Redes de Computadores

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Redes de Computadores

Observe a seguir a representação de uma rede de computadores, observe que os computadores estão interligados, desta forma, podendo compartilhar dados e recursos entre eles.

Alcance da rede

As redes podem ser classificadas de acordo com seu raio de atuação, para isso existem algumas siglas que representam esta características de redes.

o MAN (Metropolitan Area Network)

Neste caso a rede possui um alcance na ordem de quilômetros, como podemos observar o a sigla faz referência a uma rede de alcance metropolitano, como exemplo podemos citar as redes wi-max (IEEE 802.16), redes para acesso à Internet sem fio, outro exemplo que podemos citar é sobre a estrutura das televisões a cabo.

o WAN (Wide Area Network)

Esta é uma das siglas mais cobradas em concursos públicos, ela apresenta redes de longo alcance, ou com um alcance global, que o caso da Internet, mas cuidado a Internet não é o único tipo de WAN.

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o LAN (Local Area Network)

Muito comum no dia a dia de usuários de computadores este termo denomina uma rede de alcance local, ou seja, atendem uma área limitada, por exemplo, uma empresa. É muito comum encontrarmos este termo na maioria das empresas, além disso existem empresas que oferecem entre outros serviços o acesso à Internet, neste caso estamos falando de LAN Houses, locais que possuem um rede e compartilham recursos para usuários.

o PAN (Personal Area Network)

Neste caso estamos tratando de redes bem restritas como conexões via Bluetooth, normalmente encontradas em telefones celulares. É muito semelhante a LAN, porém com o advento de usuário possuírem mais de um computador em suas residências, por exemplo, um ambiente com dois computadores é uma impressora podem formar uma PAN, mas também podemos chamar de LAN. Este termo não é muito cobrado em concursos públicos.

Dica: existe um outro termo para redes de curto alcance, que é o caso da HAN

(Home Area Network), semelhante a PAN possui um alcance restrito. o Protocolo

Os protocolos são regras e padrões que são seguidos para estabelecer conexões, enviar dados, em fim as redes não existiriam se não utilizássemos protocolos. Observaremos no decorrer deste capítulo e do de Internet que existem inúmeros protocolos cada um com sua aplicação, por exemplo, protocolo para envio de e-mails, para conexão de computadores entre outros.

Falhas de transmissão

Um problema que encontramos em redes é referente às falhas de transmissão dos dados, isso pode ocorrer devido a vários motivos, uma das causas mais comuns são os ruídos. Vamos entender ruídos como interferências em nossa transmissão, observe a seguir alguns tipos de ruídos:

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o Térmico

Como o próprio nome indica, devido a variações de temperatura podemos observar perdas de dados durante a transmissão.

o Intermodulação

Quando observamos sinais de frequências diferentes no mesmo condutor, não esqueça deste último detalhe, no mesmo condutor, neste caso a frequência pode induzir ou ser induzida, causando assim interferência nos dados.

o Cross-talk

Este é um dos tipos de ruídos mais cobrados, também conhecido como “linha cruzada”. Ele ocorre quando o sinal de outro cabo interfere no seu sinal, cabos que possuem

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blindagem com no caso dos cabos coaxiais são mais imunes a este tipo de ruído, no caso do cabo de par trançado as tranças são justamente para diminuir a incidência deste ruído.

o Impulsivo

É um tipo de ruído de difícil prevenção, pois é composto por pulsos irregulares de grande amplitude, podemos fazer uma analise utilizando o seguinte exemplo, quando ligamos o chuveiro ou o microondas e observamos uma interferência em nossa TV, basicamente é o mesmo processo na linha que transmite os dados.

Atenção: estes não são os únicos tipos de ruídos, porém são os mais cobrados em

concursos públicos.

Cabos

O meio da rede, como já observamos, é composto pelos cabos de transmissão, a seguir observaremos os principais tipos de cabos e suas características.

o Par trançado

Este é um dos tipos mais utilizados em LAN´s nos dias de hoje, com certeza já observamos este cabo, normalmente com a cor azul. Entre as suas vantagens podemos citar a flexibilidade do cabo, seu preço acessível, além dos seus pares trançados formando uma espira, com isso reduzindo consideravelmente o ruído e mantendo constantes as propriedades elétricas do meio. Porém uma das desvantagens deste meio é que ele pode transmitir tanto dados digitais como analógicos, com isso é suscetível a ruídos

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eletromagnéticos e de radiofreqüência, estes efeitos podem ser minimizado com a utilização de cabos blindados.

O conector utilizado é denominado RJ-45, semelhante ao encontrado nos telefones (RJ-11), porém com espaço para oito fios, ou seja, o par trançado que utilizamos em LAN´s possui quatro pares. Cada fio possui cores diferentes e para preparar o conector utilizamos a ordem estabelecida pela norma EIA/TIA 568A.

A seguir podemos observar a imagem de alguns componente citados anteriormente.

Cabo par trançado UTP.

Cabo par trançado STP, com blindagem para os pares.

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Cabo par trançado UTP categoria 5, com duas pontas com conectores RJ-45.

o Coaxial

O cabeamento coaxial surgiu primeiro, porem nos dias de hoje em redes locais a incidência do par trançado é bem maior, pela sua mobilidade e preço. Porém o cabo coaxial é melhor nas questões de imunidade a ruídos e distância de transmissão, pois já possui blindagem na sua estrutura. A referencia do cabo é RG-58.

Conector tipo BNC

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Cabo coaxial RG-58, podemos observar a malha de blindagem e o cabo no centro. o Fibra óptica

Neste meio de transmissão os dados são transmitidos na forma luminosa e não elétrica como observado anteriormente, esta situação traz uma série de vantagens, entre elas, a imunidade aos mais diversos tios de ruídos. Para o correto funcionamento é necessário um modem óptico, para converter os sinais luminosos em elétrico e vice-versa.

Dica: para acoplamento em dispositivos de redes, que analisaremos no decorrer

deste capítulo, podemos contar com o trasnceiver óptico, que transforma os sinais provenientes de uma fibra óptica para o formato RJ-45 para a correta instalação em dispositivos de uma LAN.

Encontramos, basicamente, dois tipos de fibras, observe:

Fibra Monomodo (single mode) – Possui um núcleo mais fino e transferem os sinais luminosos quase que em linha reta total, ideais para longas distâncias.

Fibra Multímodo – Apresenta o núcleo mais espesso e a luz fica refletida, até chegar a outra extremidade do cabo, pode transmitir diversos sinais simultaneamente.

Observe a seguir imagens de conectores de fibra óptica:

Conectores de fibra óptica.

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Layout da Rede (topologias de redes)

Ao layout físico da rede damos o nome de topologia, ou seja, de que forma os nós estão interligados, a seguir podemos analisar algumas topologias, observe:

o Barramento

Este tipo de topologia também é denominado rede em bus, onde todos os computadores são ligados no mesmo barramento, somente um nó pode se comunicar no barramento por determinado momento o restante das estações observam (escutam) a rede e capturam as informações destinadas a elas. Caso dois computadores transmitam ao mesmo tempo ocorre um fenômeno denominado colisão.

O sentido da transmissão é bidirecional e o desempenho na transmissão é definido por uma série de fatores entre eles: o meio de transmissão, o controle de acesso, o tipo de tráfego, protocolo utilizado entre outros.

Observe na imagem a seguir que os nós estão conectados diretamente na barra de transporte.

NÓ NÓ

NÓ NÓ NÓ

Barramento

A identificação de endereços dos nós é realizado na barra de transporte, erros são dificilmente isolados e determinados, necessita de menos quantidade de cabos para sua instalação e a rede fica mais lenta em períodos de alta utilização.

o Anel

Nesta topologia encontramos os nós conectados através de uma caminho fechado, estas redes são capazes de receber e enviar dados em qualquer direção, porém existem configurações que deixam este modelo operando apenas em uma sentido, ou seja, unidirecional.

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Esta topologia é pouco tolerante a falhas, requer menos cabos, dependendo da configuração se uma estação para todas as outras param pois o anel foi interrompido.

Observe a seguir a ilustração deste layout de rede:

NÓ NÓ NÓ NÓ NÓ o Estrela

Sua principal característica é que os nós são ligados em um dispositivo concentrador de conexões, todos os dados passam por este concentrador e ele tem a função de redistribuir os sinais para as estações ligadas a ele.

Nos dias de hoje é uma das melhores soluções para redes locais (LAN), se observarmos determinada falha em uma estação apenas esta estação para de transmitir e o sistema continua estável, porém se o concentrador falhar todas as estações ligadas a ele ficarão incomunicáveis.

O concentrador determinará o número de estações da rede, cada estação tem seu próprio enlace com a rede, além de possuir um custo de instalação maior em virtude do maior número de cabos para construção da rede.

Dica: é normal utilizarmos o cabo par trançado para criação deste tipo de rede.

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Concentrador

Arquiteturas de Redes

Não podemos confundir arquiteturas de rede com topologia de redes, as topologias apresentam fisicamente a estrutura da rede, já as arquiteturas indicam de que forma ocorrerá a comunicação nestas estruturas, obviamente determinada arquitetura é mais ou menos funcional dependendo da topologia empregada. A seguir observe algumas arquiteturas.

o Ethernet (IEEE 802.3)

Esta arquitetura é uma das mais utilizadas no mercado, pode ser implementada na topologia estrela ou barramento.

Uma característica muito importante desta arquitetura é que se dois nós transmitirem ao mesmo tempo eles são alertados sobre a colisão, param a transmissão e aguardam um período aleatório antes de transmitirem novamente. Este processo é denominado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Detection), uma das principais características da arquitetura ethernet, para o usuário esta situação é transparente, porém pode observar determinada lentidão na rede.

Atenção: a medida que aumenta o número de estações transmitindo observaremos

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Como já observamos quando estávamos analisando o cabeamento empregado nas redes, os padrões 10BASE T, 100BASE T e 10BASE 2, existem outros padrões que precisam ser observados:

o Token Ring (IEEE 802.5)

Também conhecida como passagem e permissão, utiliza topologia em anel e garante que todas as estações tenham chance de transmitir, para isso utiliza um bit especial denominado token ou permissão.

O sentido é unidirecional, a estação monitora a rede até receber o token para transmitir, quando observar o padrão transmite até a estação destino, após o recebimento o token é devolvido até a estação de origem e liberado novamente no anel.

o Wireless (Wi-Fi padrão IEEE 802.11)

Nos dias de hoje as redes sem fio crescem exponencialmente, a sua grande vantagem é serem desprovidas de cabos, a transmissão é realização por frequência de rádio. A sigla para redes locais sem fio é WLAN de wireless local area network.

Locais que disponibilizam acesso sem fio são denominados hot spots, para transmitir o sinal sem fio com certa estabilidade é necessário um dispositivo denominado AP (access point), dependendo do modelo e do local de instalação a distância pode ser variável, em um ambiente livre de obstáculos como paredes o sinal será mais forte, a medida que o computador se distancia do ponto de acesso o sinal fica mais fraco e com isso a velocidade da conexão.

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Dica: a conexão direta entre computadores através de placas de rede wireless é

denominada ad-hoc.

Entre os padrões das redes sem fio encontramos:

IEEE 802.11a – entre suas características encontramos a freqüência de operação de

5Ghz com velocidades de 54Mbps.

IEEE 802.11b – com freqüência de 2,4Ghz e capacidade nominal de 11Mbps. IEEE 802.11g – com a mesma freqüência apresentada no modelo “b”, ou seja, 2,4

Ghz, porém com velocidade bem superior, de 54Mbps.

Atenção: como na arquitetura ethernet, a arquitetura de redes sem fio possui um

recurso para tratar a colisão, trata-se de um modelo mais evoluído que o CSMA/CD, sua descrição é CSMA/CA (carrier sense multiple access with collision avoidance), neste caso o transmissor aguarda um sinal livre antes de transmitir, depois envia os dados em um canal pré-alocado, prevenindo colisões.

o FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Opera em topologia anel, porém com anéis duplos, ou seja, possuem tolerância a falhas caso uma estação apresente problemas.

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Normalmente implementada em redes MAN, com alcance metropolitano na ordem de quilômetros de distância.

Componentes da rede

Já observamos conceitos iniciais, termos, conceitos e agora chegou o momento de conhecermos efetivamente o tipo de hardware que utilizamos para interligar todos estes cabos e que entendem todas estas estruturas que comentamos até agora, vamos lá:

o Placas de rede (adaptadores de rede)

O dispositivo que fica instalado diretamente do computador é denominado placa de rede ou adaptador de rede, pode ser para redes cabeadas ou para redes sem fio. É muito comum observarmos em notebooks nas propriedades de rede, em computadores com sistemas operacionais da linha Microsoft, a indicação do dispositivo de rede com fio e sem fio, observe os ícones:

A placa de rede possui um endereço denominado MAC Address, que a identifica em uma rede, é um endereço de 48bits com representação no sistema hexadecimal. Observe a seguir a indicação do endereço MAC do dispositivo de rede, a indicação é feita com o termo “Endereço físico”.

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A seguir podemos observar uma placa de rede, com suporte a conectores RJ-45.

Através deste dispositivo podemos interligar computadores em rede, inclusive acessando a Internet e utilizando outros serviços oferecidos na rede.

o Hub

O termo HUB também é conhecido como concentrador, devido a sua principal função de conectar estações, formando uma topologia estrela, reúne todos os nós de acordo com o número de portas disponíveis, por exemplo, um HUB com 2 portas poderia atender uma rede com 10 estações. Porém não uma rede composta de 20 estações, para ampliar a capacidade de estações é possível ligar um HUB em outro, este processo é denominado cascateamento, porém em determinadas situações não é muito indicado.

O HUB não pode ser considerado um equipamento de alta performance, porém é muito útil em pequenas redes. Observe a seguir a imagem de um HUB.

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Dica: a porta denominada uplink tem a funcionalidade de cascatear hubs,

aumentando assim a capacidade de estações de sua rede, conforme analisado anteriormente.

o Switch

Equipamento com função semelhante a do HUB, porém mais especializado apresentando uma velocidade muito maior. Enquanto o HUB opera enviando, sempre, a mensagem para todas as estações da rede, causando um grande tráfego. O switch após reconhecer toda a rede, direciona a mensagem para a estação correta, aumentando consideravelmente a velocidade, inclusive podendo operar em full duplex, ou seja, oferecendo independência de comunicação para as estações.

Acabam sendo mais velozes que os roteadores que veremos a seguir, porque realizam um exame superficial para definir o destino dos dados e não o pacote de dados inteiro como os roteadores.

Dica: também podemos realizar o procedimento de cascateamento com switches.

Imagem Switch D-Link o Roteador (router)

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Peça fundamental, principalmente, na questão de conectividade em redes de longo alcance, como a Internet.

O roteador faz uma análise aprofundada do pacote a ser enviado, por este motivo acaba sendo mais lento que o switch, em seguida utiliza protocolos e tabelas de roteamento para definir o melhor caminho para o pacote, na continuidade deste capítulo estudaremos estes protocolos.

Dica: perceba que quando adquirimos uma conexão de banda larga do tipo ADSL,

precisamos utilizar um modem router, ou seja, ele tem o papel de encaminhar os pacotes dos computadores de nossa rede pela nossa conexão com a Internet.

o Ponte (bridge)

Através deste dispositivo é possível segmentar redes locais, criando sub-redes, através deste dispositivo também é possível unir redes com arquiteturas diferentes.

O fato de separar a rede em partes acaba dividindo o tráfego, só passando informações para a outra parte da rede quando necessário.

o Repetidor (repeters)

Os repetidores têm a função de conectar dois segmentos de cabo de rede, com o objetivo de regenerar o sinal, no caso de segmentos muito extensos.

Atenção: não podemos pensar que se precisarmos

de lances de cabos muito longos podemos utilizar vários repetidores, mesmo utilizando deste recurso não conseguiremos estender o cabo em longas distancias.

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Um servidor consiste em um computador com uma ou mais funções definidas, por exemplo, podemos encontrar servidores de dados, que guardam informações de usuários, servidores de impressão que controlam as impressões da rede, ou seja, basta existir a necessidade e podemos colocar um servidor ara otimizar e centralizar as tarefas de rede.

Normalmente o servidor é um computador com uma estrutura de hardware melhor, pois as estações utilizarão recursos deste computador.

Para gerenciar redes encontramos sistemas operacionais de rede, entre os mais famosos encontramos, Linux, Unix, Windows 2003 e 2008 Server, Novell Netware entre outros.

Estes sistemas operacionais gerenciam usuários e seus direitos de trabalho no servidor, conexões à Internet, divisão e cotas de utilização de espaço em disco, esquemas e rotinas de backup, entre outras tarefas. Como em uma sistema operacional que encontramos na estação de trabalho, os sistemas operacionais de rede acabam controlando o hardware do servidor e as aplicações dos usuários.

Dica: observaremos no capítulo de Internet que as páginas que navegamos, são

armazenadas em servidores WEB ou servidores WWW.

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