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REDES E COMUNICAÇÃO
EMISSOR RECEPTOR
Elementos da Comunicação: EMISSOR, RECEPTOR, MEIO DE COMUNICAÇÃO e SINAL. Emissor: transmite informações. Receptor: que recebe as informações do emissor. Meio de transmissão: interface ou caminho entre o emissor e receptor que transporta o sinal. Sinal: contém uma mensagem composta de dados e informações. EVOLUÇÃO DA TI Década de 50 – primeiros sistemas de computadores, baseados em grandes equipamentos para processamento e armazenamento de informações. Anos 60 e 70 – mainframes, terminais burros, circuitos de baixa velocidade, processamento batch (em lote), gerenciamento centralizado. Início dos anos 80 – Introdução do PC, tecnologia digital e microeletrônica, processamento próximo do usuário, descentralização e individualização – também vírus, pirataria etc. Fim dos anos 80 – As redes de computadores ganham importância!
- Aplicações departamentais - Compartilhamento de recurso - Correio eletrônico - Transferência de arquivos. Anos 90 – Integração de serviços.
- Redes corporativas baseadas em sistemas abertos, permitindo a interligação entre redes de diferentes tecnologias.
- Videoconferência. - VoIP (Voz sobre IP). - EaD (Ensino a Distância). - TV Interativa.
REDES DE COMPUTADORES
Conjunto de computadores e outros dispositivos capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação constituído de enlaces físicos e regras que disciplinam esta comunicação. Para ser eficiente, ela precisa que os dados transitem de um computador para outro sem que sofram danos. Também é determinar corretamente para onde as informações estão indo. ELEMENTOS BÁSICOS: Nós Emissores e receptores. Meios físicos Meios de transmissão. Protocolos e dados Sinal. Nós: cada um dos computadores ou outros dispositivos que se interligam em uma rede. Estes dispositivos podem ser, entre outros: computadores, impressoras, telefones, hubs, roteadores. Meios físicos: sistema de comunicação que une os nós de uma rede. É qualquer meio capaz de transportar informações eletromagnéticas. Pode ser fio, cabo.
Protocolos: conjunto estabelecido ou aceito de procedimentos, regras ou especificações formais que governam a comunicação entre os nós de uma rede.
INTERNET
É infinita, já que o limite é a imaginação humana, na qual tudo é de todos e, ao mesmo tempo, não é de ninguém e na qual a informação é mais veloz do que nossa capacidade de absorvê- la. Topologia: a topologia da Internet é um conglomerado de redes privativas interligando milhões de computadores através do mundo utilizando-se o protocolo TCP/IP. As redes privativas são independentes e se conectam por meio de redes de acesso aos backbones de comunicação. Estrutura: Na Internet, são milhares de dispositivos computacionais trabalhando para que bilhões de pessoas possam se interconectar. A Internet tem como um dos principais elementos o comutador de pacote, também conhecido como roteador. Cada roteador está interligado a diversos outros e conhece o caminho para as diversas redes existentes no mundo. À soma dos roteadores, chamamos de nuvem. Ela é responsável pelo encaminhamento dos dados de um ponto ao outro e leva esse nome porque, apesar de sua importância, é quase invisível para o usuário. SERVIÇOS Podemos imaginar a Internet como uma ferramenta que provê serviços como: email, navegação web, mensagens instantâneas, voz sobre IP (VoIP), streaming de vídeo, acesso remoto etc. Também podemos entender a Internet como uma plataforma de serviços e aplicações baseada no conteúdo criado por seus próprios usuários REDES DE ACESSO Rede de acesso é o enlace físico que interliga o sistema final ao roteador mais próximo, também conhecido como roteador de borda. Para acessar a nuvem a partir de sua casa, é necessário contratar um provedor de acesso à Internet, os chamados ISP (Internet Service Providers)
TIPOS DE REDES DE ACESSO
Dial-up: conexão “discada” através de um modem e utilizando-se da infraestrutura de telefonia. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line): meio de transmissão digital de dados, via rede de telefonia. Tem como principal característica a assimetria entre envio e recepção nos dados. Cabo (Cable Modem): conexão banda larga que utiliza as redes de transmissão de TV a cabo convencional. Utiliza-se se cabos coaxiais e modems, podendo também, utilizar-se de fibra ótica no lugar do cabo coaxial. FTTH (Fiber -to-the-Home): tecnologia capaz de transmitir telefonia, TV digital e Internet com alta velocidade. Existem diversas maneiras de distribuição da fibra ótica, a rede mais simples é a chamada fibra direta, na qual existe fibra saindo diretamente da central telefônica para a residência do usuário.
Comutação de pacotes: neste tipo de comutação, a mensagem original é dividida em “pacotes” menores que são rotulados, ou seja, recebem um cabeçalho que contém informações de roteamento, como por exemplo, o endereço de destino. Cada pacote pode percorrer a rede por caminhos distintos, sendo transmitidos um a um. O destinatário monta a mensagem original a partir dos pacotes recebidos. Na comutação de pacotes, os recursos da rede não ficam reservados, pois estes são utilizados sob demanda. Portanto, os pacotes devem esperar em uma fila se o recurso estiver sendo utilizado (cache / buffer). Se a fila estiver cheia, poderá ocorrer perda de pacotes. Cada nó de uma rede de pacotes efetua a função conhecida como store-and-forward (armazena o pacote / lê o cabeçalho e determina o próximo nó através de uma tabela / envia o pacote para este nó). A Internet é uma rede de comutação de pacotes. Quando mandamos um pacote para a Internet, por exemplo, em cada roteador que chegue, terá de concorrer com outros pacotes e aguardar sua vez na transmissão.
TOPOLOGIAS DE REDE
Como topologia de rede, podemos entender o desenho dos enlaces e a distribuição dos elementos nos enlaces. Temos as topologias físicas ou lógicas: Topologia Física: descreve a verdadeira disposição dos nós, ou seja, como a rede se organiza fisicamente. Topologia Lógica: descreve o comportamento do fluxo de dados na rede. PRINCIPAIS TOPOLOGIAS: Barramento: Nessa topologia, todos os computadores estão conectados em um mesmo barramento físico de dados, que é compartilhado por todos. São usados cabos coaxiais que se subdividem para cada elemento. Anel: nessa topologia, os dispositivos estão ligados em série, formando um grande círculo. Os dados são enviados em uma única direção, de nó em nó, até o seu destino. Cada nó funciona como um repetidor de sinal, regenerando-o. Estrela: É a topologia mais utilizada na comutação de pacotes. Várias máquinas se conectam a um concentrador da rede (elemento central), que pode ser um hub ou mais atualmente, um switch. Outras topologias: árvore malha ou híbrida (dois ou mais tipos interligados).
ARQUITETURA DE CAMADAS
A tarefa de permitir a comunicação entre aplicações executando em máquinas distintas envolve uma série de detalhes que devem ser cuidadosamente observados para que esta comunicação ocorra de maneira precisa, segura e livre de erros. Por isso, as soluções de rede são estruturadas em camadas ou níveis, com cada camada desempenhando uma maior que é a comunicação.
As camadas são construídas umas sobre as outras e cada camada oferece seus serviços para as camadas superiores, protegendo estas dos detalhes de como os serviços oferecidos são de fato implementados. Cada camada implementa suas próprias regras (protocolos) e estes só podem ser “decifrados” por sua camada par no lado receptor. MODELO OSI: O principal modelo/referência de arquitetura de camadas utilizados nas redes, é o Modelo OSI (Open Systems Interconnections). MODELO TCP/ IP: Outra arquitetura de camadas bastante utilizada nas redes é a arquitetura TCP/IP, um modelo de 4 camadas, que pode ser comparado ao modelo OSI. ENCAPSULAMENTO / DESENCAPSULAMENTO À passagem dos dados, de uma camada para outra (dentro de uma determinada arquitetura) com cada camada adicionando um cabeçalho com suas informações, dá-se o nome de encapsulamento e ao processo inverso, desencapsulamento.
O MODELO OSI
O principal modelo/referência de arquitetura de camadas utilizados nas redes é o Modelo OSI (Open Systems Interconnections). Criado pela ISO e pela ITU-T para desenvolver padrões de rede de dados que facilitem a interoperabilidade de equipamentos de vários fabricantes. FUNÇÕES DA CAMADA
A maioria das páginas web consiste de uma página base HTML e várias referências, conhecidas como hiperlinks, para outros objetos. Páginas pessoais dos usuários são conhecidas como home pages. Um navegador web (como o Internet Explorer, Firefox, Chrome, Safari) é o agente usuário para a aplicação www e implementa o lado cliente do protocolo HTTP. Um servidor web hospeda as páginas web, as quais são acessadas por seu endereço URL. O protocolo HTTP usa o TCP como protocolo de transporte ( Porta padrão 80 ) usando uma rotina para troca de mensagens. PROTOCOLO FTP FTP (File Transfer Protocol) é o protocolo utilizado para transferir um arquivo de um hospedeiro a outro. Numa sessão FTP, um usuário pode transferir arquivos de um computador remoto para um computador local e vice-versa (download e upload). O usuário interage com o FTP através de um agente usuário. Primeiro fornece o nome (ou o endereço IP) do computador remoto, estabelecendo com isto uma conexão TCP entre o processo FTP cliente e servidor, procedendo então para a autenticação para poder transferir os arquivos. O protocolo FTP utiliza duas portas para conexão:
- Porta 21: para troca de comandos entre cliente/usuário e servidor.
- Porta 20: para troca de dados entre cliente/usuário e servidor seja download ou upload. PROTOCOLO CORREIO ELETRÔNICO SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): utilizado na entrega e no armazenamento de mensagens no servidor do receptor. DNS (SERVIÇOS DE DIRETÓRIO DE NOMES) Existem duas maneiras de identificar os hospedeiros na Internet: por meio de seu nome, como nós preferimos, e por meio de endereços IP, que é como os roteadores preferem. Visando conciliar essas preferências, é que surge o serviço de diretório de nomes ou sistema de nomes de domínio (DNS – Domain Name System), que tem por objetivo traduzir os nomes dados aos hospedeiros para endereços IP. Dizemos que o DNS é uma base de dados distribuída e implementada na hierarquia de muitos servidores de nomes. O DNS é função imprescindível da Internet e é implementado como protocolo de camada de aplicação. O DNS é um serviço que roda sobre UDP e TCP (protocolos da camada de transporte) e utiliza a porta 53.
OSI – CAMADA DE APRESENTAÇÃO
Também chamada camada de tradução, é a camada responsável por converter o formato do dado recebido pela camada de aplicação (camada 7) em um formato comum entre transmissor e receptor, ou seja, em um formato entendido pelo protocolo utilizado. Principais funções da camada de apresentação:
- Compressão de dados.
- Criptografia.
- Padrão de caracteres – codificação. COMPRESSÃO DE DADOS: Os dados recebidos da camada de aplicação (7) são comprimidos, e a camada de apresentação (6) do dispositivo receptor fica responsável por descomprimir esses dados. A transmissão dos dados torna-se mais rápida, já que haverá menos dados a serem transmitidos: os dados recebidos da camada 7 foram "encolhidos" e enviados à camada 5. CRIPTOGRAFIA: Para aumentar a segurança, pode-se usar algum esquema de criptografia neste nível, sendo que os dados só serão decodificados na camada 6 do dispositivo receptor. - Exemplo: SSL (Secure Socket Layer) – que pode implementar o protocolo HTTPS. CODIFICAÇÃO: Computadores e outros sistemas digitais trabalham com sistema binário, entretanto, o mundo exterior utiliza-se de alfabetos e sistemas decimais para a tarefa da comunicação. Portanto, torna-se necessária a representação dos códigos alfanuméricos (e outros caracteres) no sistema binário. O principal padrão de codificação utilizado em sistemas digitais é o padrão ASCII.
OSI – CAMADA DE SESSÃO
Camada criada pela ISO, não sendo encontrada em redes de computadores que antecedem esse modelo. O principal objetivo da camada de sessão é oferecer às camadas de apresentação cooperantes meios de organizar e sincronizar sua comunicação, permitindo que duas aplicações em computadores diferentes estabeleçam uma sessão de comunicação. A camada de sessão é a última das camadas superiores (as camadas de nível lógico ou de aplicação). De forma sucinta, ela administra e sincroniza diálogos entre dois processos de aplicação. Principais serviços oferecidos pela camada de sessão: Intercâmbio de dados: estabelecer conexão com outro usuário, trocar dados e fechar a conexão. Gerenciamento de diálogos: negociar a utilização de tokens para troca de dados, sincronização e liberação da conexão de sessão. Sincronização: definir pontos de sincronização em diálogos possibilitando interrupções e retornos. Gerenciamento de atividades: permite que mensagens sejam divididas pelo usuário em unidades lógicas menores independentes (atividades). Relatório de exceções: caso ocorram problemas, estes podem ser relatados ao parceiro de um determinado usuário.
PROTOCOLOS DE TRANSPORTE
Cada aplicação da Internet usa pelo menos um protocolo da camada de Transporte para enviar e receber dados. São dois os principais protocolos de camada de Transporte:
- TCP (Transmission Control Protocol).
- UDP (User Datagram Protocol). PROTOCOLO UDP Serviço não orientado a conexão e sem confiabilidade. Não implementa controle de fluxo e congestionamento. Principal função implementada pelo UDP é a multiplexação no acesso ao sistema de comunicação. Utilizado em aplicações de meios contínuos de transmissão (voz, vídeo). Muito utilizado por aplicações de multimídia contínua (streaming). PROTOCOLO TCP O protocolo TCP fornece, além da multiplexação, um serviço com conexão, implementando controle de erros e controle de fluxo. A multiplexação é implementada de forma semelhante ao UDP. O controle de erros e o controle de fluxo são implementados através da técnica de janela deslizante (utilizada para aumentar a taxa de transmissão dos pacotes). Uma conexão TCP é formada pelo par [Endereço IP Origem, Porta Origem] e [Endereço IP Destino, Porta Destino].
OSI – CAMADA DE REDE
Responsável pela interconexão de redes, através de dispositivos denominados roteadores. O roteador é o principal agente no processo de interconexão das redes, pois determina as rotas baseado em critérios, roteando os dados pelas redes e gerenciando suas tabelas de roteamento. Roteamento pelo endereço IP de destino. Portas de entrada e saída permitem ao roteador encaminhar pacotes aos seus roteadores vizinhos. Toda rede possui uma porta de saída padrão (default gateway) que é para onde vão todos os pacotes de dados recebidos e que não são para aquela rede. A camada de rede que decide qual o melhor caminho para se chegar ao destino. PROTOCOLO IP Responsável pelo encaminhamento dos pacotes da origem ao destino. Não é orientado a conexão (assim como o UDP). Suscetível à perda de dados, atrasos e sem garantias de entrega.
A correção de erros e recuperação de pacotes perdidos é realizada pela camada de Transporte (TCP). Vantagem: simplicidade – melhor esforço. FRAGMENTAÇÃO Ocorre quando o pacote a ser transmitido é maior que o MTU da rede (Maximum Transfer Unit). ENDEREÇAMENTO IPv Todo dispositivo numa rede IP é identificado por um endereço IP. Endereço IP: 32 bits (4 bytes). 232 endereços IPs possíveis (cerca de 4 bilhões de endereços). 4 conjuntos de bytes, representados por um número decimal, separados por pontos ( “octetos”). CLASSES E FORMATADOS DE ENDEREÇOS IP A estratégia de atribuição de endereços da Internet é conhecida como roteamento interdomínio sem classes (CIDR – Classless Interdomain Routing). Netid: identifica o prefixo da rede, pelo qual o dispositivo está conectado. Hostid: identifica o dispositivo nessa rede. MÁSCARAS DE SUB-REDES São baseadas no prefixo de rede que os roteadores vão escolhendo seus caminhos (por onde o roteamento é feito) até chegar ao último roteador antes da rede de destino. Quando chegar à sub-rede de destino, é que o endereço referente ao hostid será olhado para buscar dentro da sub-rede o dispositivo final a que se destina a mensagem. As sub-redes permitem ao receptor identificar quais bits são referentes ao netid e quantos ao hostid. Os bits em “1” da máscara indicam quais bits do endereço IP serão o prefixo da rede (netid). Os bits em “0” da máscara indicam quais bits do endereço IP serão o dispositivo de rede (hostid). Para o roteamento, utilizam-se máscaras padrão (default) de cada classe até chegar à rede de destino. As máscaras padrão são: Classe A: máscara sub-rede 255.0.0. Classe B: máscara sub-rede 255.255.0. Classe C: máscara sub-rede 255.255.255.
Além de alocar um endereço IP ele pode atribuir outras configurações como: Máscara de sub-rede. Endereço do Default Gateway. Endereço de um ou mais servidores DNS ROTEAMENTO Roteamento é o processo de escolher um caminho para o envio dos datagramas. Roteamento direto: ocorre se ambas as máquinas (origem e destino) estiverem conectadas à mesma rede física. Roteamento indireto: ocorre quando o destino não estiver conectado à mesma rede física, forçando o remetente a passar o datagrama a um roteador conectado na mesma rede física. TABELA DE ROTEAMENTO Tabela existente em cada máquina que indica a rota que o pacote deve seguir. Contém os prefixos de rede e o endereço IP do próximo roteador no caminho (vizinho). Os prefixos são calculados a partir do endereço IP de destino do pacote e a máscara de sub- rede aplicada. A tabela de roteamento sempre aponta para os roteadores conectados diretamente. Caso não seja encontrado o prefixo de rede na tabela, o pacote é encaminhado para um gateway padrão (default gateway). Se não existir default gateway configurado, o pacote é descartado. PROTOCOLO DE ROTEAMENTO As tabelas de roteamento são criadas e mantidas pelos Protocolos de Roteamento. A tabela de rotas pode ser montada por roteamento estático (manualmente pelo usuário) ou por roteamento dinâmico (construção automática). ALGORISMOS DE ROTEAMENTO O melhor caminho é definido pelo algoritmo de roteamento, que o calcula baseado em diversos parâmetros como velocidade de transmissão, tempo de atraso, entre outros, que formam uma métrica particular de cada algoritmo de roteamento. EXEMPLO : Distance Vector: Baseado no número de saltos na rede (hops). -> RIP (Routing Information Protocol).
OSI – CAMADA DE ENLACE
A camada de enlace tem por função pegar os pacotes de dados recebidos da camada de Rede e os transformar em quadros (frames), que serão trafegados pela rede, adicionando informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, os dados de controle, os dados propriamente ditos e o identificador de verificação (checksum). A Camada de Enlace fornece trânsito seguro de dados através de um link físico.
Ela trata do endereçamento físico (em oposição ao endereçamento lógico), da topologia de rede, do acesso à rede, da notificação de erro, da entrega ordenada de quadros e do controle de fluxo. A Camada de Enlace está “mais” relacionada aos protocolos de redes locais. As LANs, basicamente são redes de “enlace” e quase todas as redes locais são baseadas na tecnologia Ethernet, especificada pelo grupo IEEE 802. O IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) é uma organização profissional que define padrões de rede. O grupo de trabalho 802 possui vários subgrupos, cada um com pesquisadores que definem padrões específicos. Alguns subgrupos: 802.1: Documentação e Gerência de Rede. 802.3: Ethernet. 802.11: Wireless LAN. 802.15: Bluetooth. ENDEREÇO MAC Os endereços MAC (endereço de hardware, endereço físico ou de placa de rede) são endereços de camada 2 (enlace). Os endereços de camada 2 são a referência final para a entrega dos frames. A informação só chega ao destino depois que esse nível de endereços é conhecido. Quando uma estação quer transmitir, possui o endereço IP e não possui o endereço MAC, ele utiliza-se do protocolo ARP para descobrir este. Os endereços MAC têm 48 bits de comprimento e são expressos em doze dígitos hexadecimais. Os endereços MAC são vitais para o funcionamento das redes de computadores. Eles fornecem uma forma dos computadores se identificarem. Eles dão aos hosts um “nome” exclusivo e permanente. Os endereços MAC veem gravados “de fábrica” na memória ROM das interfaces de rede. ETHERNET A Ethernet foi uma das primeiras arquiteturas de redes locais, criada no final dos anos 70 na Universidade do Havaí e utilizada comercialmente pela Xerox. As especificações das redes Ethernet foram utilizadas como base para as padronizações das redes do IEEE 802. (lançadas no início dos anos 80). A rede Ethernet por si só, não garante a recepção de uma mensagem. Tal serviço é realizado por outros protocolos superiores. O caso mais comum é a utilização de uma pilha de protocolos de camadas superiores (como o TCP/IP). WIRELESS LAN As redes sem fio IEEE 802.11, também são conhecidas como redes Wi-Fi (Wireless Fidelity). O padrão 802.11 divide-se em várias partes, cada um com suas características. Alguns padrões: 802.11b – 11 Mbps (2,4 Ghz) 802.11a – 54 Mbps (5 Ghz) 802.11g – 54 Mbps (2,4 Ghz) 802.11n – 65 a 300 Mbps (2,4 e/ou 5Ghz) Modos de configuração – as redes WLAN podem ser configuradas como:
