Redes e Internet - J. Antônio.pdf, Manuais, Projetos, Pesquisas de Informática

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Noções de Redes

de Computadores

E INTERNET

TEORIA E QUESTÕES

Apresentação do Autor Olá, querido leitor, estimada leitora,

Meu nome é João Antonio e sou professor de informática há mais de 20 anos. Destes, 18 especificamente dedicados ao ensino para Concursos Públicos. Este material foi desenvolvido para acompanhar os Módulos de Redes e Internet , do Curso Completo de Informática para Concursos que disponibilizo em diversos sites.

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• 1. Noções de Redes de Computadores
  • 1.1. Primeiras Palavras [Atenção!] ......................................................................................................
  • 1.2. Conceitos Iniciais..............................................................................................................................
  • 1.3. Classificação das redes
    • 1.3.1. Quanto à extensão...................................................................................................................
    • 1.3.2. Quanto ao “Paradigma” de Funcionamento
• 2. Meios Físicos de Transmissão................................................................................................
  • 2.1. Cabo de par trançado
    • 2.1.1. UTP – o cabo não blindado
    • 2.1.2. STP – o cabo blindado
  • 2.2. Fibra óptica .......................................................................................................................................
    • 2.2.1. Ondas eletromagnéticas [Comunicação sem-fio]
• 3. Topologias de Redes de Computadores .............................................................................
  • 3.1. Topologia Barra
  • 3.2. Topologia Anel
  • 3.3. Topologia Estrela
  • 3.4. Outras Topologias de Redes........................................................................................................
• 4. Pacotes
  • 4.1. Agora, os pacotes “de verdade”!
• 5. Arquiteturas de Rede
  • 5.1. Ethernet
  • 5.2. Wi-Fi – Redes LAN sem fio
    • 5.2.1. Subpadrões 802.11
    • 5.2.2. Segurança nas redes Wi-Fi.................................................................................................
    • 5.2.3. Mais Glossário Wi-Fi
• 6. Equipamentos Usados nas Redes
  • 6.1. Placa de rede [ou adaptador de rede]
    • 6.1.1. Endereço MAC [endereço físico] ........................................................................................
  • 6.2. Repetidor
  • 6.3. Hub
    • 6.3.1. Hub passivo
    • 6.3.2. Hub ativo
  • 6.4. Switch...............................................................................................................................................
  • 6.5. Ponto de acesso [Access Point]
  • 6.6. Roteador
  • 6.7. Vários componentes de rede juntos.........................................................................................
• 7. Protocolos
  • 7.1. Pilha de Protocolos TCP/IP
  • 7.2. Protocolo IP
    • 7.2.1. Endereço IP
    • 7.2.2. Como o meu micro recebe os Endereços IP?
    • 7.2.3. IPv6 – nova forma de endereçamento na Internet
    • 7.2.4. Protocolo ICMP
  • 7.3. Protocolos de Transporte
    • 7.3.1. Protocolo TCP
    • 7.3.2. Protocolo UDP........................................................................................................................
    • 7.3.3. Resumo TCP versus UDP
  • 7.4. Portas
  • 7.5. Protocolos de Aplicação
    • 7.5.1. Protocolo SMTP.....................................................................................................................
    • 7.5.2. Protocolo POP
    • 7.5.3. Protocolo IMAP......................................................................................................................
    • 7.5.4. Protocolo HTTP
    • 7.5.5. Protocolo FTP
    • 7.5.6. Telnet
    • 7.5.7. DNS
    • 7.5.8. DHCP.........................................................................................................................................
    • 7.5.9. SNMP........................................................................................................................................
  • 7.6. E agora? Acabou?
• 8. Internet ........................................................................................................................................
  • 8.1. O que é a Internet?
  • 8.2. Como nos Conectamos à Internet
    • 8.2.1. ADSL
    • 8.2.2. ADSL 2 / ADSL 2+
    • 8.2.3. Internet a cabo
    • 8.2.4. Internet por Fibra Óptica.....................................................................................................
    • 8.2.5. Internet através de uma rede local ...................................................................................
    • 8.2.6. Internet via rede celular.......................................................................................................
  • 8.3. Como Funciona a Internet
    • 8.3.1. Modelo Cliente/Servidor
    • 8.3.2. Domínios – Nomes Amigáveis
    • 8.3.3. URL – O endereço único dos recursos na Internet
• 9. Serviços da Internet
  • 9.1. Correio eletrônico [E-mail]
    • 9.1.1. Funcionamento do correio eletrônico
  • 9.2. WWW – World Wide Web.............................................................................................................
    • 9.2.1. Páginas estáticas versus páginas dinâmicas
    • 9.2.2. Cookies
    • 9.2.3. Webmail
    • 9.2.4. Redes Sociais
  • 9.3. Transferência de arquivos – FTP
  • 9.4. VPN – Rede Privada Virtual.........................................................................................................
  • 9.5. Intranet
    • 9.5.1. Extranet...................................................................................................................................
  • 9.6. VoIP – voz sobre IP
  • 9.7. Computação em Nuvem
• 10. Considerações Finais
• 11. Questões Propostas para Fixação......................................................................................
  • 11.1. Noções de Redes de Computadores
  • 11.2. Noções de Internet
• 12. Comentários das Questões Propostas
  • 12.1. Noções de Redes de Computadores
  • 12.2. Noções de Internet
• Atualizado em 03/03/2018 20:33:

No exemplo da figura anterior, temos vários computadores interligados, e um deles está fisicamente conectado a uma impressora. Uma das vantagens da rede é que essa impressora poderá ser usada por todos os computadores dessa rede, em uma ação conhecida como compartilhamento. Compartilhar significa permitir que outros computadores usem um determinado recurso, como a impressora citada no exemplo anterior, que pertence, fisicamente, somente a um micro, mas poderá ser usada por todos os demais.

É bom saber, porém, que é muito mais comum que recursos que antes tinham de ser compartilhados por um computador especificamente [como a impressora mostrada acima] sejam conectados diretamente à rede, ou seja, sem que estejam subordinados a um computador específico. Ou seja, a impressora deixa de ser um recurso de um computador e passa a ser, autonomamente, um nó da rede [uma entidade capaz de se comunicar nesta rede].

Chamamos de “nó” da rede qualquer computador, impressora, scanner, disco, etc. que possa se conectar diretamente à rede e se comunicar com os demais componentes [demais nós] dela.

1.3. Classificação das redes

1.3.1. Quanto à extensão

A maioria dos autores da área determina três classificações para as redes de computadores com relação à sua extensão [note bem que a diferença entre esses tipos de redes é meramente conceitual, não havendo uma unanimidade dos autores especializados ao apontar suas diferenças práticas], mas coloquei uma quarta [que, na verdade, aparece antes das outras]:

- PAN [Personal Area Network – Rede Pessoal]: diz-se que uma PAN é uma rede em que todos os dispositivos envolvidos trabalham para um único usuário. É fácil imaginar isso quando nos lembramos daquele pessoal que carrega consigo diversos dispositivos eletrônicos como tablets, blackberry, celulares, máquinas fotográficas, headphones etc. Parecem até o Batman com um “cinto de utilidades” recheado de bugigangas. - LAN [Local Area Network – Rede Local]: uma rede de computadores de extensão pequena, normalmente dentro de um único prédio ou prédios vizinhos. Alguns autores afirmam que uma rede Local se estende por, no máximo, 1 Km.

- MAN [Metropolitan Area Network – Rede Metropolitana]: uma rede de computadores em um espaço geográfico maior que o da LAN, mas ainda limitado. Ex: Rede de computadores no campus de uma universidade. Alguns autores definem o limite máximo de 10 Km para uma MAN. - WAN [Wide Area Network – Rede Extensa ou Rede Geograficamente distribuída]: uma rede de computadores que não apresenta uma limitação geográfica. Exemplo: as redes de computadores dos grandes bancos e das operadoras de cartão de crédito, que se estendem pelo país todo, quando não pelo mundo!

Ainda tem mais:

- BAN [Body Area Network - Rede "Corporal"]: um termo recentemente apresentado... diz-se das redes de dispositivos que o usuário pode "usar", ou "vestir" - são os casos em que temos smartphones conectados a fones de ouvido, óculos especiais, relógios inteligentes [smartwatches] e até mesmo sapatos [com sensores para os praticantes de corrida], além de medidores de batimento cardíaco, entre outros.

1.3.2. Quanto ao “Paradigma” de Funcionamento

Essa classificação, em si, é só para fins didáticos, pois não serve para classificar a rede em si, mas a sua forma de trabalho [e isso depende exclusivamente da relação de interdependência entre os computadores – e programas – envolvidos]:

- P2P [peer-to-peer – Ponto a ponto]: uma rede na qual todos os computadores apresentam a mesma “importância” para o funcionamento da rede. Na verdade, é uma rede “cada um por si”, em que cada computador é responsável pelas informações que possui e deseja compartilhar com os demais. Ou seja, nessa rede, não se tem administração centralizada. Todos os micros ora “perguntam”, ora “respondem” – também chamada rede Homogênea.

Na verdade, o termo "peer-to-peer" é traduzido literalmente como "par-a-par" ... mas é muito mais comum o termo "mal traduzido" mesmo [ponto a ponto] para se referir a esse tipo de conexão.

As redes usadas em trocas de arquivos, as redes das moedas digitais [como o Bitcoin] são exemplos de redes P2P.

- Client/Server [Cliente/Servidor]: nesta forma de funcionamento, define-se um [ou mais de um] computador para ser o centro das informações que se vão buscar. Esse computador [na verdade, mais precisamente um programa dentro desse computador] será chamado de servidor e deverá

Cabos de par trançado com quatro pares trançados [cada par é uma trança].

Os cabos de par trançado podem ser classificados em dois tipos: UTP e STP.

2.1.1. UTP – o cabo não blindado

O cabo UTP [Unshielded Twisted Pair – ou “Par trançado não blindado”] apresenta-se como sendo a opção mais barata para os projetos da atualidade, e, por isso, a mais usada. Nesses cabos, as tranças não estão protegidas de interferências externas. A Figura acima mostra um exemplo desse tipo de cabo. Ele é mais susceptível a ruídos externos, provenientes, por exemplo, de fontes eletromagnéticas fortes nas proximidades dos cabos.

A maioria das redes de computadores com cabos da atualidade usa UTP.

2.1.2. STP – o cabo blindado

O cabo STP [Shielded Twisted Pair – “Par trançado Blindado”] é caracterizado por apresentar uma proteção [normalmente uma capa de material metálico – eu acho que é simplesmente “papel alumínio”] que protege um par da indução dos outros. Esse tipo de cabo é mais caro que o cabo UTP, e é menos flexível que este; portanto, em certos casos em que o “design” do projeto exige que o cabo seja bastante “dobrado”, o STP não será adequado.

Sua proteção também garante mais imunidade a ruídos gerados por fontes externas, o que o torna recomendado para ambientes hostis, em que a emissão de ondas eletromagnéticas fortes é constante [fábricas, plataformas de petróleo, trios elétricos etc.].

Cabo STP – note a blindagem metálica.

Tanto no caso dos UTP, como nos STP, para que o cabo consiga “se conectar” a um equipamento qualquer, é necessária a presença de um conector [um pequeno dispositivo que faz a ligação dos fios presentes nos pares do cabo com o equipamento que se ligará à rede]. Atualmente, o conector mais usado em redes de computadores é o RJ-45 , feito de acrílico. Esse conector é bastante parecido com aquele conector usado nas linhas telefônicas [chamado RJ-11], mas é um pouco maior que este.

O conector RJ-45 é um pequeno cubo de acrílico com oito pinos metálicos em sua extremidade [onde as pontas dos fios do cabo UTP ou STP serão presas e com quem será realizado o contato elétrico para permitir a passagem dos sinais]. Em resumo: cada um dos oito fios do cabo será conectado [por pressão] a um pino metálico localizado no conector RJ-45. E é através desses pinos [que farão contato com os fios] que a energia elétrica será conduzida de um componente da rede a outro pelo cabo.

Conector RJ-45.

2.2. Fibra óptica

Cabo usado para realizar a transmissão de pulsos luminosos [luz] em vez de sinais elétricos [como os cabos citados anteriormente]. Ligado a uma extremidade de um cabo desses há um emissor de luz [que pode ser um LED – Diodo Emissor de Luz – ou um emissor de raio laser], à outra ponta do cabo, estará conectado um sensor, que detectará o sinal luminoso que transitou pela fibra.

O fio de fibra óptica é formado por um núcleo de vidro [o Core] por onde o sinal luminoso é transferido. Esse núcleo é envolto por uma camada de plástico que impede a passagem dos pulsos de luz [fazendo com que os raios reflitam sempre e não saiam do core]. Essa camada é conhecida como bainha, ou casca [cladding]. Externa à camada plástica, há a capa do fio, visível a todos nós.

- Microondas: designam um espectro de ondas eletromagnéticas com frequências de 3 GHz a 30 GHz. A maioria das tecnologias atuais sem fio usa esse espectro de transmissão, como as tecnologias Wi-Fi, Bluetooth e a telefonia celular atual. - Infravermelho [ou infrared]: espectro de frequências de ondas eletromagnéticas que se situa além da faixa das microondas [ou seja, acima da frequência dos 30 GHz]. Essa faixa de frequência se encontra nas proximidades da luz visível [um pouco abaixo da cor vermelha, a cor de frequência mais baixa que conseguimos enxergar – por isso não conseguimos enxergá-la].

Por serem luz [ou algo próximo ao que consideramos como tal], as ondas de infravermelho são obstruídas por corpos opacos, como qualquer objeto comum não translúcido. [Basta colocar a mão na frente do controle remoto da TV para notar que ele não consegue controlá-la, porque simplesmente seus raios não chegam ao receptor.]

Isso demonstra a necessidade, para a transmissão em infravermelho, de linha de visão [ou linha de visada] , que é a capacidade de o emissor e o receptor se “verem” sem a presença de qualquer obstáculo opaco entre eles.

Hoje em dia, porém, caro leitor, não há mais tecnologias de transmissão que usem infravermelho além, claro, dos controles remotos! Celulares e outros dispositivos portáteis usam, em sua maioria, uma tecnologia que usa microondas [chamada Bluetooth].

Terminadas as principais “formas” físicas de comunicação, vamos analisar um pouco a teoria das topologias de redes [assunto mais relacionado às redes locais – LAN – apenas].

3. Topologias de Redes de Computadores

Um outro assunto que você só verá na sua prova se o edital estiver prevendo “Redes de Computadores” é o assunto de Topologias de Redes. Topologia é, simplesmente, um “esquema” que define como os computadores serão ligados fisicamente entre si, topologia é, em suma, o “leiaute” da rede.

Há basicamente três topologias de redes comuns: a topologia Barra [ou barramento], a topologia Anel e a topologia Estrela [mais usada hoje]. Vamos conhecê-las:

3.1. Topologia Barra

Nesta forma de conexão, todos os computadores são ligados diretamente a um condutor [cabo] central , conforme mostrado na figura a seguir:

Exemplo de uma rede em topologia Barra

As principais características que precisam ser listadas sobre esta topologia são:

- As placas de rede dos computadores atuam de modo passivo: ou seja, se um computador recebe uma mensagem que não é endereçada para ele, esse computador não a retransmite, ele simplesmente a ignora. - Uma falha em um dos computadores não afeta a rede: por funcionar de modo passivo, como vimos acima, os computadores não são necessários para a retransmissão da mensagem, logo, se um deles parar, a rede não é sequer afetada. - Se houver rompimento no cabo central, a rede vai parar: realmente precisa explicar esse aqui? - Quanto mais computadores houver na rede, mas lenta ela será: isso é consequência do excesso de “colisões” entre as mensagens enviadas por todos ao mesmo tempo. Colisões fazem os computadores serem obrigados a retransmitir seus sinais, atrasando ainda mais o desempenho da rede.

Em tempo: uma colisão ocorre quando dois [ou mais] computadores tentam transmitir seus sinais ao mesmo tempo. Toda a rede “sentirá” o ocorrido e “parará” até que os envolvidos no “acidente” consertem o problema, reenviando os seus sinais cada um de uma vez.

3.2. Topologia Anel

Tá aí uma topologia que raramente foi usada em redes locais domésticas – e mesmo em redes corporativas. Uma rede com topologia Anel é caracterizada pela conexão de cada computador a outros dois diretamente, em um caminho fechado [circular] , como podemos ver a seguir:

- As placas de rede dos computadores atuam de modo passivo: ou seja, se um computador recebe uma mensagem que não é endereçada para ele, esse computador não a retransmite, ele simplesmente a ignora, exatamente como numa rede Barra. - Uma falha em um dos computadores não afeta a rede: por funcionar de modo passivo, podemos deduzir que os computadores não são necessários para a retransmissão da mensagem, logo, se um deles parar, a rede não é sequer afetada. - Se houver uma falha no Concentrador [nó central], a rede vai parar: acho que você já chegou a essa conclusão sozinho[a], né?

A relação entre “quantidade de computadores” e “velocidade da rede” é bem relativa na rede estrela porque isso depende, basicamente, da capacidade de gerenciamento do Concentrador.

Se o equipamento central for um potente Switch , que consegue administrar bem os envios simultâneos dos computadores, a velocidade da rede não será afetada porque ele saberá evitar/minimizar as colisões.

Um switch consegue ler as mensagens que passam por ele e, por causa disso, é capaz de transmitir a mensagem diretamente para o computador destinatário. E por possuir memória e outros recursos, ele é capaz de gerenciar bem as mensagens vindas de vários micros ao mesmo tempo, fazendo com que a colisão não aconteça.

Caso o concentrador seja um Hub [lê-se “râbi”], as colisões não são administradas, pois um hub é tão “burro” [desculpe o termo forte] quando o condutor [cabo] central das redes barramento.

Hubs não possuem “inteligência”, não são capazes de ler as mensagens que passam por eles. Para o hub, o que passa por ele é apenas eletricidade que deverá ser transmitida a todos os demais computadores.

Em suma, se dois computadores tentarem transmitir sinais ao mesmo tempo numa rede que tem um hub no centro, vai haver colisão e os computadores serão obrigados a retransmitir, diminuindo o desempenho da rede.

3.4. Outras Topologias de Redes

É possível encontrar menções a outras topologias de redes, como árvore, floresta e grafo, mas todas elas são derivadas, ou adaptadas das três que vimos até aqui [especialmente da estrela, que é a mais versátil delas].

Não há necessidade de estudarmos a fundo as demais topologias visto que, na maioria dos concursos, esse assunto de topologia, incluindo aí as três principais, são é tão cobrado assim!

4. Pacotes

Sabemos que as redes de computadores servem para transmitir mensagens de vários tipos, como e- mails, páginas, arquivos, fotos, filmes etc. Mas precisamos saber que essas mensagens são transmitidas não diretamente, não “de uma vez”, elas são, primeiramente, transformadas em pacotes.

“Tá, João, mas o que é um pacote?”

Pacote é um “pedaço” da mensagem a ser transmitida. Ou seja, antes de deixar o micro de origem, certos programas [chamados protocolos, como veremos adiante] dividem a mensagem em unidades menores, conhecidas como pacotes. [Datagramas ou quadros podem ser termos usados como sinônimos].

Uma visão “poética” dos pacotes: a página do Google sendo mostrada em sua totalidade e, abaixo, os “pacotes” que a formam.

Como nessa figura, chamamos de mensagens todas as informações que podemos transferir por uma rede, como um e-mail, uma página Web [exemplo da figura], um arquivo, vídeos e músicas etc. No exemplo da figura anterior, pode-se ver uma página Web [a página inicial do site www.google.com.br ] em sua versão integral, e um “exemplo lúdico” da mesma página dividida em pacotes para que suas informações possam ser transmitidas pela Internet.

Observe também que há “coisa nova” nos pacotes, além do conteúdo da mensagem: é uma área que chamamos de cabeçalho [header] do pacote. Essa área é necessária, pois depois de criados os pacotes com o conteúdo dividido da mensagem, eles precisam ser identificados, de modo que consigam o seu objetivo: serem transmitidos com exatidão para o destino correto. Portanto, no cabeçalho de um pacote, entre outras informações, estão o endereço do micro de origem e o endereço do micro de destino.

5. Arquiteturas de Rede

Este assunto também não é cobrado em muitas provas. Só o estude com afinco se o seu edital exigir “Noções de Redes de Computadores” – caso contrário, leia sem muito compromisso, mas tente compreendê-lo: é uma boa fonte de introdução para o assunto de Internet. Vamos a ele...

Desde o início das redes de computadores, empresas diversas padronizaram características e conceitos referentes aos seus funcionamentos, criando “padrões” que a indústria de informática e o mercado obedecem. A esses conjuntos de conceitos e características, damos o nome de arquitetura de rede.

Para que uma arquitetura de rede possa ser comercialmente usada, é necessário que algum órgão, instituto ou empresa de padronização a aprove [como se passasse pelo selo do INMETRO para ser considerado seguro e pronto para o mercado]. Na verdade, tudo relacionado à informática nasce em alguma empresa e deve passar pelo “crivo” da comunidade científica/comercial a fim de ser aceita como “usável”. IEEE, ISO, EITA, ITU são alguns dos órgãos que definem padrões aceitos mundialmente.

Quando um projetista de uma rede [a fim de montar a rede em sua casa ou empresa] define que arquitetura vai utilizar, está definindo uma série de características sobre essa rede, por exemplo, desde o tipo de cabo utilizado até a topologia física e lógica da mesma.

Em primeiro lugar, vamos analisar algumas arquiteturas utilizadas [atualmente] em redes locais [LANs].

5.1. Ethernet

A arquitetura de rede conhecida como Ethernet , definida pelo padrão 802.3 do IEEE [Instituto de Engenheiros Eletroeletrônicos] é, sem dúvida, a mais utilizada atualmente.

As redes no padrão Ethernet originalmente [pelos idos da década de 1980 até o início da década de 1990] se conectavam a uma velocidade de 10 Mbps [megabits por segundo] e hoje já permitem taxas de transmissão bem superiores. As redes ethernet de segunda geração [também conhecidas como Fast Ethernet ] transmitem dados a uma taxa de 100 Mbps. O padrão mais comum de ethernet atualmente transmite dados a 1.000 Mbps [o equivalente a 1 Gbps – gigabit por segundo], por isso é conhecido como Gigabit Ethernet. Hoje, já encontramos as redes 10-Gigabit Ethernet , que permitem o tráfego a 10 Gbps [ou 10.000 Mbps].

5.2. Wi-Fi – Redes LAN sem fio

Como o nome já diz, esta arquitetura de rede não utiliza cabos de par-trançado nem fibra óptica. Os sinais são transmitidos entre os computadores através de ondas eletromagnéticas.

Wi-Fi é, portanto, uma arquitetura que especifica o funcionamento de uma WLAN [Wireless LAN, ou LAN sem fio]. Note que WLAN é um termo genérico, pois significa qualquer “rede local sem fio”, porém Wi-Fi é o termo que designa essa tecnologia, também conhecida como 802.11 [porque essa arquitetura de redes foi padronizada segundo a norma 802.11 do IEEE, o Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos – entidade mundial de padronização de tecnologias].

Na verdade, Wi-Fi significa Wireless Fidelity [ou Fidelidade Sem fio] e é um “título” dado a todos os equipamentos [e programas] que “seguem à risca” a cartilha proposta pelo padrão IEEE 802.11. Portanto, se um equipamento mereceu o título de Wi-Fi, é sinal de que ele é perfeitamente compatível [ou seja, está em concordância] com os padrões descritos para redes locais sem fio no padrão 802.11.

Funcionamento da Rede IEEE 802.11 em modo Infraestrutura.

Nessa rede, os computadores são dotados de placas de rede especiais, criadas apenas para essa finalidade. São placas de rede que possuem antenas para transmitir e receber os sinais das outras placas em vez de conectores como o RJ-45.