ficar claro a

partir do contexto se estamos nos referindo ao computador ou a seu usuário.) As máquinas clientes e servidores são conectadas entre si por uma rede, como ilustra a Figura 1.1. Observe que mostramos a rede como uma simples elipse, sem qualquer detalhe. Utilizaremos essa forma quando mencionarmos uma rede no sentido abstrato. Quando forem necessários mais detalhes, eles serão fornecidos. Figura 1.1 - Uma rede com dois clientes e um servidor Todo esse arranjo é chamado modelo cliente/servidor. Ele é amplamente usado e constitui a base da grande utilização da rede. Ele é aplicável quando o cliente e o servidor estão ambos no mesmo edifício (por exemplo, pertencem à mesma empresa), mas também quando estão muito distantes um do outro. Por exemplo, quando uma pessoa em sua casa acessa uma página na World Wide Web, é empregado o mesmo modelo, com o servidor da Web remoto fazendo o papel do servidor e o computador pessoal do usuário sendo o cliente. Sob a maioria das condições, um único servidor pode cuidar de um grande número de clientes. Se examinarmos o modelo cliente/servidor em detalhes, veremos que há dois processos envolvidos, um na máquina cliente e um na máquina servidora. A comunicação toma a forma do processo cliente enviando uma mensagem pela rede ao processo servidor. Então, o processo cliente espera por uma mensagem em resposta. Quando o processo servidor recebe a solicitação, ele executa o trabalho solicitado ou procura pelos dados solicitados e envia de volta uma resposta. Essas mensagens são mostradas na Figura 1.2. Figura 1.2 - O modelo cliente/servidor envolve solicitações e respostas Um segundo objetivo da configuração de uma rede de computadores está relacionado às pessoas, e não às informações ou mesmo aos computadores. Uma rede de computadores pode oferecer um eficiente meio de comunicação entre os funcionários. Agora, virtualmente toda empresa que tem dois ou mais computadores tem o recurso de correio eletrônico (e-mail), que os funcionários utilizam de forma geral para suprir uma grande parte da comunicação diária. De fato, os funcionários trocam mensagens de e-mail sobre os assuntos mais corriqueiros, mas grande parte das mensagens com que as pessoas lidam diariamente não tem nenhum significado, porque os chefes descobriram que podem enviar a mesma mensagem (muitas vezes sem qualquer conteúdo) a todos os seus subordinados, bastando pressionar um botão. Contudo, o e-mail não é a única forma de comunicação otimizada que as redes de computadores tornaram possível. Com uma rede, é fácil duas ou mais pessoas que trabalham em locais muito distantes escreverem juntas um relatório. Quando um trabalhador faz uma mudança em um documento on-line, os outros podem ver a mudança imediatamente, em vez de esperarem vários dias por uma carta. Tal aceleração facilita a cooperação entre grupos de pessoas distantes entre si, o que antes era impossível. Outra forma de comunicação auxiliada pelo computador é a videoconferência. Usando essa tecnologia, funcionários em locais distantes podem participar de uma reunião, vendo e ouvindo uns