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Apostila de
Rede de computadores
Autor:
Prof. Jefferson L. da Costa
http://www.jeffersoncosta.com.br
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Redes de computadores, Notas de estudo de Informática
Apostila de Redes
Tipologia: Notas de estudo
2016
1 / 74
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Apostila de
Rede de computadores
Autor: Prof. Jefferson L. da Costa [email protected] http://www.jeffersoncosta.com.br
Sumário
- Capítulo
- Rede de computadores
- Rede local – (Local Área Network)
- Rede pessoal – (PAN - Personal Area Network)
- Rede metropolitana – (MAN - Metropolitan Area Network)
- Redes geograficamente distribuídas (WAN – Wide Área Network)
- Arquiteturas de Redes
- Ponto-a-ponto (Workgroup)
- Cliente/Servidor
- Topologias
- Barramento
- Anel
- Estrela
- Outras topologias
- Padrões de comunicação ...................................................................
- Ethernet
- Fast Ethernet 802.3.........................................................................................................
- Gigabit Ethernet
- Token Ring IEEE 802.5...................................................................................................
- Fiber Distributed Data Interface (FDDI) ANSI X3T9.5
- ATM
- Componentes físicos de uma rede .....................................................
- Placa adaptadora de rede (NIC)
- Hubs
- Switch
- Repetidores
- Bridge
- Roteadores
- Brouters
- Gateways
- Capítulo 2 ..........................................................................................
- Introdução ao cabeamento estruturado ..............................................
- Cabeamento estruturado ....................................................................
- Normas e sistemas
- Projeto e infraestrutura....................................................................................................
- Forma física de instalação
- Cabos .................................................................................................
- Certificações.......................................................................................
- Estatísticas .........................................................................................
- Tendências .........................................................................................
- Cabeamento não estruturado .............................................................
- Cabeamento proprietário ....................................................................
- Tipos de cabos ...................................................................................
- Cabo coaxial
- Cabo coaxial banda larga (Coaxial grosso)
- Cabo coaxial banda base (Coaxial fino)
- Par trançado
- Par trançado com blindagem - (STP - Shielded Twisted Pair)
- Par trançado sem blindagem - (UTP - Unshielded Twisted Pair)
- Configuração das pontas
- Fibra óptica
- Fibras multímodo de índice gradual
- Fibras multímodo degrau
- Fibras monomodo
- Capítulo 3 ..........................................................................................
- Wireless - Redes sem fio ....................................................................
- IEEE - Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos
- IEEE 802.11
- Wi-Fi
- Como funcionam? ..............................................................................
- Classificação das redes sem fios
- WPAN..............................................................................................................................
- WLAN
- WMAN (Wi-Max)
- WWAN.............................................................................................................................
- Principais padrões ..............................................................................
- 802.11A
- 802.11b
- 802.11g
- 802.11n
- Outros padrões:
- Tecnologias
- IrDA
- Bluetooth
- Equipamentos Wireless ......................................................................
- O início desacreditado ........................................................................
- Modos de operação ............................................................................
- Estendendo alcance, layout avançado de rede
- Layout..............................................................................................................................
- Otimizando o sinal...........................................................................................................
- Segurança
- WEP
- WPA
- WPA2
- Capítulo 4 ..........................................................................................
- Modelo ISO / OSI ...............................................................................
- As camadas
- Capítulo 5 ..........................................................................................
- Protocolos ..........................................................................................
- Tipos de protocolos:
- IPX/SPX
- NetBeui............................................................................................................................
- DLC (Data Link Control)
- SMB (Server Message Block)
- Pilhas múltiplas de transporte
- Introdução ao TCP/IP .........................................................................
- Internet Protocol (IP)
- Transmission Control Protocol (TCP)
- Principais protocolos que formam o protocolo TCP/IP:
- Arquitetura TCP/IP
- Endereçamento IP ..............................................................................
- Endereço reservado
- Submáscara
- Cálculo de endereço IP
- Referências bibliográficas...................................................................
Capítulo 1
Rede de computadores
Inicialmente, os computadores eram máquinas caríssimas que centralizavam em um único ponto o processamento das aplicações de vários usuários, e muitas vezes, de toda uma organização. Com a redução de custos do hardware e a introdução dos microcomputadores no cenário da informática, a estrutura centralizada cedeu lugar a uma estrutura totalmente distribuída, na qual, diversos equipamentos dos mais variados portes, processam informações de formas isoladas, o que acarreta uma série de problemas. Dentre eles destaca-se a duplicação desnecessária de recursos de hardware (impressoras, discos, etc.) e de software (programas, arquivos de dados, etc.). Nesse cenário, surgiram as redes de computadores, onde um sistema de comunicação foi introduzido para interligar os equipamentos de processamentos de dados (estações de trabalhos), antes operando isoladamente com o objetivo de permitir o compartilhamento de recursos, ou seja, uma rede. Uma rede é um grupo de pelo menos dois computadores que são ligados entre si de forma que possam se comunicar uns com os outros, compartilhando recursos e informações com maior velocidade e praticidade.
A maioria das redes é baseada em alguma espécie de cabo utilizado para ligar os computadores entre si, além do cabo, é necessária outra peça física para fazer a conexão entre os computadores, este equipamento é chamado de placa de interface de rede (NIC), ou simplesmente placa de rede.
Redes geograficamente distribuídas (WAN – Wide Área
Network)
Surgiu da necessidade de se compartilhar recursos especializados por uma maior comunidade de usuários geograficamente dispersos. Por terem um custo de comunicação bastante elevado (circuitos para satélites e enlaces de microondas), tais redes são em geral públicas, isto é, o sistema de comunicação, chamado sub-rede de comunicação, é mantido, gerenciado e de propriedade pública. Em face de várias considerações em relação ao custo, a interligação entre os diversos módulos processadores em uma tal rede determinará a utilização de um arranjo topológico específico, diferente daqueles utilizados em redes locais. Ainda por problemas de custo, as velocidades de transmissão empregadas são baixas: da ordem de algumas dezenas de kilobits/segundo (embora alguns enlaces cheguem hoje a velocidade de megabits/segundo). Por questão de confiabilidade, caminhos alternativos devem ser oferecidos de forma a interligar os diversos módulos.
A conexão de todas essas redes, locais, metropolitanas e geograficamente distribuídas, é o que chamamos de Internet. O enfoque deste curso é voltado para as bases de arquitetura de rede e a tecnologia em um ambiente local, mas faz referência às necessidades das empresas de redes empresariais (Enterprise Wide Network).
Arquiteturas de Redes
No mundo da informática, existem alguns problemas em que as pessoas são tão divididas que os debates adquirem o caráter de discussões religiosas, acredite, você já ouviu uma discussão entre um usuário de PC e um usuário de Mac? Até agora, o debate Ponto a Ponto versos Cliente/Servidor não chegou a esse estágio, mas existem pessoas que realmente acreditam em um ou outro, às vezes sem qualquer razão para isso, a não ser que um arranjo (Ponto a Ponto ou Cliente/Servidor) foi o primeiro a ser apresentado. Nenhuma das duas arquiteturas é perfeita para todas as situações. As redes Cliente/Servidor têm melhor segurança, enquanto as redes Ponto a Ponto são mais flexíveis e freqüentemente mais baratas. A principal razão disso é o fato de que as redes Cliente/Servidor exigem uma pessoa que seja treinada especificamente e conheça bem o sistema operacional de rede Cliente/Servidor. As redes Ponto a Ponto não exigem tanto treinamento para operá-las.
Ponto-a-ponto (Workgroup)
A rede ponto-a-ponto também é chamada de não hierárquica ou homogênea, pois parte- se do princípio de que todos os computadores podem ser iguais, sem a necessidade de um micro que gerencie os recursos de forma centralizada. O usuário pode acessar qualquer informação que esteja em qualquer um dos computadores da rede sem a necessidade de pedir permissão a um administrador de rede. Neste tipo de rede o próprio sistema operacional possui mecanismos de compartilhamento e mapeamento de arquivos e impressoras, mecanismos de segurança menos eficientes, esta arquitetura é indicada para redes com poucos computadores. As redes ponto-a-ponto são utilizadas tanto em pequenas empresas como em grupos de trabalho ou departamentos.
Características:
- Utiliza sistema operacional do tipo local
- Possui limite de máquinas
- Possui limite de acessos
- Segurança limitada
- Mais barata
A topologia em sua forma lógica tem o papel de descrever um esquema usado pelo sistema operacional da rede, para administrar o fluxo de informações entre os nós rede. A maioria dos sistemas operacionais de redes utiliza-se de duas principais topologias lógicas, a Linear e a Token Ring.
Barramento
- Topologia física
É a topologia mais fácil de instalar. Nas redes de topologia barramento cada nó é conectado a um único cabo (espinha dorsal), porém esta estrutura deve completar-se em ambas as pontas com um conector especial chamado Terminador. O desempenho de um sistema em barra comum é determinado pelo meio de transmissão, número de nós conectados, controle de acesso, tipo de tráfego entre outros fatores. Isso faz da topologia barramento a mais utilizada, que, ainda, possui alto poder de expansão utilizando repetidores. Esta rede utiliza o cabo coaxial e o padrão de comunicação Ethernet.
- Topologia lógica
Cada nó na barra pode ouvir todas as informações transmitidas. Esta característica facilita as aplicações com mensagens do tipo difusão (para múltiplas estações). Existe uma variedade de mecanismos para o controle de acesso à barra, que pode ser centralizado ou descentralizado. A técnica adotada para acesso à rede é a multiplexação no tempo. Em controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma estação especial da rede, o Servidor. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade de acesso é distribuída entre todos os nós.
Vantagens
- Muita facilidade na instalação
- Baixo Custo
- Requer menos cabos
Desvantagens
- No caso de ter problemas de transmissão, é difícil isolar a causa, já que todos os nós estão conectados ao mesmo meio físico.
- Se o cabo danificar ou a ponta romper, os nós não poderão comunicar-se e a rede deixará de funcionar.
- A rede fica mais lenta em períodos de uso intenso.
- Excesso de colisões
Anel
- Topologia física
Essa topologia é muito parecida com a topologia Estrela, porém seu funcionamento lógico é completamente diferente.
Os maiores problemas desta topologia são relativos à sua pouca tolerância a falhas. Este modelo de topologia utiliza um HUB que internamente possui um anel que faz a busca dos computadores,
- Topologia lógica
Abaixo temos uma ilustração do funcionamento, é importante lembrar que este movimento de anel é feito internamente no HUB.
A topologia lógica tipo estrela é comum em ambiente de rede de grande porte, ou em ambiente de rede utilizando PBX como um dispositivo comutador central de dados. Nos ambientes LAN mais comuns, a estrela é implementada como física e não como uma topologia lógica. Este modelo de topologia utiliza-se do padrão de comunicação Ethernet e do padrão de comunicação ArcNet, Ethernet quando se utiliza de cabo par trançado e ArcNet quando se utiliza de cabo coaxial.
Vantagens
- Gerenciamento Centralizado
- A adição de estações é feita conectando-se as mesmas às portas de comunicação que estejam livres.
- A análise de problemas na rede é feita de maneira mais simples.
- Uma máquina ou cabo defeituoso não afeta o restante da rede.
Desvantagens
- O número de estações fica limitado ao número de portas do HUB / Switch.
- Utiliza uma quantidade maior de cabos tendo em vista que cada estação deverá ter seu próprio cabo para conexão ao dispositivo central, elevando o custo da rede.
Outras topologias
Encadeada
Esta topologia parece em cruzamento entre as topologias de barramento e anel, isto é, cada nó é conectado diretamente a outros dois por seguimento de cabo, mas os seguimentos formam uma linha e não um anel e o sistema operacional passa as informações para cima e para baixo na cadeia até alcançar o endereço desejado.
Grafo (Parcial)
Este modelo de topologia engloba características de várias topologias. Cada ponto da rede possui uma rota alternativa para caso de congestionamento ou falha. As rotas são definidas por máquinas que tem a função de rotear endereços que não pertence a sua rede.
Híbrida
Uma topologia híbrida é uma combinação de barramento e anel, utilizado quando temos a necessidade de interligar duas ou mais redes de diferentes topologias.
Árvore
Uma topologia Árvore é utilizada principalmente na ligação de Hub’s e repetidores, conhecida também por cascateamento.
Padrões de comunicação
Muitos e importantes padrões LAN têm evoluído, desde o início dos anos 80, conduzidos pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e o American National Standards Institute (ANSI). Este curso irá focalizar os mais conhecidos padrões LAN:
- Número máximo de segmentos: 5
- Quantidade máxima de segmentos usados: 3
- Comprimento máximo do barramento: 925 metros.
- Número máximo de estações conectadas a um segmento: 30.
- Distância mínima de conectores T: 0.5 metros.
10Base-
Este padrão é chamado de 10Base-5, devido a que:
- Transmite a 10Mbps, (10)
- Transmite em banda larga (digital)
- Cada segmento pode ter no máximo 500 metros (10Base-5)
- O padrão 10Base-5 utiliza cabo coaxial grosso.
- Para poder ligar uma estação em uma rede 10Base-5, deve instalar-se um dispositivo chamado de transceiver que fará a ligação entre o cabo coaxial e a estação. Para conectar-se ao cabo, o transceiver possui um conector chamado vampiro, o qual “morde” fazendo a conexão física. O transceiver também possui uma saída AUI para conectar o cabo que vai do transceiver para a estação. A placa da estação deverá ter uma saída AUI para completar a conexão. Principais Características:
- Topologia: Barra
- Velocidade de Transmissão de 10 Mbps.
- Cabo coaxial grosso conhecido também como cabo amarelo.
- Conexão à placa: DIX ou conector AUI.
- Terminadores: 50 Ohms.
- Comprimento máximo de um segmento: 500 metros.
- Número máximo de seguimentos: 05.
- Quantidade máxima de segmentos usados : 3.
- Comprimento máximo do barramento: 2500 metros.
- Número máximo de estações conectadas a um segmento: 100
- Distância mínima entre os transceivers: 2.5 metros.
- Comprimento máximo do cabo do transceiver: 50 metros.
10Base-T
No ano de 1990 O IEEE publicou a especificação para redes Ethernet 802.3 utilizando cabo par trançado; UTP (Unshielded Twisted Pair ) cabo par trançado não blindado; e STP ( Shielded Twisted Pair) cabo par trançado blindado. O cabo STP, por causa da sua blindagem,
tem melhor proteção contra interferências elétricas. Para ambientes internos é mais utilizado o UTP. Este padrão é chamado de 10Base-T, devido a que:
- Transmite a 10 Mbps, (10)
- Transmite em banda base (digital ) (10Base)
- Utiliza cabo par trançado (10Base-T).
- Embora o tráfego continue sendo Bus (barra), o par trançado requer uma topologia física em estrela. Utiliza um elemento centralizador (hub) que cumpre também a função de repetidor.
- Cada computador possui um cabo próprio que vai até o hub. Principais características
- Topologia física: estrela (o tráfego continua sendo bus).
- Requer um elemento centralizador (hub)
- Velocidade de transmissão de 10 Mbps;
- Cabo par trançado categoria 3, 4 ou 5
- Cabo: UTP (Ushielded Twisted Pair) ou STP (Shielde Twisted Pair)
- Conectores RJ
- Comprimento máximo: 100 metros entre o computador e o hub.
10Base-F
É um novo conjunto de padrões semelhantes ao 10BaseT ( topologia em estrela ) porém, utilizando cabeamento em fibra óptica. Basicamente, divide-se em três subtipos:
- FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link): Para ligações em fibras ópticas assíncronas com tamanho máximo de segmento de 1000 m, e número máximo de estações de 1024.
- 10Base FL (Fiber Link): Inteiramente compatível com FOIRL, com distâncias até 2000 m, e número máximo de estações de 1024.
- 10BaseFB (Fiber Backbone): Síncrono, até 2000 m, 1024 estações. Possui características de detecção de falhas remotas e links redundantes.
100Base-X
Este padrão, mais conhecido como Fast Ethernet é uma extensão do padrão Ethernet. Para poder trafegar a 100 Mbps, é preciso utilizar: Cabo par trançado categoria 5, Placas de rede que suportem a 100Mbps, hubs que possam trafegar a 100Mbps etc. Ou seja, não adianta colocar placas Fast Ethernet para trafegar a 100 Mbps se o cabo ou se os hubs não suportam essa velocidade.
- Topologia física: Estrela (o tráfego continua sendo bus),
Como o Ethernet a 100Mbps está padronizado, a denominação “Fast Ethernet”, atualmente, é empregue ao uso deste protocolo a Gbps, o também chamado “Gigabit Ethernet”. Através de fibras ópticas, switches ethernet podem ser conectados a velocidade acima de 1 Gbps.
Token Ring IEEE 802.
A IBM foi a empresa que mais influenciou o desenvolvimento do padrão IEEE 802.5 de ambiente de redes locais, o qual foi originalmente adotado em 1985. O Token Ring foi desenvolvido pela IBM para conectar microcomputadores em seus ambientes de grande porte. Em razão da significativa base instalada pela IBM, criou-se um consenso no sentido de definir um padrão LAN, baseado na implementação da IBM. Mais recentemente, os equipamentos passaram a ser implementados não apenas para ambientes de grande porte, mas também de redes baseadas em microcomputadores. O sistema Token Ring utiliza um mecanismo preciso denominado “passagem de fichas”, que controla o acesso a cada nó do cabo. Em um anel do cabo, os nós da rede passam de estação em estação, uma pequena mensagem denominada “ficha”. Quando um nó tem dados a transmitir, ele transforma a ficha que até então estava livre, em ficha ocupada, e envia os dados do programa em um formato denominado “quadro”. Eletricamente este sistema é um anel, mas fisicamente é uma estrela, com cabos acessando cada nó a partir de um hub de fiação central. Apesar da IBM ter tentado manter-se fiel aos cabos de pares trançados blindados (STP), mas os usuários preferiram os cabos de fios trançados sem blindagem (UTP). Quanto ao cabeamento, em sua forma mais simples, um anel fica limitado a um máximo de 72 nós em cabo UTP, e um máximo de 260 nós em cabos STP.
Fiber Distributed Data Interface (FDDI) ANSI X3T9.
Fiber Distributed Data Interface (Interface de dados distribuída por fibra FDDI) é o padrão definido pelo comitê X3T9.5 do American National Standards Institute (ANSI) para conexões LAN de 100Mbps. O padrão FDDI foi originalmente designado para operar com cabos de fibra óptica. Em 1990, as instalações de fibra óptica requeriam estações de trabalho especiais. A maioria das preocupações dos usuários que levaram a aceitação do FDDI estavam centradas na necessidade de uma maior largura de banda para aplicações de imagem, e na congestão de cabos causada por cabos coaxiais grossos. Em 1991, backbones FDDI tornaram-se mais comuns e as preocupações do usuário começaram a focalizar-se em aplicativos distribuídos e o crescimento do uso de computadores.
Em 1992 o FDDI tornou-se disponível para estações de trabalho PC. O armazenamento e recuperação de imagens gráficas, assim como as grandes larguras de banda requeridas por transmissões multimídia, continuam a levar a migração para o FDDI. Preocupações sobre o preço relativamente alto da instalação de cabos de fibra óptica levaram ao desenvolvimento de diversos padrões novos de cabeamento para o FDDI. Novos padrões para trazer o FDDI à mesa de trabalho com material menos caro incluem cabos blindados tipo par trançado (STP), cabos tipo par trançado não blindado (UTP) e cabos de fibra óptica de baixo custo. Além disso, um padrão de alta qualidade foi desenvolvido para o FDDI com fibra de modo simples e um padrão foi proposto ao FDDI para redes ópticas sincronizadas (SONET) fornecidas por transportadores de companhia telefônica.
ATM
O ATM (Asynchoronous Transfer Model – Modo de Transferência Assíncrona) é um exemplo de comutação de células que é uma forma de comutação rápida de pacotes. A comutação de células pode transmitir dados a taxas de megabits ou gigabits por segundo. O Serviço de Dados Multimegabit Comutado (Switched Multimegabit Data Service – SMDS) é um outro exemplo de comutação de células. Com o ATM, as informações são subdivididas em pequenas células de comprimento fixo (53 bytes) para transmitir simultaneamente diferentes tipos de tráfego como voz, vídeo e dados. As células são remontadas ao atingirem seu destino. Pelo fato de cada célula ser transportada dessa forma previsível, os diferentes tipos de tráfego podem ser acomodados na mesma rede. Cada célula é subdividida em duas seções principais, cabeçalho (5 bytes) e playload ( bytes). O cabeçalho contém informações que permitem às células serem encaminhadas ao seu destino. O playload é a parte que transporta as informações em si – sejam elas voz , dados ou vídeo. O cabeçalho é usado para identificar células pertencentes ao mesmo canal virtual e para executar a escolha de rotas adequadas. Para garantir um rápido processamento na rede, o cabeçalho ATM possui uma função bastante limitada. Sua principal função é a identificação da conexão virtual por um identificador que é selecionado no estabelecimento da chamada e garante uma rota apropriada para cada um dos pacotes. Além disso, ele permite fácil multiplexação de diferentes conexões virtuais através de um único canal (link). O ATM é um protocolo de transporte que opera na subcamada MAC da camada de Ligação de Dados do modelo OSI. Por causa disso, ele opera acima de várias topologias de camadas Físicas e converte qualquer tipo de pacote em sua célula de 53 bytes. O ATM pode ser usado em linha de T1 e T3. Entretanto, os especialistas estão apoiando a Rede Ótica Síncrona (Synchronouns Opitical Network – SONET) como transporte físico da tecnologia ATM tanto para WANs como para LAN’s.