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APOSTILA DE REDES I

Redes de Computadores

Nenhuma outra tecnologia evoluiu tão rápida e então pouco espaço de tempo como à informática. Em poucas décadas, vimos computadores que ocupavam um andar inteiro, pesando algumas toneladas, de processamento duvidoso e custando milhões de dólares, serem substituídos por estações de trabalho que cabem numa mesa, podendo realizar milhões de operações por segundo a um preço acessível a todos.

A massificação do uso de computadores por parte das empresas, universidades e governos, a internacionalização da economia e sua dispersão geográfica, geraram uma enorme necessidade de interligar sistemas para a troca de informações de forma rápida e segura.

Mesmo em menor escala, as redes permitem as pequenas e médias empresas maior agilidade e eficiência na troca de informações e compartilhamento de dados e recursos como, por exemplo, impressoras e discos.

Suponha que você possua uma impressora laser que é utilizada por todo se setor. Se você não possui uma rede que disponibilize a impressora para todas as estações do setor, cada um que desejar utilizar a impressora, deverá copiar um arquivo para um disquete e leva-lo até onde ela estiver. Parece simples, mas se a impressora estiver em um outro andar?E se o arquivo a ser impresso for maior que a capacidade de armazenamento do disquete?

Todos esses, e outros, problemas podem ser contornados, mas se você estiver utilizando uma rede, o ato de imprimir um arquivo seria tão normal quanto imprimi-lo em uma impressora conectada diretamente a sua estação.

Não importa se você está conectando uma impressora a dois microcomputadores ou interligado dos sistemas em países diferentes via satélite, a realidade das redes de comunicação vai estar cada vez mais ligada ao nosso cotidiano.

Evolução dos Sistemas de Comunicação

A história das redes de comunicação surge muito antes do advento do computador.

Seu início e sua evolução estão intimamente ligados a necessidade de troca de informações entre as pessoas, empresas ou qualquer outra organização.

Os mais simples sinais de comunicação são os gestos físicos como um aceno de mão ou um sorriso. Embora os sinais transmitam algum tipo de informação, é necessário que tanto o emissor quanto o receptor possam entendê-los. Por exemplo, para que se possa conversar com um russo que só conheça sua língua nativa, nós devemos ou conhecer russo ou solicitar a ajuda de um tradutor. Uma linguagem comum torna a comunicação muito mais fácil.

O Código Morse, utilizado no sistema telegráfico, é um exemplo de uma linguagem comum, ou padrão para a comunicação de dados. Ele faz uso de combinação único de pontos e traços para representar letras, números e sinais de pontuação da linguagem escrita.

Nos sistemas modernos de comunicação de dados através de redes de computadores, os dados são transmitidos através de dígitos binários, ou bits, ou invés de pontos e traços.

Igualmente ao Código Morse, deve existir um padrão de representação para o sistema binário de forma que este possa ser compreendido tanto pelo emissor quanto pelo receptor.

O que são Redes de Computadores

Estritamente falando, redes de computadores são computadores conectados entre si, com o objetivo de compartilhar informações e recursos, programas, impressoras, agendas de grupos, correio eletrônico, etc. Trazendo benefícios aos usuários que irão utilizá-la.

Conceitos

LAN (Local Area Newtork): É um grupo de computadores e dispositivos associados que dividem uma mesma linha de comunicação e, normalmente, os recursos de um único processador ou servidor em uma pequena área geográfica.

O servidor normalmente tem aplicação e armazenamentos de dados compartilhados por vários usuários, em diferentes computadores, ou seja, é o que chamamos de uma Rede Local (computadores próximos, altas taxas de transmissão dados 10Mbps a um Gbps, meios de transmissão privativos).

Um servidor de rede local pode ser até mesmo utilizado como servidor Web desde que tomem as medidas adotadas de seguranças para proteger as aplicações internas e os dados de acesso externo.

MAN (Metropolitan Area Newtork): É uma Rede Metropolitana, esta interconecta usuários com os recursos de computadores, com uma área maior de cobertura, apesar de que ser uma grande rede local, porém menor que a cobertura por uma WAN.Este aplicativo é usado para interconexão de várias redes em uma cidade dentro de uma única grande rede.

WAN (Wide Area Newtork): É uma Rede Geográfica com uma estrutura mais ampla de telecomunicação de uma LAN.

Topologia de redes

Estrela (Star): Neste tipo de rede, os equipamentos estão conectados ponto-a-ponto, por intermediário de linhas (cabos) independentes, a um gerenciador central que é responsável por toda a comunicação e transferência de dados, bem como pelo controle do armazenamento de dados e gerenciamento de rede.

Neste sentido, enquanto dois nós estiverem se comunicando, os demais não terão que aguardar e se ocorre à quebra do nó central interrompe o funcionamento de rede.

Anel (Ring): Estações conectadas através de um caminho fechado. Com esta configuração, muitas das estações remotas ao anel não se comunicam diretamente com o computador central.

Quando a mensagem é enviada, esta entra no anel e circula até ser retirada pelo nó do destinatário, ou então até voltar ao nó fonte, dependo do protocolo utilizado. Este último procedimento é mais desejável porque permite o envio simultâneo de um pacote para múltiplas estações e além do mais permite que determinadas estações recebam pacotes enviados por qualquer outra estação de rede, independente de qual seja o nó destinatário.

Barramento (Bus): Utiliza uma topologia descentralizada, este tipo de rede local caracteriza-se pela ocorrência de apenas uma única linha conexão. O acesso ao barramento é dividido entre todos nós, sendo que cada uma das estações de trabalho pode enviar dados a todas as outras estações componentes da rede.

Neste tipo de rede são utilizados repetidores de sinal, quando a distância é maior que a permitida por um segmento de cabo. O tipo de ligação é multiponto, onde cada um dos nós possui endereço único, o que faz com que seu monitoramento ao barramento seja contínuo, propendendo à verificação de possíveis mensagens ou dados que a ele tenham sido enviados.

Uma das vantagens desse tipo de rede, sobre topologia diferente, é que com a queda de um nó, o restante da rede continua ativada normalmente.

Neste tipo de rede não existe hierarquia, no que se diz a respeito à ordem de transmissão dos dados, cada estação de trabalho que deseja transmitir pode fazê-lo sem que tenha que esperar por algum tipo de permissão, podendo com isso vir a ocasionar o que se chama de colisão de dados (mistura de duas ou mais mensagens no transcorrer da transmissão) impedido que estes sejam reconhecidos pela estação destinatário.

Sentido de Transmissão ou Modo de Operação

Simplex: O sinal vai apenas da origem (previamente determinada) para o destino (previamente determinado).

Half Duplex ou Semi Duplex: O sinal pode ser transmitido da origem para o destino e vice-versa, mais não é ao mesmo tempo.

Duplex ou Full Duplex: Os sinais podem ser transmitidos ao mesmo tempo, entre as duas extremidades que estão se comunicando, em ambos sentidos.

Tipos de redes

Rede Par a Par (Rede simples):

Rede Baseada em Servidor:

Órgãos de Padronização

A padronização das redes de computadores foi essencial no início da década de 80, e foi um dos principais motivos do grande crescimento observado nas redes. Antes da criação do modelo OSI pela (esse modelo será apresentado no modulo de Redes II), em 1982, os sistemas eram todos baseados em soluções proprietárias e não permitiam a interoperabilidade dos fabricantes. Este fato gerava um grande desconforto aos usuários da tecnologia, que ficavam atrelados a soluções de um único fabricante. Se eles decidissem comprar a solução de uma determinada marca, eram obrigados a expandir com a mesma marca, o que era ótimo para o dono da marca e péssimo para o cliente, principalmente na hora de negociar preço.

Os padrões foram criados para permitir que uma solução tecnológica única e padronizada pudesse ser implementada por diferentes fabricantes. Inicialmente os fabricantes acreditavam que a padronização limitava a expansão tecnológica, mas o que aconteceu ao longo dos anos foi que os fabricantes implementavam o padrão e ofereciam a seus clientes, como uma solução de valor agregado, as capacidades avançadas por eles, criadas como um valor agregado.

A padronização em rede de computadores pode ser dividida em dois tipos:

Padronização da indústria: É o tipo de padronização formal. Em geral esses padrões são desenvolvidos por entidades de padronização que funciona como um grande fórum, do qual fazem parte representante das indústrias, dos Governos, dos laboratórios das universidades e dos usuários. Alguns exemplos são:

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engeneers): Possui engenheiros elétricos e eletrônicos de praticamente todos os paises do mundo e a contribuição do IEEE é muito grande na definição de padrões de redes.

ANSI (American National Standards Organization): É um órgão de padronização criado nos Estados Unidos, em 1918. Possuem aproximadamente 1000 associados entre empresas, organizações, agências de governo e instituições internacionais. A ANSI trabalha em parceria com a IEC (International Electrotechnical Commission), responsável pela especificação de padrões eletrônicos.

EIA (Electronic Industries Association): Associação das Indústrias de Eletrônica (dos Estados Unidos), o EIA é uma organização de comércio dos E.U. para a indústria de eletrônica que concentra em padrões de relação da ferragem.

TIA (Telecommunications Industry Association): Associação das indústrias das telecomunicações.

ISO (International Organization for Standardization): É uma organização internacional de padronização que pode ser considerada a maior do mundo. A ISO desenvolve e estabelece padrões nem diversas áreas do desenvolvimento tecnológico e é formada por diversas organizações de diferentes países.

Padronização de Fato: Trata das tecnologias que acabaram virando padrões porque simplesmente o produto ganhou mercado. Como exemplos temos o SNA da IBM, o Windows da Macrosof e o UNIX.

O MODELO OSI

O padrão OSI

O modelo de referencia OSI é extremamente útil como uma ferramenta de análise dos vários serviços de rede. Por exemplo, se olharmos para um simples serviço de rede tal qual a impressão de um documento criado por processador de texto numa impressora local, nós poderíamos usar o modelo de referencia OSI para determinar como esta "tarefa" está sendo realizada.  Podemos também determinar como acontece à impressão em uma rede Netware, ou numa rede TCP/IP. Devido a estes exemplos usarem um mesmo modelo, eles podem ser comparados um com o outro, mesmo que utilizem de tecnologias diferentes para realizar o mesmo objetivo final. O modelo OSI é composto por 7 camadas:

APLICAÇÃO

 Nível 7 

APRESENTAÇÃO

 Nível 6 

SESSÃO

 Nível 5 

TRANSPORTE

 Nível 4 

REDE

 Nível 3 

LINK

 Nível 2 

FÍSICA

 Nível 1 

Vejamos, então, as descrições das camadas:

A camada física está relacionada com o meio físico usado para conectar diferentes sistemas numa rede. EX: "cabos" seriais, paralelos, cabos ethernet, cabos telefônicos, fibras óticas e até mesmo os tipos de conectores usados no cabeamento. As informações estão codificadas em sinais elétricos.

A camada de link (ou DATA-LINK) é usada para definir como a informação é transmitida através da camada física, e certificar se a camada física está funcionando corretamente. Algumas redes - tais como sistemas de telefonia publica, estações AM/FM e de televisões - usam sinais analógicos para transmitir a informação, enquanto que as redes de computadores usam sinais digitais. Havendo algum problema com a transmissão da informação no meio físico (cabeamento rompido ou em curto-circuito, linha desbalanceada, colisões), então esta camada deve tratar destes erros ou retransmitindo ou notificando a falha para a camada de rede (superior)

A camada de rede é usada para identificar os endereços dos sistemas na rede, e para a transmissão dos dados entre os sistemas. A camada de rede deve estar ciente do meio físico da rede, e empacotar a informação de tal forma que a camada de link possa enviá-la para a camada física. Por exemplo, se a linha telefônica é o meio físico, então a camada de rede deve preparar a informação de tal forma que a camada de link possa enviá-la por um circuito analógico. Da mesma forma, se a informação é uma placa de rede Ethernet, então a camada de rede deve encapsular a informação nos sinais digitais apropriados para a Ethernet, e então passá-la para a camada de link que a enviará. Em muitas redes, a camada de rede não verifica a integridade da informação. Ela, simplesmente, fornece o empacotamento e o serviço de envio, assumindo que se a camada de rede não reportar algum erro então a rede está operacional. Estações de rádio e televisão trabalham desta maneira, assumindo que se eles transmitem um sinal, então os aparelhos de TV e rádio irão recebê-los sem problemas. Da mesma forma, encontram-se tecnologias de redes assumindo este procedimento, deixando que os protocolos de camadas de nível maior forneçam este rastreio de envio e garantam a integridade.

A camada de transporte fornece serviços de verificação de integridade da informação preenchendo a lacuna da camada anterior. Entretanto este tratamento só se aplica para serviços de transmissão, e não para qualquer responsável por verificar se a camada de rede está funcionando de forma eficiente, e se não, então ou ela requisita uma retransmissão ou retorna um erro para a camada superior a ela (sessão). Desde que os serviços de alto nível têm que passar pela camada de transporte, todos os serviços de transporte são garantidos when esta camada é implementada e utilizada corretamente no e pelo software de rede. Nem todos os sistemas garantem que a camada de transporte forneça a integridade ou confiabilidade necessária, pelo contrário, muitas redes fornecem camadas de transporte sem qualquer nível de confiabilidade para serviços não essenciais tais como o envio de mensagens de controle ou erros.

A camada de sessão é a responsável pelo estabelecimento da conexão entre sistemas, aplicações ou usuários. A camada de sessão pode receber solicitações de qualquer camada de nível mais alto, e então negociará uma conexão usando as camadas inferiores. Uma vez que a conexão foi estabelecida, a camada de sessão se comporta como uma interface de comunicação entre a camada de rede e as outras camadas mais altas. Quando as camadas mais altas encerram suas atividades, a camada de serviço é responsável por terminar a conexão.

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