Rede de computadores é um conjunto de computadores interligados por qualquer meio e que se comunicam por uma codificação determinada (protocolo de rede). Existem diversos protocolos de rede, mas o mais utilizado atualmente é o protocolo TCP/IP, transfer control protocol – internet protocol. Computadores que se comunicam em um sistema fechado, estão em uma rede local (LAN). Quando duas ou mais redes se ligam em um espaço mais amplo, diz-se que estão em uma rede WAN. Existem milhões de computadores no mundo interligados em rede por um protocolo chamado TCP/IP, formando uma única rede chamada de internet.
O meio de ligação entre os computadores (estações de trabalho) e a forma da disposição das conexões são camados de topologia da rede. Cabos metálicos, fibras óticas ou comunicação sem fios formam os enlaces entre computadores, ou entre computadores e outros equipamentos que fazem o papel de nós que recebem e distribuem os sinais na rede.
A topologia de uma rede de comunicação refere-se à forma como os enlaces físicos e os nós estão organizados, determinando os caminhos físicos existentes e utilizáveis entre quaisquer pares de estações conectadas a essa rede. A topologia de uma rede muitas vezes caracteriza o seu tipo, eficiência e velocidade.
Malha (fully) - A interconexão é total garantindo alta confiabilidade, porém a complexidade da implementação física e o custo inviabilizam seu uso comercial;
Estrela (star) - A conexão é feita através de um nó central que exerce controle sobre a comunicação. Sua confiabilidade é limitada à confiabilidade do nó central, cujo mau funcionamento prejudica toda a rede;
Barramento (bus) - As estações são conectadas através de um cabo com difusão da informação para todos os nós. é necessária a adoção de um método de acesso para as estações em rede compartilharem o meio de comunicação, evitando colisões. é de fácil expansão, mas de baixa confiabilidade, pois qualquer problema no barramento impossibilita a comunicação em toda a rede; Anel (ring) - O barramento toma a forma de um anel, com ligações unidirecionais ponto a ponto. A mensagem é repetida de estação para estação até retornar à estação de origem, sendo então retirada do anel. Como o sinal é recebido por um circuito e reproduzido por outro há a regeneração do sinal no meio de comunicação; entretanto há também a inserção de um atraso a cada estação. O tráfego passa por todas as estações do anel, sendo que somente a estação destino interpreta a mensagem;
Árvore (tree) - é a expansão da topologia em barra herdando suas capacidades e limitações. O barramento ganha ramificações que mantêm as características de difusão das mensagens e compartilhamento de meio entre as estações;
Mistas (mesh) - Combinam duas ou mais topologias simples. Alguns exemplos são o de estrelas conectadas em anel e as árvores conectadas em barramento. Procuram explorar as melhores características das topologias envolvidas, realizar a conexão em um barramento único de módulos concentradores aos quais são ligadas as estações em configurações mais complexas e mais confiáveis.
10.1.1 Configuração de redes TCP-IP
Em uma rede de computadores que utiliza o protocolo TCP-IP, existem determinadas práticas de configuração que permitem que se usufrua da internet sem perder a rede local suas características e segurança.
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A cada equipamento conectado fisicamente na rede atribui-se um número chamado de endereço IP. Este número é formado por quatro números de 0 a 255 separados por pontos. Por exemplo, 192.168.1.23 ou 10.10.0.128 são endereços IP válidos e 175.268.1.0 não é válido, pois contém um número maior do que 255.
Estes números são, na verdade, uma representação decimal, pois a rede enxerga estes endereços como quatro grupos de oito números binários (0 ou 1) ou octetos. Para transformar um número decimal em binário, faz-se a divisão inteira daquele por sete vezes, então toma-se os restos das divisões em ordem contrária:
Por exemplo, dividindo-se 244 por dois e guardando o resto da divisão: div 2 sobra 244 0 122 0 61 1 30 0 15 1 7 1 3 1 1 1
temos que o número 244 do sistema decimal é representado por 11110100 no sistema binário.
Em uma rede local, sem conexão com outras redes que utilizam o protocolo TCP-IP, qualquer endereço válido pode ser atribuída a qualquer computador. Porém, isto pode dificultar a sua manutenção e prejudicar seu desempenho quando o número de computadores na rede aumentar.
O IP, elemento comum encontrado na internet pública, é descrito no documento RFC 791 (Request for Comments) da IETF (Internet Engineering Task Force), que foi pela primeira vez publicado em Setembro de 1981. Esta versão do protocolo é designada de versão 4, ou IPv4. O IPv6 tem endereçamento de origem e destino de 128 bits, oferecendo mais endereçamentos que os 32 bits do IPv4, com previsão de ser padrão na internet a partir de 2011.
Originalmente, o espaço do endereço IP foi dividido em poucas estruturas de tamanho fixo chamados de "classes de endereço". As três principais são a classe A, classe B e classe C. Examinando os primeiros bits de um endereço, o software do IP consegue determinar rapidamente qual a classe, e logo, a estrutura do endereço.
Classe A: Primeiro bit é 0 (zero)
00000000.00000000.00000000.00000000 até 01111111.11111111.11111111.11111111 ou 0.0.0.0 até 127.255.255.255
Classe B: Primeiros dois bits são 10 (um, zero)
10000000.00000000.00000000.00000000 até 10111111.11111111.11111111.11111111 ou 128.0.0.0 até 191.255.255.255
Classe C: Primeiros três bits são 110 (um, um, zero)
11000000.00000000.00000000.00000000 até 11011111.11111111.11111111.11111111 ou 192.0.0.0 até 223.255.255.255
Classe D: (endereço multicast): Primeiros quatro bits são: 1110 (um, um, um, zero)
11000000.00000000.00000000.00000000 até 11011111.11111111.11111111.11111111 ou 224.0.0.0 até 239.255.255.255
Classe E: (endereço especial reservado): Primeiros cinco bits são 11110 (um, um, um, um, zero)
11000000.00000000.00000000.00000000 até 11011111.11111111.11111111.11111111 ou 240.0.0.0 até 247.255.255.255
Existem classes especiais na Internet que não são consideradas públicas, não são consideradas como endereçáveis.
São reservados para a comunicação em uma rede privada os endereços que começam com 10.0.0.0, e 192.168.0.0 e os endereços na faixa 172.16.0.0 até 172.31.255.254.
É reservado para representar o computador local ("localhost") a faixa de endereços 127.0.0.0 a 127.255.255.255. Um computador usa qualquer destes endereços para designar a ele mesmo, como o pronome pessoal “eu”.
É reservado para representar rede corrente o endereço 0.0.0.0. Um computador usa este endereço para designar a própria rede.
A utilização destes endereços torna o computador inacessível por outros computadores na internet, o que representa uma segurança. Por outro lado, para acessar a internet, a rede local precisa de pelo menos um equipamento com um endereço público não reservado. Este equipamento pode fazer a ligação entre a rede e a internet, ou roteamento. Pode ser um roteador ou um computador.
O endereço IP tem a função de identificar o computador, que chamamos de host, e também a rede em que está conectado. O roteamento dos pacotes enviados na rede TCP/IP é feito procurando a rede e depois o host (equipamento). Os bits à esquerda são utilizados para a rede. A quantidade de bits utilizada é definida pelo administrador da rede por um número chamado de máscara de rede ou netmask. O netmask é um conjunto de quatro octetos, como um endereço IP, iniciado por um grupo de uns à esquerda e outro grupo com zeros à direita.
Uma rede com endereços que comece com 192.168 e netmask 255.255.0.0, por exemplo, pode ter até 255x255=65536 endereços. O primeiro (192.168.0.0) é reservado para identificar a própria rede e o último (192.168.255.255) é usado para distribuir dados para toda a rede (broadcast), os demais 65534 endereços são para os hosts. Todas as informações de todos os computadores nesta rede vai ser inviada para todos os computadores, gerando colisões que podem tornar a rede muito lenta.
Para minimizar este problema, uma rede pode ser dividida em várias subredes alterando-se o natmask. Um netmask 255.255.255.0 vai reduzir o número de endereços em cada rede para apenas 256 (254 para hosts) e aumentar o número de redes em 256 vezes. Cada subrede recebe um endereço para ser identificada e outro para o broadcast a partir de operações lógicas entre a máscara de rede (netmask) e cada endereço de cada equipamento.
Por exemplo, uma net mask pode ser 11111111. 11111111. 11111111.00000000, representada por 255.255.255.0.
A identificação de rede de um endereço IP é dada pela operação lógica ^ (e/and) entre a máscara e o endereço. Nesta operação, comparam-se os octetos posição a posição, sendo atribuido o valor zero se um dos dígitos for zero, ou valor um em caso contrário.
Um endereço 192.168.1.101 E uma máscara 255.255.255.0 produz o endereço 192.168.1.0, que identifica a rede.
A identificação de rede do broadcast é obtido pelo operação lógica v (ou/or) entre a negação da máscara e o endereço.
Um endereço 192.168.1.101 OU uma máscara 255.255.255.0 produz o endereço 192.168.1.255, que identifica o broadcast.
O netmask não precisa usar somente grupos completos de oito bits. Desde que não haja “buracos”, pode-se tomar mais algums bits.
Uma net mask pode ser 11111111. 11111111. 11111111.10000000, representada por 255.255.255.128, e um endereço, por exemplo, 192.168.1.132/25, dentro desta subrede será representada com o número de bits da máscara à sua direita, neste caso 25 (8+8+8+1). Neste exemplo, o número de endereços se reduziu para 128 (126 para hosts) e o número de redes aumentou em 128 vezes.
Assim, podem ser criadas subredes com 128 endereços (126 hosts), 64, 32, 16, 8, 4 ou 2 endereços (que não seve para nada). A conta de quantos hosts podem haver em uma subnet é dois elevado ao número de zeros na netmask menos dois: hosts=2n-2. O número de subredes é dois elevado ao número de uns do octeto incompleto: redes=2n.
Na nossa net mask 11111111. 11111111. 11111111.10000000, com sete zeros, teremos 27-2=126 endereços para hosts e 21=2 para
subredes.
Em uma net mask 11111111. 11111111. 11111111.11100000, com cinco zeros, teremos 25-2=30 endereços para hosts e 23=8
subredes.
Com isto tudo, o acesso de um equipamento a outro na mesma subrede é direta e rápida, enquanto que computadores em redes distintas só conseguem se comunicar de forma remota.