FUNDAMENTOS DA COMUNICAÇÃO

FUNDAMENTOS DA COMUNICAÇÃO

1 INTRODUÇÃO

Caro(a) acadêmico(a), já mencionamos nos tópicos anteriores que a internet é composta por vários elementos, os quais cooperam, entre si, para realizar com sucesso a troca de informações através dos programas e softwares que utilizamos diariamente na internet. Esta troca de informações, de dados, é denominada tecnicamente como o processo de comunicação. O processo de comunicação é controlado por uma série de componentes de software e hardware que visam garantir a confiabilidade e integridade dos dados.

2 FUNDAMENTOS DA COMUNICAÇÃO

É comum, ao falar sobre comunicação de dados, lembrar-se de seu próprio histórico, do histórico da internet e do próprio homem. Em nossas origens usamos vários métodos para nos comunicar. Entre estes, podemos citar:

• A comunicação gestual. • A comunicação verbal. • A comunicação escrita.

A comunicação escrita apoiou-se em conjuntos de símbolos destinados a registrar de forma compreensível eventos e fatos. Entre estes símbolos podemos citar os hieróglifos, os algarismos e os diversos símbolos de nosso alfabeto atual. A comunicação escrita evoluiu, com o passar dos tempos, sendo importante destacar eventos e pessoas que impulsionaram e modificaram o processo de comunicação, tais como:

• Gutenberg - 1540 - impressão com tipos móveis. • Samuel Morse - 1838 - o telégrafo e o código Morse. • Thomas Edison - telégrafo impresso.

• Graham Bell - 1876 - coinventou e patenteou o telefone.

Em todas estas inovações, é possível identificar os componentes fundamentais do processo de comunicação. Estes componentes podem ser igualmente identificados na Figura 45, como sendo o transmissor ou emissor, o codificador, o meio, o receptor, os protocolos e a própria mensagem.

UNIDADE 2 | AS REDES E OS PROTOCOLOS

FIGURA 45 – OS ELEMENTOS DO PROCESSO DE COMUNICAÇÃO

FONTE: O autor

Porém, você pode se perguntar: mas afinal, o que é comunicação de dados? A resposta é: comunicação de dados é a disciplina que trata da transferência de dados ou informações entre o emissor e o receptor, utilizando-se de técnicas, de algoritmos, equipamentos e softwares adequados. O foco da comunicação de dados é direcionado para: a transferência, o método e a garantia da informação na transmissão. Sendo assim, é necessário destacar que os processos de comunicação utilizam-se de algoritmos, softwares, organizados em protocolos de comunicação como um importante elemento do próprio processo de comunicação. De forma prática, podemos citar o próprio TCP/IP como um exemplo de protocolo de comunicação. Há outros, a saber:

• IPX/SPX – Novell • NetBEUI – Microsoft • SNA – IBM

• Apple Talk – Apple • NetBios

• DECNet

Historicamente, os diversos protocolos foram criados atendendo a arquiteturas ou projetos específicos, os quais acompanharam a própria evolução da computação e, por consequência, do teleprocessamento. Veja a seguir uma breve cronologia do teleprocessamento:

TÓPICO 4 | FUNDAMENTOS DA COMUNICAÇÃO • Nos anos 50 – Processamento centralizado, mainframes.

• Nos anos 60 – Surgem as redes com terminais centralizados, por linhas de comunicação, nos mainframes.

• Nos anos 70 – Surge o conceito de redes de pacotes.

• Nos anos 80 – Surgem as redes locais de computadores com ênfase no modelo cliente/servidor.

• Nos anos 90 – As redes estendem sua abrangência, diferenciando os conceitos de LAN, MAN e WAN. A Internet já é explorada comercialmente.

• Nos anos 2000 – Desenvolve-se a comunicação sem fio (wireless) de forma comercial para aplicações e acesso à internet.

• Nos anos 2010 – A fibra óptica já é utilizada em larga escala nas redes de comunicação de dados.

Agora que você já conhece o conceito de comunicação de dados e seu histórico, é necessário detalhar a função de cada componente e os conceitos relacionados à sua aplicação. Com relação aos elementos temos:

1. O transmissor ou fonte: emissor ou a origem dos dados a serem transmitidos. 2. O codificador: elemento que codifica os dados para as características do meio

físico utilizado. Exemplo: um modem ou uma placa de rede.

3. O meio: canal ou caminho físico pelo qual o dado será transmitido.

4. Receptor ou destinatário: destino final do dado ou mensagem transmitida. 5. Mensagem: conjunto de dados ou informações a transmitir.

6. Protocolos: regras que definem e estabelecem a comunicação.

Lembre-se, a informação é transmitida por um meio de comunicação. Uma das formas mais comuns e conhecidas de transmissão de uma mensagem é pelo som, o qual é irradiado pelo ar, ou seja, nesse tipo de comunicação o meio de transmissão é o ar, no qual a informação se propaga por meio de ondas sonoras. O som é o sinal irradiado que faz o ar vibrar e transmitir o sinal.

Na comunicação entre equipamentos, por estarmos num meio chamado elétrico, o meio de comunicação mais comum é o fio de metal, por intermédio do qual o sinal elétrico se propaga, levando consigo a informação.

Recordando o que já foi mencionado sobre meio físicos, numa transmissão de dados digitais por meio de fios, a informação é representada por sinais elétricos no formato de pulsos. Além de transmissão por fios e cabos, que são meios sólidos, podemos também transmitir informações por ondas eletromagnéticas que são as transmissões por: rádio, micro-ondas e satélite.

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A transmissão de dados também pode ser feita através de fibras ópticas, utilizando variações na intensidade da luz como sinal, o que permite a transmissão de dados a altíssimas velocidades. O tipo de transmissão mais conhecido entre os usuários de computadores residenciais é a transmissão por conexões telefônicas, utilizando-se modem ou modems ADSL. O modem recebe o sinal digital do computador e coloca-o dentro de uma onda com a frequência necessária para a transmissão através da linha telefônica. Esse processo é chamado de modulação.

No processo de comunicação de dados, podemos ainda destacar dois conceitos utilizados nas redes das operadoras, a saber: os circuitos de voz e os circuitos de dados. Os circuitos de voz são especializados e exclusivos para a comunicação de voz. Já os circuitos de dados são dedicados exclusivamente à transmissão de dados. A importância destes conceitos está relacionada ao modelo de comunicação de dados e à evolução das tecnologias de transmissão. Atualmente, a mesma linha física é utilizada para a transmissão de voz e dados, como, por exemplo, para a internet. Este novo conceito, utilizar um único meio físico, no caso a linha telefônica, para transmitir diversos tipos de redes e serviços é denominado de rede convergente. Veja na figura a seguir o exemplo desta convergência de meios.

FIGURA 46 – REDE CONVERGENTE – UMA ÚNICA ESTRUTURA DE REDE PARA MAIS DE UM SERVIÇO

TÓPICO 4 | FUNDAMENTOS DA COMUNICAÇÃO Em especial para nós, usuários, aproveitando o exemplo citado da tecnologia ADSL, interessa-nos o conhecimento das velocidades com as quais poderemos nos comunicar, ou seja, é comum o questionamento: qual é a velocidade de nossa conexão com a Internet? A resposta a esta pergunta está relacionada a outros conceitos relacionados aos elementos do processo de comunicação. Passamos, a seguir, a destacar estes conceitos:

• Largura de banda: é a capacidade de transmissão de um meio físico, ou seja, a taxa pela qual podemos transmitir dados.

• Enlace de rádio: a transmissão é por irradiação de sinal através de antenas. Na Figura 47 podemos verificar um enlace de rádio.

FIGURA 47 – ENLACE DE RÁDIO TERRESTRE

FONTE: O autor

• Sinal elétrico digital: é o sinal elétrico formado por pulsos elétricos identificando 0s e 1s.

Na Figura 48 podemos verificar o formato de um sinal elétrico digital. É utilizado em canais ou circuitos digitais.

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FIGURA 49 – SINAL ELÉTRICO DIGITAL

FONTE: O autor

Agora vamos fazer uma pequena análise, com relação aos tipos de ligação, entre o emissor e o receptor da mensagem no processo de comunicação. Esta análise é necessária em função dos três tipos de transmissão de dados utilizados atualmente, a saber: a transmissão por fios metálicos ou cabos de cobre, a transmissão através de fibras ópticas e a transmissão por irradiação eletromagnética (ondas de rádio). Estes três tipos de transmissão, em função do meio físico utilizado, permitem os seguintes tipos de ligação:

Ponto a ponto

O canal de comunicação é utilizado para a transferência diretamente entre o emissor e o receptor. Este tipo de ligação pode ser dedicado, exclusivo ou comutado.

FIGURA 48 – SINAL ELÉTRICO DIGITAL

FONTE: O autor

• Sinal elétrico analógico: é o sinal formado por uma variação constante, entre valores limites, de forma contínua. Na Figura 49 podemos verificar o formato de um sinal elétrico digital. É utilizado em canais ou circuitos analógicos.

Sinal Elétrico Digital

0 1 0 1 0

TÓPICO 4 | FUNDAMENTOS DA COMUNICAÇÃO

Dedicado

Mantém os equipamentos sempre conectados entre si, mesmo quando não está ocorrendo a transmissão. Exemplo: conexão entre dois provedores de internet.

Comutado (discado)

O link é estabelecido e mantido durante a transmissão; utiliza-se a rede pública de telefonia para esse tipo de conexão. Exemplo: conexão residencial com a internet.

Multiponto

O canal de comunicação pode ser compartilhado entre diversas estações. Exemplo: uma rede Ethernet com arquitetura de barramento único.

Depois de analisar as formas de ligação física para o processo de comunicação de dados, é importante perceber que a transmissão de dados e informações tem como uma de suas características o sentido da própria transmissão. Segundo Dantas (2002), é possível utilizarmos como exemplo uma aula. Quando o professor está lecionando, o sentido da transmissão é do professor para o aluno. Já quando ocorrem perguntas, o sentido da transmissão é do aluno para o professor. Na comunicação de dados ocorrem as seguintes formas de transmissão:

• Simplex: os dados fluem sempre em um único sentido. Como exemplo, podemos citar as estações rádio FM e TV nas quais a transmissão ocorre sempre em um único sentido. Em resumo há apenas transmissão.

• Half-Duplex: neste modo de transmissão, os dados fluem em ambas as direções, porém de forma alternada, ou seja, um por vez. O exemplo didático é encontrado na operação dos rádios amadores. É possível falar e ouvir através do aparelho de rádio amador, porém não de forma simultânea.

• Full-Duplex: no modo de transmissão full-duplex o fluxo de dados e informações ocorre igualmente nos dois sentidos, porém de forma simultânea. O exemplo prático, para este modo de transmissão, é o telefone. Podemos falar e ouvir (discutir) simultâneamente.

A Figura 50 ilustra os três modos de transmissão utilizados no processo de comunicação. Devemos citar que inicialmente diversos dispositivos de redes, como, por exemplo, as placas de rede, operavam em modo half-duplex. Atualmente é desejável que os equipamentos de rede operem em modo full-duplex.

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FIGURA 50 – MODOS DE TRANSMISSÃO

RESUMO DO TÓPICO 4

Caro(a) acadêmico(a)! No quarto tópico desta unidade, você estudou: • A comunicação, quem são os atores e como se comunicam. Além disso, você

AUTOATIVIDADE

Questão única: O tipo de transmissão que se caracteriza por ser bidirecional alternada é:

a) ( ) SIMPLEX. b) ( ) HALF-DUPLEX. c) ( ) Multiponto. d) ( ) FULL-DUPLEX.

TÓPICO 5

EQUIPAMENTOS

1 INTRODUÇÃO

Aos estudarmos este tópico, é necessário recordar que existem diversos tipos de redes. Para estes, já citados anteriormente, é importante frisar a finalidade da rede em função de seus elementos e equipamentos.

Todos os tipos de rede irão ser compostos por um conjunto de elementos e equipamentos que atendem às necessidades específicas de cada rede. Entre os principais equipamentos de redes, destacamos:

2 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS DE REDES

Este equipamento tem a principal função de repetir, copiar, o tráfego inserido em uma de suas portas, para as demais. A Figura 51 ilustra um HUB com três estações conectadas via cabo UTP. As principais características de um

HUB são:

• Atua na camada física.

• Concentra e conecta os segmentos de rede, os cabos, amplificando e transmitindo o sinal.

• Constitui-se em uma estrutura de barramento único e compartilhado por todos. Portanto, esta estrutura limita as transmissões e há uma única transmissão por vez. Quando ocorrem duas transmissões simultâneas, ocorre a colisão e computadores necessitam retransmitir os pacotes. Devido a esta característica, os hubs podem tornar-se pontos de congestionamento de tráfego.

• Seu meio físico, normalmente, é o par trançado, podendo também ser utilizado o cabo coaxial ou até mesmo a fibra óptica.

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FIGURA 51 – O HUB

FONTE: O autor

O Switch

Um switch é um dispositivo que opera de forma parecida com um hub, mas que fornece uma conexão dedicada (chaveada, switched) entre as suas portas. Ao invés de repetir todo o tráfego em todas as portas, o switch determina pelo endereço MAC quais portas estão se comunicando diretamente e, temporariamente, as conecta. Em geral, os switches oferecem um desempenho muito melhor que os

hubs, especialmente em redes de alto tráfego, com muitos computadores. Eles

não são muito mais caros que os hubs e os estão substituindo em muitas situações. Como suas principais características, podemos destacar:

• Atuam na camada 2, enlace, do modelo OSI.

• Possibilitam a otimização do tráfego entre os segmentos de rede. • Possibilitam mais de uma transmissão simultânea entre as portas.

• Suportam vários tipos de meios físicos e diferentes tecnologias de implementação.

De forma geral os switches otimizam o tráfego de rede possibilitando várias transmissões simultâneas. Porém, em função da sua capacidade de processamento de pacotes, estes equipamentos implementam e disponibilizam várias outras tecnologias auxiliares às redes de computadores. É possível citar como exemplo as VLANs, que são redes virtuais criadas e configuradas internamente no equipamento, desde que o mesmo tenha suporte para este tipo de recurso. Esta funcionalidade avançada permite várias configurações. Didaticamente, quando implementamos VLANs em um switch, é como se houvesse um único

TÓPICO 5 | EQUIPAMENTOS isolamento e priorização de tráfego, aumento da segurança e otimização da rede. Cada VLAN é isolada fisicamente, garantindo uma nova rede isolada das demais. As VLANs podem ser implementadas através das seguintes técnicas:

- Por porta física do equipamento swicth. - Por MAC address dos dispositivos de rede. - Por TAG, marca, em um fluxo de dados. - Por Protocolo de comunicação.

Uma forma interessante para implementar VLANs é por protocolo de comunicação. Esta técnica permite isolar o tráfego das sub-redes, reduzindo o volume de tráfego de broadcast. Em redes com um grande número de equipamentos, esta característica torna-se importante.

FIGURA 52 – SWITCH DE REDE

FONTE: O autor

O Roteador

Enquanto hubs e switches fornecem conectividade para um segmento local de rede, a função de um roteador é a de encaminhar pacotes entre diferentes redes, localizadas em segmentos físicos distintos. Um roteador, tipicamente, tem duas ou mais interfaces físicas de rede, as quais estão conectadas respectivamente em redes distintas. Rotear é basicamente encaminhar pacotes de uma rede para a outra observando as tabelas de roteamento que determinam as rotas existentes para um determinado destino.

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Inicialmente, a função de roteamento era executada por servidores com duas ou mais interfaces de rede, as quais efetuavam a conexão física entre as redes. Com o isolamento das funções e o crescimento das redes, a função de roteamento passou a ser executada por equipamentos específicos, os próprios roteadores. A abertura da Internet à exploração comercial motivou o surgimento de diversos tipos de equipamentos que incorporaram a função de roteamento. Como exemplo, podem-se citar os roteadores wireless e os modems ADSL. Especificamente os modems ADSL, quando configurados como roteadores, isolam a rede interna (escritório, casa ou empresa) da internet!

Com a especialização dos roteadores, foram acrescentadas aos mesmos novas funções, tais como a tradução entre endereços válidos (da internet) e não válidos (das redes internas), listas de controle de acesso (ACLs) e mecanismos de qualidade de serviços (QoS). Toda esta evolução é necessária para garantir o bom desempenho das redes e da própria internet, pois quando a internet e as redes foram criadas, ainda não existia a multimídia, os jogos on-line, o pagamento eletrônico, a videoconferência nem a telefonia pela própria Internet e os vídeos ou a IPTV.

A Figura 53 apresenta dois exemplos de utilizações de roteadores e suas conexões. Cada interface de rede do roteador conecta a uma rede distinta. No exemplo 1, a interface 1 conecta o roteador com a rede 1, a qual terá o endereçamento IP de rede distinto, ou seja, diferente do endereçamento IP da rede 2. As redes (rede 1 e rede 2) são lógica e fisicamente distintas, ou seja, separadas, sendo o roteador o único componente de rede que as conecta via o próprio roteador.

TÓPICO 5 | EQUIPAMENTOS Conforme Tanenbaum (2003), as decisões de roteamento são efetuadas localmente, no roteador que conecta as diversas redes, através do qual o pacote de dados está sendo encaminhado. Estas decisões de roteamento são tomadas com base nos endereços de destino, contidos nos pacotes, e os endereços das redes, configurados nas interfaces do roteador. A função de roteamento tornou- se tão importante para as redes e para a Internet, que obrigou o desenvolvimento de protocolos e algoritmos específicos para esta função. Assim, podemos destacar os seguintes protocolos de roteamento:

• RIP (Routing Information Protocol) - Foi especificado pelas RFCs 1058, 1388 e 1723. Este é o protocolo de roteamento mais simples de ser implementado, porém apresenta problemas com relação ao consumo de banda de rede. As suas constantes atualizações originaram várias versões deste protocolo com características específicas.

• OSPF (Open Shortest Path First) - Foi especificado pelas RFCs 1131 e 1247. Seu funcionamento baseia-se em encontrar o menor caminho, ou seja, a menor rota para um determinado destino.

• BGP (Border Gateway Protocol) - Está especificado através das RFCs 1771, 1772, 1773, 1774 e 1657. Representa uma evolução ao seu antecessor EGP, pois admite o roteamento baseado em políticas, ou seja, segundo o conjunto de regras. Sua versão mais recente é o BGP4.

De forma prática, como o seu modem ADSL é comumente também um roteador, você pode verificar neste equipamento qual a versão do protocolo de roteamento que o mesmo suporta. Para tal, basta identificar esta característica nas suas especificações técnicas. Conforme já mencionado anteriormente, as tabelas de roteamento podem ser verificadas, em vários sistemas operacionais, através do comando “netstat -rn | more”. Este comando, quando executado na linha de comando (prompt) do Windows, produzirá o resultado da Figura 54.

O Windows, assim como vários outros sistemas operacionais, tem a capacidade de ler as informações de roteamento que são automaticamente trafegadas pela rede através do protocolo RIP. Assim os sistemas apreendem e constroem suas tabelas de roteamento internas, como a da Figura 54.

Ainda em relação ao roteamento, é importante salientar que ele pode ser utilizado de forma estática ou de forma dinâmica. A forma de utilização irá depender de fatores como o tamanho da rede, da necessidade de economia de banda e da alta disponibilidade. É possível mencionar o exemplo da própria internet. Você já imaginou como somos altamente dependentes da internet para várias de nossas tarefas diárias? Assim, se o roteamento, o encaminhamento de pacotes, entre as diversas redes que compõem a internet falhar – porque em uma manutenção, alguém removeu uma rota acidentalmente – qual será o seu prejuízo?

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FIGURA 54 – TABELAS DE ROTEAMENTO

FONTE: O autor

De forma semelhante aos sistemas operacionais, os equipamentos roteadores também mantêm as suas tabelas de roteamento em memória. O formato destas tabelas é dependente da tecnologia utilizada pelos fabricantes. Como exemplo podemos citar os roteadores da Cisco, da Júniper, da Huawei, da Enterasys, da Linksys, da Dlink ou mesmo vários dos modelos de modems ADSL presentes no mercado. Na Figura 55 podemos visualizar uma tabela de roteamento com suas respectivas rotas. Você poderá observar que cada rota possui, na coluna mais à esquerda, a identificação “static” ou “dynamic”, indicando a forma como esta rota foi cadastrada no roteador.

TÓPICO 5 | EQUIPAMENTOS Diante do exposto, você pode estar se perguntando: se o roteamento pode ser implementado de forma estática ou dinâmica, existem comandos específicos para manipular as tabelas de roteamento? A resposta é afirmativa. Porém, explorar estas características foge ao objetivo do nosso estudo e são características de cada produto. Para complementar o foco de nosso estudo, sobre os conceitos relacionados ao roteador, é importante entender seu conceito, as formas de roteamento e suas implicações.

Na arquitetura TCP/IP é a camada 2, de Internet, que tem a responsabilidade de endereçar os dados, roteando ou encaminhando-os, entre as redes. Fazem parte desta camada os protocolos ICMP, ARP, RARP, além do próprio IP, que auxiliam em diversas funções complementares à arquitetura. Desta forma, conforme Tanenbaum (2003), roteamento é decidir sobre qual será a rota a ser utilizada. Já o encaminhamento diz respeito ao processo de tratamento de cada pacote em relação às decisões tomadas com base nas tabelas de roteamento. Sim, as tabelas de roteamento são um importante elemento do processo de roteamento