Kit Didático de
Redes de
Comunicação
Teoria
KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA i
Indice
Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados..............................
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
Capítulo 5 Uma Crítica ao Modelo de Referência TCP/IP.....................55
1. U...
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
1.1 Modems .........................................................................
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
Capítulo 15 Segurança das Redes de Comunicação de Dados...........183
1. Seguranç...
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
3.3 Resistência.....................................................................
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
vi KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
Capítulo 1
Redes de Comunicação
de Dados
KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 1
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
2 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
1. REDES CORPORATIVAS
Muitas empresas têm um número significativo de computadores...
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
Outra vantagem oferecida pelas redes é a escalabilidade, que é a possibilidade de...
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
2. REDES PARA PESSOAS
Até aqui, só apresentamos razões econômicas e tecnológicas ...
Capítulo 1
Redes de Comunicação de Dados
Os newsgroups mundiais, dedicados aos temas mais variados, já são um lugar comum ...
Capítulo 2
Elementos de Rede de
Comunicação de Dados
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Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
8 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
1. HARDWARE DE REDE
É chegada a hora de desviarmos as nossas atenções...
Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
Figura 2 Classificação de processadores interconectados por escala
As...
Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
A tecnologia de transmissão das LANS quase sempre consiste em um cabo...
Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
Os métodos de alocação dinâmica de um canal comum são centralizados o...
Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
Figura 4 Arquitetura da rede metropolitana DQDB
Na maioria das redes ...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
Na maioria das WANs, a rede contém numerosos cabos ou linhas telefôni...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
1.4 Redes Sem Fio
O segmento de mercado que mais cresce na indústria ...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
computadores. Para instalar uma LAN sem fio, elas só precisarão adqui...
Capítulo 2
Elementos de Rede de Comunicação de Dados
verdadeiros penicos portáteis. Eles serão cada vez mais comuns em veí...
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2. SOFTWARE DE REDE
No projeto das primeiras redes de computadores, o...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
Figura 9 Camadas, protolocos e interfaces
Entre cada par de camadas a...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
como mostra a Figura a seguir. Como os tradutores resolveram usar uma...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
inferiores não conseguirem manter a seqüência. Em algumas camadas, os...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
algoritmos de protocolo muito complexos estão envolvidos no processo,...
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Elementos de Rede de Comunicação de Dados
Quando for inconveniente ou caro configurar uma conexão para cada par...
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24 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
Capítulo 3
Elementos Ativos
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Capítulo 3
Elementos Ativos
26 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
Capítulo 3
Elementos Ativos
1. INTRODUÇÃO
No mundo da conectividade, vários são os aspectos atualmente estudados e pesquis...
Capítulo 3
Elementos Ativos
As ações de um repetidor permitem que se amplie uma rede, fazendo com que o sinal transmitido
...
Capítulo 3
Elementos Ativos
secundário (que seria o tráfego que passa de uma sub-rede para outra). Esse equipamento lê o
e...
Capítulo 3
Elementos Ativos
como é feito com uma ponte. Como não transportam e nem tratam de todos os pacotes,
funcionam c...
Capítulo 3
Elementos Ativos
Figura 15 Circuitos Virtuais Concatenados x Interconexão por Pacotes
Estas duas técnicas apres...
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Elementos Ativos
Access Unit) internamente utiliza a lógica em anel. Sendo assim, observamos que, na verdade, a...
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Elementos Ativos
Atualmente, esse equipamentos vêm sendo a base para instalação de redes locais de pequeno e
mé...
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Elementos Ativos
endereço do destino e estabelece um circuito entre as portas de origem e destino, enquanto dur...
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Elementos Ativos
ambiente a ser estruturado. Pois, como já comentamos, todo elemento ativo criado para interlig...
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Elementos Ativos
com o padrão usado na solução. Caso seja BCS, utilizaremos o painel conhecido por Patch
Panel,...
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Elementos Ativos
ao especificar esse material, deve-se colocar o seu tamanho em unidades de altura.
Atualmente,...
Capítulo 3
Elementos Ativos
Basicamente, todos os produtos que são de grande importância para a construção do nosso
cabeam...
Capítulo 4
Modelos de Redes de
Comunicação de Dados
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Capítulo 4
Modelos de Redes de Comunicação de Dados
40 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
Capítulo 4
Modelos de Redes de Comunicação de Dados
1. MODELOS DE REFERÊNCIA
Depois de discutirmos o conceito de redes div...
Capítulo 4
Modelos de Redes de Comunicação de Dados
questões de projeto dizem respeito às interfaces mecânicas, elétricas ...
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  1. 1. Kit Didático de Redes de Comunicação Teoria
  2. 2. KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA i Indice Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados......................................... 1 1. Redes Corporativas....................................................................................................................3 2. Redes para Pessoas..................................................................................................................5 Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados................... 7 1. Hardware de Rede .....................................................................................................................9 1.1 Redes Locais ..................................................................................................................10 1.2 Redes Metropolitanas .....................................................................................................12 1.3 Redes Geograficamente Distribuídas .............................................................................12 1.4 Redes Sem Fio ...............................................................................................................15 1.5 Ligações Inter-Redes......................................................................................................17 2. Software de Rede.....................................................................................................................18 2.1 Hierarquias de Protocolo.................................................................................................18 2.2 Questões de Projeto Relacionadas às Camadas ...........................................................22 Capítulo 3 Elementos Ativos .................................................................. 25 1. Introdução ................................................................................................................................27 1.1 Repetidores.....................................................................................................................27 1.2 Pontes/Bridges................................................................................................................28 1.3 Roteadores/Routers........................................................................................................29 1.4 Gateways ........................................................................................................................30 1.5 Switch..............................................................................................................................33 1.6 Outros Equipamentos .....................................................................................................34 1.7 Considerações Finais......................................................................................................34 1.7.1 Quantificação de Material....................................................................................35 Capítulo 4 Modelos de Redes de Comunicação de Dados .................. 39 1. Modelos de Referência ............................................................................................................41 1.1 O Modelo de Referência OSI..........................................................................................41 1.1.1 A Camada Física.................................................................................................41 1.1.2 A Camada de Enlace de Dados ..........................................................................42 1.1.3 A camada de Rede..............................................................................................43 1.1.4 A Camada de Transporte ....................................................................................44 1.1.5 A camada de Sessão ..........................................................................................45 1.1.6 A Camada de Apresentação ...............................................................................45 1.1.7 A Camada de Aplicação......................................................................................46 1.1.8 Transmissão de Dados no Modelo OSI...............................................................46 1.2 O Modelo de Referência TCP/IP.....................................................................................47 1.2.1 A Camada Inter-Redes........................................................................................48 1.2.2 A Camada de Transporte ....................................................................................48 1.2.3 A Camada de Aplicação......................................................................................49 1.2.4 A Camada Host/Rede..........................................................................................50 1.3 Comparação entre os Modelos de Referência OSI e TCP/IP.........................................50 1.4 Uma Crítica aos Protocolos e ao Modelo OSI ................................................................52 1.4.1 Momento Ruim ....................................................................................................52
  3. 3. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados Capítulo 5 Uma Crítica ao Modelo de Referência TCP/IP.....................55 1. Uma Crítica ao Modelo de Referência TCP/IP.........................................................................57 Capítulo 6 Frame Relay ...........................................................................59 1. Frame Relay .............................................................................................................................61 Capítulo 7 Padronização de Redes de Comunicação de Dados..........63 1. Padronização de Rede .............................................................................................................65 1.1 Quem É Quem no Mundo das Telecomunicações..........................................................65 1.2 Quem É Quem no Mundo dos Padrões Internacionais...................................................67 1.3 Quem É Quem no Mundo de Padrões da Internet..........................................................68 Capítulo 8 Fundamentos sobre Fibra Óptica.........................................71 1. Introdução.................................................................................................................................73 1.1 Conceitos Básicos de Óptica ..........................................................................................73 1.1.1 O Espectro Eletromagnético................................................................................73 1.2 Índice Refrativo ...............................................................................................................75 1.3 Guiando a Luz.................................................................................................................78 1.4 Acoplamento da Luz........................................................................................................79 1.5 Transmissão e Atenuação...............................................................................................79 1.6 Largura de Banda e Dispersão .......................................................................................80 1.7 Fontes de Luz..................................................................................................................81 1.8 Modulação.......................................................................................................................81 1.9 Multiplexação ..................................................................................................................82 1.10 Detecção .........................................................................................................................82 1.11 Repetidores e Regeneradores ........................................................................................83 1.12 Considerações de Sistema .............................................................................................83 Capítulo 9 Cabos Utilizados em Redes de Comunicação de Dados......................................................................................85 1. Introdução.................................................................................................................................87 1.1 Cabos Coaxias................................................................................................................88 1.2 Cabos Trançados............................................................................................................90 1.3 Cabos Ópticos.................................................................................................................96 1.4 Proteção........................................................................................................................102 1.4.1 Qual seria a proteção necessária a uma rede?.................................................102 Capítulo 10 Problemas de Transmissão ................................................105 1. Problemas de Transmissão....................................................................................................107 ii KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  4. 4. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados 1.1 Modems ........................................................................................................................107 1.2 RS-232-C e RS-449......................................................................................................111 1.3 Fibra no Loop Local ......................................................................................................113 Capítulo 11 Instalação do Cabeamento de Redes de Comunicação de Dados...................................................... 117 1. Instalação do Cabeamento ....................................................................................................119 2. Identificação do Cabeamento.................................................................................................121 3. Averiguação de uma Instalação.............................................................................................123 4. Teste Certificação ..................................................................................................................124 5. Documentação .......................................................................................................................125 Capítulo 12 Metodologia de Testes........................................................ 127 1. Metodologia de Testes...........................................................................................................129 2. Teste Físico............................................................................................................................131 3. Testes de Performance..........................................................................................................132 4. Problemas e Soluções ...........................................................................................................139 5. Avaliação................................................................................................................................141 Capítulo 13 Exemplo de Protocolos de Enlace de Dados.................... 143 1. Exemplo de Protocolos de Enlace de Dados .........................................................................145 1.1 HDLC – High-level Data Link Control............................................................................145 1.2 A Camada de Enlace de Dados na Internet..................................................................148 1.2.1 SLIP – Serial Line IP .........................................................................................149 1.2.2 PPP – Point-to-Point Protocol ...........................................................................150 1.3 A Camada de Enlace de Dados no ATM ......................................................................154 1.3.1 Transmissão de Células....................................................................................154 1.3.2 Recepção de Células ........................................................................................155 Capítulo 14 A Camada de Rede na Internet........................................... 159 1. A Camada de Rede na Internet..............................................................................................161 1.1 O Protocolo IP...............................................................................................................162 1.2 Endereços IP.................................................................................................................165 1.3 Sub-redes......................................................................................................................166 1.4 Protocolos de Controle da Internet ...............................................................................168 1.4.1 O ICMP (Internet Control Message Protocol)....................................................168 1.4.2 O ARP (Address Resolution Protocol)...............................................................169 1.4.3 O RARP (Reverse Address Resolution Protocol)..............................................172 1.5 O Protocolo de Roteamento de Gateway Interno: OSPF .............................................172 1.6 O Protocolo de Roteamento de Gateway Externo: BGP ..............................................177 1.7 Multicast na Internet......................................................................................................179 1.8 IP Móvel ........................................................................................................................180 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA iii
  5. 5. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados Capítulo 15 Segurança das Redes de Comunicação de Dados...........183 1. Segurança das Redes ............................................................................................................185 1.1 Criptografia Tradicional .................................................................................................187 1.1.1 Cifras de Substituição........................................................................................189 1.1.2 Cifras de Transposição......................................................................................190 1.1.3 Chave Única ......................................................................................................192 1.2 Dois Princípios Fundamentais da Criptografia ..............................................................192 1.3 Algoritmos de Chave Secreta........................................................................................193 Capítulo 16 Resumo das Normas EIA/TIA .............................................195 1. Resumo da Norma EIA/TIA 606 .............................................................................................197 1.1 Objetivo da ANSI/TIA/EIA-606 ......................................................................................197 1.2 Áreas de Administração (Areas of Administration)........................................................197 1.3 Conceitos de Administração..........................................................................................197 1.4 Codificação por Cores dos Campos de Terminação (Color Coding of Termination Fields)........................................................................................................198 1.5 Resumo das informações de registro exigidas .............................................................198 1.6 Regras Gerais ...............................................................................................................199 1.7 Especificações de cores................................................................................................199 2. Resumo da Norma EIA/TIA 607 .............................................................................................201 2.1 Glossário .......................................................................................................................201 2.2 Componentes de Links e Aterramento..........................................................................202 2.2.1 Condutor de Link de Telecomunicações (Bonding Conductor for Telecommunicatuons) .......................................................................................202 2.2.2 Backbone de Link de Telecomunicações (TBB)................................................202 2.2.3 Aterramento do Backbone de Telecomunicações Interconectando Condutor Aterramento (TBBIBC).......................................................................202 2.2.4 Barramento do Aterramento Principal de Telecomunicações (TMGB)..............203 2.2.5 Barramento do Aterramento de Telecomunicações (Telecommunications Groundign Busbar (RGB)) .................................................................................203 2.2.6 Links à Estrutura de Metal de um Edifício (Bonding to the Metal Frame of a Building)......................................................................................................203 2.2.7 Blocos de Montagem.........................................................................................204 2.2.8 Cabeamento Backbone: ....................................................................................204 2.2.9 Produto de Conexão Transversal:.....................................................................204 2.2.10 Cabeamento Horizontal:....................................................................................204 2.2.11 Instalações do Patch Cord:................................................................................204 2.2.12 Os Seis Subsistemas do Cabeamento Estruturada ..........................................204 2.3 Entrada do Edifício........................................................................................................205 2.4 Sala de Equipamentos ..................................................................................................205 2.5 Cabeamento do Backbone............................................................................................206 2.6 Gabinete de Telecomunicações....................................................................................206 2.7 Cabeamentos Horizontal e Vertical...............................................................................207 2.8 Área de Trabalho...........................................................................................................207 3. Parâmetros Primários da Linha ..............................................................................................208 3.1 Introdução .....................................................................................................................208 3.2 Considerações Gerais...................................................................................................209 iv KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  6. 6. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados 3.3 Resistência....................................................................................................................209 3.4 Efeito Pelicular ..............................................................................................................211 3.5 Resistência para Corrente Alternada............................................................................212 3.6 Indutância......................................................................................................................214 3.7 Capacitância .................................................................................................................215 3.8 Condutância..................................................................................................................216 3.9 Condutância para Corrente Contínua ...........................................................................217 3.10 Condutância para Corrente Alternada ..........................................................................217 3.11 Influência da Temperatura ............................................................................................218 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA v
  7. 7. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados vi KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  8. 8. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 1
  9. 9. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados 2 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  10. 10. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados 1. REDES CORPORATIVAS Muitas empresas têm um número significativo de computadores em operação, freqüentemente instalados em locais distantes entre si. Por exemplo, uma empresa com muitas fábricas pode ter um computador em cada uma delas para monitorar estoques, produtividade e folhas de pagamento. Inicialmente, esses computadores funcionavam de forma independente dos demais, mas, em um determinado momento, decidiu-se conectá-los para que fosse possível extrair e correlacionar informações sobre toda a empresa. Em termos genéricos, podemos dizer que estamos falando de compartilhamento de recursos, cujo objetivo é colocar todos os programas, equipamentos e especialmente dados ao alcance de todas as pessoas da rede, independente da localização física do recurso e do usuário. Em outras palavras, o mero fato de um usuário estar a 100 quilômetros de distância dos dados não impende de usá-los como se estivessem armazenados em seu próprio computador. Resumindo, trata-se de uma tentativa de pôr fim à "tirania da geografia". A rede também aumenta a confiabilidade do sistema, pois tem fontes alternativas de fornecimento. Por exemplo, todos os arquivos podem ser copiados em duas ou três máquinas e, dessa forma, se um deles não estiver disponível (devido a um problema de hardware), é possível recorrer a seu backup. Além disso, a presença de diversas CPUs significa que, se uma delas falhar, as outras poderão assumir suas funções, embora haja uma queda de desempenho. É de fundamental importância que, nas operações militares, financeiras, de controle de tráfego aéreo e na segurança de reatores nucleares, entre outras aplicações, os sistemas possam continuar operando mesmo quando haja problemas de hardware. A rede também ajuda a economizar dinheiro. A relação preço/desempenho dos pequenos computadores é muito melhor do que a dos computadores de grande porte. Grosso modo, os mainframes (computadores do tamanho de uma sala) são dezenas de vezes mais rápidos do que os computadores pessoais, mas seu preço é milhares de vezes maior. Esse desequilíbrio levou muitos projetistas a criarem sistemas baseados em computadores pessoais, um por usuário, com os dados mantidos em um ou mais servidores de arquivos compartilhados. Nesse modelo, os usuários são chamados de clientes, e a organização geral é chamada de modelo cliente/servidor. Esse modelo é ilustrado na Figura 1. No modelo cliente/servidor, a comunicação costuma se dar através de uma mensagem de solicitação do cliente enviada para o servidor, pedindo para que alguma tarefa seja executada. Em seguida, o servidor executa a tarefa e envia a resposta. Geralmente, há muitos clientes usando um pequeno número de servidores. Figura 1 O modelo cliente/servidor KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 3
  11. 11. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados Outra vantagem oferecida pelas redes é a escalabilidade, que é a possibilidade de aumentar gradualmente o desempenho do sistema à medida que cresce o volume de carga, bastando, para tal, que se adicionem mais processadores. Em sistemas centralizados, quando se atingia o limite da capacidade dos mainframes, o sistema tinha de ser substituído por um maior, o que em geral implicava altos custos e um grande aborrecimento para os outros usuários. Com o modelo cliente/servidor, é possível incluir novos clientes e novos usuários de acordo com as necessidades. Também configuramos uma rede de computadores por questões que não têm a menor relação com a tecnologia. Uma rede de computadores pode oferecer um meio de comunicação altamente eficaz para funcionários que trabalham em locais muito distantes um do outro. Uma rede viabiliza, por exemplo, a possibilidade de duas ou mais pessoas escreverem juntas um relatório mesmo estando separadas por milhares de quilômetros. Quando um funcionário faz uma alteração em um documento on-line, seus companheiros de trabalho podem vê-la imediatamente, sem que seja necessário passar dias esperando a chegada de uma carta. Essa agilidade facilita o espírito de equipe entre grandes grupos de pessoas, quebrando uma barreira até então tida como impossível. A longo prazo, o uso de redes para aperfeiçoar a comunicação entre as pessoas deve ganhar uma importância maior do que os objetivos técnicos, como, por exemplo, o aumento da confiabilidade. 4 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  12. 12. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados 2. REDES PARA PESSOAS Até aqui, só apresentamos razões econômicas e tecnológicas para a instalação de redes de computadores. Se os grandes e sofisticados mainframes fossem vendidos por um preço razoável, a maioria das empresas com certeza manteria seus dados nesses computadores e forneceria aos funcionários terminais conectados a eles. Foi assim que a maioria das empresas operou até o início da década de 1980. As redes de computadores só ganharam popularidade a partir do momento em que as redes de computadores pessoais passaram a oferecer uma grande vantagem de preço/desempenho em relação aos mainframes. A partir da década de 1990, as redes de computadores começaram a oferecer serviços para pessoas físicas em suas respectivas casas. Esses serviços e as motivações para usa-los não têm nada a ver com o modelo de "eficiência corporativa", descrito na anteriormente. Veja a seguir as três possibilidades mais interessantes que estão começando a virar realidade. 1. Acesso a informações remotas. 2. Comunicação pessoa a pessoa 3. Diversão interativa. O acesso a informações remotas será feito de muitas formas. Uma das áreas em que ele já está acontecendo é o acesso a instituições financeiras. Muitas pessoas pagam suas despesas, administram contas bancárias e gerenciam investimentos eletronicamente. Também está ganhando popularidade em nova modalidade de compras, nas quais as pessoas consultam os catálogos on-line de milhares de empresas. Em breve, as pessoas poderão dar um clique sobre o nome de um dos produtos oferecidos por um catálogo e assistir a um vídeo demonstrativo. Os jornais serão personalizados e publicados on-line. Você poderá solicitar todas as informações sobre políticos corruptos, incêndios, escândalos envolvendo celebridades e doenças epidêmicas, mas poderá dispensar solenemente o noticiário esportivo. Enquanto você dorme, o jornal é transferido para o disco rígido do computador ou impresso na sua impressora a laser. Em uma pequena escala, esse serviço já existe. Logo virão as bibliotecas digitais on-line. Dependendo do custo, tamanho e peso dos notebooks, os livros impressos se tornarão obsoletos. Os céticos devem se lembrar do efeito que a imprensa teve sobre os iluminados manuscritos medievais. Outra aplicação que pertence a essa categoria é o acesso a sistemas de informações como a World Wide Web, que contém dados sobre artes, negócios, culinária, governo, saúde, história, hobbies, lazer, ciência, esportes, turismo e uma infinidade de outros assuntos. Todas as aplicações citadas até agora envolvem interações entre uma pessoa e um banco de dados remoto. A segunda grande categoria de uso das redes será a interação pessoa a pessoa, que, basicamente, será a resposta do século XXI ao telefone do século XIX. O correio eletrônico, ou e-mail, já é usado em larga escala por milhões de pessoas e logo será rotineira a inclusão de áudio e vídeo nas mensagens de texto atuais. Para que as mensagens tenham cheiro, no entanto, será preciso um pouco mais de tempo. O e-mail em tempo real permitirá que usuários remotos se comuniquem instantaneamente, vendo e ouvindo uns aos outros. Essa tecnologia possibilita a realização de reuniões virtuais, as chamadas videoconferências, entre pessoas separadas por uma grande distância. Há quem diga que o transporte e a comunicação estão participando de uma corrida cujo vencedor tornará o outro obsoleto. As reuniões virtuais podem ser usadas para aulas remotas, avaliações médicas de especialistas de outras localidades e, uma série de outras aplicações. KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 5
  13. 13. Capítulo 1 Redes de Comunicação de Dados Os newsgroups mundiais, dedicados aos temas mais variados, já são um lugar comum entre um grupo seleto de pessoas, e a tendência é que toda a população venha a participar deles. O tom dessas discussões, em que uma pessoa divulga uma mensagem para que todos os outros assinantes do newsgroup possam lê-la, poderá variar de bem-humorado a inflamado. Nossa terceira categoria é o entretenimento, que é uma grande e crescente indústria. A aplicação com maior demanda de recursos desse segmento é o vídeo sob demanda. Em cerca de uma década, você só precisará selecionar um filme ou programa televisivo, qualquer que seja a época ou país em que tenha sido produzido, para colocá-lo na sua tela. Novos filmes podem se tornar interativos, permitindo que o usuário altere o rumo da história (MacBeth deve matar Duncan ou aguardar o momento propício?), com cenários alternativos para todos os casos. A televisão ao vivo também poderá se tornar interativa, com os telespectadores participando de programas de perguntas e escolhendo dentre os concorrentes, entre outras coisas. É possível, no entanto, que o vídeo sob demanda seja superado por outras aplicações, como por exemplo a de jogos. Já temos jogos de simulação em tempo real do qual podem participar várias pessoas, como um esconde-esconde em uma caverna virtual, e simuladores de vôo em que uma pessoa de uma equipe tenta acertar os adversários. Se distribuirmos imagens de qualidade fotográfica, juntamente com óculos e recursos de terceira dimensão, teremos uma realidade virtual compartilhada em escala mundial. Em resumo, a possibilidade de mesclar informações, comunicação e entretenimento certamente dará origem a uma nova e avançada indústria baseada na rede de computadores. 6 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  14. 14. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 7
  15. 15. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados 8 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  16. 16. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados 1. HARDWARE DE REDE É chegada a hora de desviarmos as nossas atenções das aplicações e aspectos sociais das redes para questões relacionadas a sua estrutura. Não existe uma taxionomia na qual as redes de computadores podem ser classificadas, mas duas dimensões se destacam das demais: a escala e a tecnologia de transmissão. Vamos analisar cada uma delas. Generalizando, há dois tipos de tecnologia de transmissão: 1. Redes de difusão. 2. Redes ponto a ponto. As redes de difusão têm apenas um canal de comunicação compartilhado por todas as máquinas. As mensagens curtas, que em determinados contextos são chamadas de pacotes, enviadas por uma das máquinas são recebidas por todas as outras. Um campo de endereço dentro do pacote especifica seu destinatário. Quando recebe um pacote, uma máquina analisa o campo de endereço. Se o pacote tiver sido endereçado à própria máquina, ela o processará; se for destinado a outra máquina, o pacote será ignorado. Para que você possa entender de que maneira isso funciona, imagine uma pessoa gritando no final do corredor que leva a uma série de salas: "Watson, cadê você?" embora o pacote possa ser recebido (ouvido) por muitas pessoas, apenas Watson responderá. As outras pessoas vão ignorá- lo. O mesmo acontece quando o locutor do aeroporto pede para que os passageiros do vôo 644 se encaminhem para o portão 12. Em geral, os sistemas de difusão também oferecem a possibilidade de endereçamento de um pacote a todos os destinos por meio de um código especial contido no campo de endereço. Quando um pacote com esse código é transmitido, ele é recebido e processado por todas as máquinas da rede. Esse modo de operação é chamado de difusão (broadcasting). Alguns sistemas de difusão também suportam transmissão para um subconjunto das máquinas, conhecido como multidifusão (multicasting). É possível, por exemplo, reservar um bit para indicar a multidifusão. Os bits de endereço n – 1 podem conter um número de grupo. Cada máquina pode se "inscrever" em um ou em todos os grupos. Quando um pacote é enviado a um determinado grupo, ele é entregue a todas as máquinas inscritas nesse grupo. Por outro lado, as redes ponto a ponto consistem em muitas conexões entre pares individuais de máquinas. Para ir da origem ao destino, talvez um pacote desse tipo de rede tenha de visitar uma ou mais máquinas intermediárias. Como em geral é possível ter diferentes rotas com diferentes tamanhos, os algoritmos de roteamento desempenham um importante papel nas redes ponto a ponto. Embora haja algumas exceções, geralmente as redes menores tendem a usar os sistemas de difusão e as maiores, os sistemas ponto a ponto. KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 9
  17. 17. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados Figura 2 Classificação de processadores interconectados por escala As redes também podem ser classificadas por escala. Na Figura 2, mostramos uma classificação de sistemas com diversos processadores organizada pelo tamanho físico. Na parte superior, estão as máquinas de fluxo de dados, que são computadores paralelos com muitas unidades funcionais, todas elas executando o mesmo programa. Em seguida, vêm os multicomputadores – sistemas que, para se comunicarem, enviam mensagens através de barramentos igualmente pequenos e rápidos. Depois dos multicomputadores vêm as redes propriamente ditas, que por sua vez são computadores que se comunicam trocando mensagens através de cabos mais longos. Essas redes podem ser divididas em redes locais, metropolitanas e geograficamente distribuídas. Finalmente, a conexão de duas ou mais redes é chamada de inter-rede. A Internet mundial é um exemplo bastante conhecido de uma inter-rede. A distância é importante como fator para classificação métrica, pois diferentes técnicas são usadas em diferentes escalas. Neste livro, só estamos preocupados com as redes e suas interconexões. Veja a seguir uma breve introdução aos hardwares de rede. 1.1 Redes Locais As redes locais, muitas vezes chamadas de LANs, são redes privadas contidas em um prédio ou em um campus universitário que tem alguns quilômetros de extensão. Elas são amplamente usadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho em escritórios e instalações industriais, permitindo o compartilhamento de recursos (por exemplo, impressoras) e a troca de informações As redes locais têm três características que as diferenciam das demais: (1) tamanho, (2), tecnologia de transmissão e (3) topologia. As LANs têm um tamanho restrito, o que significa que o pior tempo de transmissão é limitado e conhecido com a devida antecedência. O conhecimento desse limite permite a utilização de determinados tipos de projetos que em outras circunstâncias seria inválidas, além de simplificar o gerenciador de rede. 10 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  18. 18. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados A tecnologia de transmissão das LANS quase sempre consiste em um cabo ao qual todas as máquinas são conectadas, como acontece com as extensões telefônicas que já foram usadas que pode variar de 10 a 100 Mbps, têm um baixo retardo (décimos de microssegundos) e cometem pouquíssimos erros. As LANs mais modernas podem ser operadas em velocidades mais altas alcançando centenas de megabits/s. Neste livro, vamos aderir à tradição e medir as velocidades de linha em megabits/s (Mbps), no lugar de megabytes/s (MB/s). Um megabit tem 1.000.000 bits, e não 1.048.576 (220 ) bits. As LANs de difusão aceitam diversas topologias. A Figura 3 mostra duas delas. Em uma rede de barramento (por exemplo, um cabo linear), a qualquer momento uma máquina desempenha o papel de mestre e pode realizar uma transmissão. Nesse momento, as outras máquinas serão impedidas de enviar algum tipo de mensagem. Será preciso, então, criar um mecanismo de arbítrio para resolver conflitos quando duas ou mais máquinas quiserem fazer uma transmissão simultaneamente. Esse mecanismo pode ser centralizado ou distribuído. Por exemplo, o padrão IEEE 802.3, mais conhecido como Ethernet™, é uma rede de transmissão de barramento, que permite uma operação de controle descentralizada à velocidade de 10 ou 100 Mbps. Os computadores de uma rede Ethernet podem estabelecer uma transmissão no momento em que quiserem; se houver uma colisão de dois ou mais pacotes, cada computador aguardará um tempo aleatório e fará uma nova tentativa. Figura 3 Duas redes de difusão. (a) Barramento. (b) Anel Um segundo tipo de sistema de difusão é o anel. Em um anel, cada bit é programado de modo independente, sem esperar o restante do pacote ao qual ele pertence. Geralmente, cada bit percorre todo o anel no intervalo de tempo em que alguns bits são enviados, freqüentemente antes de o pacote ter sido todo transmitido. Assim como todos os outros sistemas de difusão, existem a necessidade de se definir uma regra para controlar os acessos simultâneos ao anel. São usados vários métodos, que serão devidamente discutidos no decorrer deste livro. O IEEE 802.5 (a rede Token Ring da IBM) é uma rede local popular em formato de anel que opera a 4 e 16 Mbps. As redes de difusão ainda podem ser divididas em estáticas e dinâmicas, dependendo do modo como o canal é alocado. Em uma alocação estática típica, o tempo seria dividido em intervalos distintos e um algoritmo de rodízio seria executado, fazendo com que as máquinas transmitissem apenas no intervalo de tempo de que dispõem. A alocação estática desperdiça a capacidade do canal quando uma máquina não tem nada a dizer no intervalo que lhe é destinado e conseqüentemente a maioria dos sistemas tenta alocar o canal dinamicamente (ou seja, à medida que é solicitado). KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 11
  19. 19. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados Os métodos de alocação dinâmica de um canal comum são centralizados ou descentralizados. No método de alocação de canal centralizado, apenas uma entidade, uma unidade de arbitragem de barramento, por exemplo, define as prioridades da rede. Para executar essa tarefa, a entidade aceita as solicitações e toma as suas decisões com base em algum algoritmo interno. No método de alocação de canal descentralizado, não existe uma entidade central; cada máquina deve decidir por si mesma se a transmissão deve ser feita. Você pode achar que esse caminho é caótico, mas isto não é verdade. Mais tarde, estudaremos muitos algoritmos criados para impedir a instauração do caos. O outro tipo de LAN é construído com base em linhas ponto a ponto. Cada linha conecta uma máquina a outra. Na verdade, essa rede local é uma miniatura de uma rede geograficamente distribuída. Elas serão devidamente analisadas no decorrer deste livro. 1.2 Redes Metropolitanas Uma rede metropolina, ou MAN, é, na verdade, uma versão ampliada de uma LAN, pois basicamente os dois tipos de redes utilizam tecnologias semelhantes. Uma MAN pode abranger um grupo de escritórios vizinhos ou uma cidade inteira e pode ser privada ou pública. Esse tipo de rede é capaz de transportar dados e voz, podendo inclusive ser associado à rede de televisão a cabo local. Uma MAN tem apenas um ou dois cabos e não contêm elemento de comutação, capazes de transmitir pacotes através de uma série de linhas de saída. A ausência desses elementos simplifica a estrutura. A principal razão para se tratar das redes metropolitanas como uma categoria especial é que elas têm e utilizam um padrão especial. Trata-se do DQDB (Distributed Queue Dual Bus) ou, para as pessoas que preferem números a letras, do 802.6 (o número do padrão IEEE que o define). O DQDB consiste em dois barramentos (cabos) aos quais todos os computadores são conectados, como mostra a Figura 4. Cada barra tem um head-end, um dispositivo que inicia a atividade de transmissão. O tráfego destinado a um computador localizado à direita do emissor utiliza o barramento superior. O tráfego à esquerda do emissor utiliza o barramento inferior. Um aspecto fundamental de uma MAN é que há um meio de difusão (no padrão 802.6 são utilizados dois cabos) aos quais todos os computadores são conectados. Comparado com os outros tipos de redes, esse projeto é extremamente simples. As redes DQDB serão discutidas posteriormente. 1.3 Redes Geograficamente Distribuídas Uma rede geograficamente distribuída, ou WAN, abrande uma ampla área geográfica, com freqüência um país ou continente. Ela contém um conjunto de máquinas cuja finalidade é executar os programas (ou seja as ampliações) do usuário. Seguiremos a tradição e chamaremos essas máquinas de host. O termo end system também é utilizado na literatura específica. Os hosts são conectados por uma sub-rede de comunicação ou, simplificando, uma sub-rede. A tarefa da sub-rede é transportar mensagens de um host para outro, exatamente como um sistema telefônico transporta as palavras da pessoa que fala para a que ouve. Essa estrutura de rede é altamente simplificada, pois separa os aspectos de comunicação pertencentes à rede (a sub-rede) dos aspectos de aplicação (os hosts). 12 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  20. 20. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados Figura 4 Arquitetura da rede metropolitana DQDB Na maioria das redes geograficamente distribuídas, a sub-rede consiste em dois componentes distintos: linhas de transmissão e elementos de comutação. As linhas de transmissão (também chamadas de circuitos, canais ou troncos) transportam os bits entre as máquinas. Os elementos de comutação são computadores especializados usados para conectar duas ou mais linhas de transmissão. Quando os dados chegam a uma linha de entrada, o elemento de comutação deve escolher uma linha de saída para encaminhá-las. Infelizmente, não existe uma terminologia padrão para identificar esses computadores. Dependendo das circunstâncias, eles são chamados de nós de comutação de pacotes, sistemas intermediários e de centrais de comutação de dados, dentre outras coisas. Vamos chamar esses computadores de comutação de roteadores, mas o leitor deve levar em considera;cão que nesse caso não existe um padrão. No modelo mostrado na Figura 5, os hosts em geral estão conectados a uma LAN em que há um roteador, embora em alguns casos um host possa estar diretamente conectado a um roteador. O conjunto de linhas de comunicação e roteadores (sem os hosts) forma a sub-rede. Vale a pena fazer um aparte em relação ao termo "sub-rede". Originalmente, ele só era usado para identificar o conjunto de roteadores e linhas de comunicação que transportavam pacotes entre os hosts de origem e de destino. Alguns anos depois, no entanto, o termo adquiriu novo significado (que discutiremos posteriormente). É por essa razão que o termo carrega uma certa ambigüidade. Como infelizmente não existe uma alternativa largamente aceita para seu significado inicial, nós o utilizaremos em ambos os casos, apesar de fazê-lo com alguma hesitação. O contexto, no entanto, deixará clara a acepção do termo que está sendo utilizado. Figura 5 Relação entre os hosts e a sub-rede KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 13
  21. 21. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados Na maioria das WANs, a rede contém numerosos cabos ou linhas telefônicas, todos conectados a um par de roteadores. No entanto, se dois roteadores que não compartilham um cabo desejarem se comunicar, eles só poderão fazê-lo através de outros roteadores. Quando é enviado de um roteador para outro através de um ou mais roteadores intermediários, um pacote é recebido integralmente em cada roteador, onde é armazenado até a linha de saída solicitada ser liberada, para então ser encaminhado. As sub-redes que utilizam esse princípio são chamadas de sub- redes ponto a ponto, store-and-forward ou de comutação por pacotes. Quase todas as redes geograficamente distribuídas (com exceção das que utilizam satélites) têm sub-redes store-and- forwad. Quando são pequenos e todos têm o mesmo tamanho, os pacotes costumam ser chamados de células. Quando uma sub-rede ponto a ponto é utilizada, a topologia de interconexão do roteador passa a ter importância fundamental. A Figura 6 mostra diversas topologias possíveis. Em geral, as redes locais projetadas dessa forma têm topologia simétrica. Já as redes geograficamente distribuídas têm topologia irregular. Uma segunda possibilidade para uma WAN é um sistema de rádio terrestre ou de satélite. Cada roteador tem uma antena através da qual pode fazer recepções e transmissões. Todos os roteadores são capazes de ouvir a saída do satélite e, em alguns casos, podem ouvir as transmissões feitas dos roteadores para o satélite. Às vezes, os roteadores são conectados a uma sub-rede na qual alguns deles têm uma antena do satélite. As redes de satélite são, por natureza, de difusão, sendo mais úteis quando a função de transmissão é importante. Figura 6 Algumas topologias de sub-rede ponto a ponto (a) Estrela. (b) Anel. (c) Árvore. (d) Completa. (e) Anéis intersectados. (f) Irregular. 14 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  22. 22. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados 1.4 Redes Sem Fio O segmento de mercado que mais cresce na indústria de computadores é a dos computadores móveis, como os notebooks e os PDAs (personal digital assistants). Muitos proprietários desses computadores têm computadores de mesa conectados a LANs e WANs instaladas no escritório e precisam se conectar aos dados que mantêm em casa mesmo à distância. Como é impossível fazer uma conexão por fio a partir de carros e aeronaves, existem inúmeras redes sem fio muito interessantes. Vamos agora fazer uma breve introdução a esse assunto. Na verdade, não há nada de novo no conceito de comunicação sem fio digital. Em 1901, o físico italiano Guglielmo Marconi demonstrou como funcionava um telégrafo sem fio que transmitia informações de um navio para o litoral por meio de código Morse (afinal de contas, os pontos e traços são binários). Os modernos sistemas sem fio digitais têm um desempenho melhor, mas a idéia básica é a mesma. As redes sem fio têm muitos usos, entre os quais se destaca o escritório portátil. Quando viajam, as pessoas em geral querem usar seu equipamento eletrônico portátil para enviar e receber chamadas telefônicas, fax, correio eletrônico, ler arquivos remotos e estabelecer login como computadores remotos, estejam eles em terra, no mar ou no ar. As redes sem fio são muito usadas em frotas de caminhões, táxis, ônibus e funcionários de serviços de assistência técnica, que estão sempre precisando entrar em contato com a base de operações da empresa. Elas também são muito úteis nos trabalhos de resgate em locais em que um desastre (como incêndio, enchente, terremoto) tenha destruído o sistema telefônico. Os computadores podem enviar mensagens e gravar registros mesmo nessas situações. Por fim, as redes sem fio são de grande importância nas operações militares. Se você tiver de entrar em uma guerra de uma hora para outra, provavelmente não poderá contar com a infra- estrutura de uma rede local. Será muito mais sensato levar o seu próprio equipamento. Embora a rede sem fio e a computação móvel tenham uma estreita relação, elas não são iguais, como mostra a Figura 7. Às vezes, os computadores portáteis podem ser conectados por fio. Por exemplo, se um viajante conecta um computador na tomada de telefone de um hotel, temos mobilidade sem o uso de uma rede sem fio. Outro exemplo é o de alguém que carrega consigo um computador portátil enquanto inspeciona eventuais problemas técnicos ocorridos em um trem. Assim como os aspiradores de pó, o computador pode ser conectado a um longo fio. Figura 7 Combinações entre redes sem fio e computação móvel Por outro lado, alguns computadores sem fio não são portáteis. Esse é o caso, por exemplo, das empresas sediadas em prédios antigos, nos quais não há cabeamento de rede para conectar os KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 15
  23. 23. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados computadores. Para instalar uma LAN sem fio, elas só precisarão adquirir uma pequena caixa com chips eletrônicos e instalar algumas antenas. Essa solução pode ser mais barata do que instalar a fiação necessária no prédio. Embora seja fácil instalar LANs sem fio, elas também têm suas desvantagens. Normalmente, a capacidade delas é de 1-2 Mbps, significativamente inferior as LANs com fio. As taxas de erros também costumam ser muito mais altas e as transmissões de outros computadores podem provocar interferência. Mais é claro que há também as verdadeiras aplicações sem fio móveis, que variam de um escritório portátil a pessoas que percorrem uma loja com um PDA levantando necessidades de estoque. Nos aeroportos com muito movimento, os funcionários das locadoras de automóveis costumam trabalhar com computadores portáteis sem fio. Eles digitam o número da placa do carro que está sendo devolvido, e seus portáteis, nos quais há uma impressora interna, entram em contato com o computador principal, acessam as informações sobre o aluguel e imprimem a conta. A computação móvel verdadeira é discutida com maior profundidade em Forman e Zahorjan, 1994. As redes sem fio têm inúmeros formatos. Algumas universidades já estão instalando antenas ao longo do campus para permitir que os alunos se sentem à sombra das árvores e consultem o catálogo da biblioteca. Nesse caso, os computadores se comunicam diretamente com uma LAN sem fio utilizando uma comunicação digital. Outra possibilidade é usar um telefone celular (ou seja, portátil) com um modem analógico tradicional. Muitas cidades já oferecem o serviço celular digital, chamado de CDPD (Celular Digital Packet Data). Finalmente, é possível ter diferentes combinações de rede com fio e sem fio. Na Figura a seguir, por exemplo, descrevemos uma aeronave com pessoas usando modems e telefones para fazer ligações com seus escritórios. Todas as chamadas são independentes. Uma opção muito mais eficiente, no entanto, é a LAN mostrada na mesma figura, à direita. Nesse caso, cada poltrona está equipada com um conector Ethernet, no qual os passageiros podem plugar seus computadores. Um roteador instalado na aeronave mantém uma ligação de rádio com um roteador em terra; o roteador vai sendo mudado com o decorrer do vôo. Essa configuração tem as mesmas características de uma LAN tradicional, exceto pelo fato de sua conexão com o mundo externo se dar por intermédio de uma ligação de rádio, e não por uma linha fisicamente conectada. Figura 8 (a) Computadores móveis individuais, (b) Uma LAN "voadora". Embora muitas pessoas acreditem que os computadores portáteis sem fio sejam a onda do futuro, pelo menos uma pessoa de peso tem uma opinião contrária. Bob Metcalfe, o inventor da Ethernet, disse: "Os computadores sem fio móveis são como banheiros móveis sem tubulação – 16 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  24. 24. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados verdadeiros penicos portáteis. Eles serão cada vez mais comuns em veículos, construções e em shows de rock. Para mim, as pessoas devem instalar a fiação necessária em suas casas e ficarem lá" (Metcalfe, 1995). As pessoas seguirão o conselho de Metcalfe? Só o tempo dirá. 1.5 Ligações Inter-Redes Existem muitas redes no mundo, freqüentemente com hardwares e softwares específicos. Normalmente, as pessoas conectadas a diferentes redes precisam se comunicar entre si. para que esse desejo se torne uma realidade, é preciso que se estabeleçam conexões entre redes que em muitos casos são incompatíveis. Isso às vezes só é possível por intermédio da utilização de equipamentos chamados gateways, que estabelecem a conexão e fazem a conversão necessária, tanto em termos de hardware quanto de software. Um conjunto de redes interconectadas é chamado de ligação inter-rede ou apenas de inter-rede. Uma forma comum de inter-rede é um conjunto de LANs conectadas por uma WAN. Na verdade, se resolvêssemos substituir o termo "sub-rede" da Figura Relação entre os Hosts e a Sub-rede por "WAN", essa seria a única mudança que precisaríamos fazer. Nesse caso, a única diferença real entre uma sub-rede e uma WAN seria a presença (ou ausência) de hosts. Se o sistema dentro da curva fechada contiver apenas roteadores, trata-se de uma sub-rede. Se ele contiver roteadores e hosts com seus próprios usuários, trata-se de uma WAN. Para evitar confusão, preste atenção na palavra "inter-rede" que, ao longo do livro, será sempre usada de um modo genérico. Já a Internet é uma inter-rede mundial específica, muito usada para conectar universidades, órgãos do governo, empresas e, mais recentemente, pessoas físicas. No decorrer deste livro, vamos falar muito mais sobre inter-redes e Internet. As sub-redes, redes e inter-redes são freqüentemente confundidas. As sub-redes fazem mais sentido no contexto de uma rede geograficamente distribuída, onde fazem referência ao conjunto de roteadores e linhas de comunicação do operador da rede, como por exemplo América Online de CompuServe. Para facilitar a nossa compreensão, poderíamos usar a seguinte analogia: o sistema telefônico consiste em estações de comutação telefônica conectadas entre si (através de linhas de alta velocidade) em residências e em empresas (através de linhas de baixa velocidade). Essas linhas e equipamentos, cuja propriedade e gerenciamento são da companhia telefônica, formam a sub-rede do sistema telefônico. Os telefones em si (os hosts, nessa analogia) não pertencem à sub-rede. A combinação de uma sub-rede e seus hosts forma uma rede. No caso de uma rede local, o cabo e os hosts formam a rede. Na verdade, não existe uma sub-rede. Uma inter-rede é formada quando diferentes redes são conectadas. No nosso ponto de vista, a conexão de uma LAN e uma WAN ou a conexão de duas LANs formam uma inter-rede, mas ainda não existe um consenso quanto à terminologia a ser usada nessa área. KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 17
  25. 25. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados 2. SOFTWARE DE REDE No projeto das primeiras redes de computadores, o hardware foi colocado como prioridade e o software, em segundo plano. Essa estratégia foi deixada para trás. Atualmente, o software da rede está altamente estruturado. No decorrer, vamos analisar com mais profundidade a técnica de estruturação dos softwares. O método descrito aqui é de fundamental importância para o livro e faremos repetidas referências a ele. 2.1 Hierarquias de Protocolo Para reduzir a complexidade do projeto, a maioria das redes foi organizada como uma série de camadas ou níveis, que são colocados um em cima do outro. O número, o nome, o conteúdo e a função de cada camada difere de uma rede para outra. Em todas as redes, no entanto, o objetivo de cada camada é oferecer determinados serviços para as camadas superiores, ocultando detalhes da implementação desses recursos. A camada n de uma máquina se comunica com a camada n da outra máquina. Coletivamente, as regras e convenções usadas nesse diálogo são chamadas de protocolo da camada n. Basicamente, um protocolo é um conjunto de regras sobre o modo como se dará à comunicação entre as partes envolvidas. Como uma analogia, quando uma mulher é apresentada a um homem, pode estender a mão para ele, que, por sua vez, pode apertá-la ou beijá-la, dependendo, por exemplo, se ela for uma advogada americana que esteja participando de uma reunião de negócios ou uma princesa européia presente a um baile de gala. A violação do protocolo dificultará a comunicação e em alguns casos poderá impossibilitá-la. A Figura a seguir mostra uma rede com camadas. As entidades que ocupam as mesmas camadas em diferentes máquinas são chamadas de pares (peers). Em outras palavras, são os pares que se comunicam usando o protocolo. Na realidade, os dados não são diretamente transferidos da camada n de uma máquina para a camada n da outra. Na verdade, cada camada transfere os dados e as informações de controle para a camada imediatamente abaixo dela, até a última camada ser alcançada. Abaixo da camada 1 está o meio físico através do qual se dá a comunicação propriamente dita. Na Figura, a segui, a comunicação virtual é mostrada por linhas pontilhadas e a comunicação física, por linhas sólidas. 18 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  26. 26. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados Figura 9 Camadas, protolocos e interfaces Entre cada par de camadas adjacentes, há uma interface. A interface define as operações e serviços que a camada inferior tem a oferecer para a camada superior a ela. Quando os projetistas de rede decidem a quantidade de camadas que será incluída em uma rede e o que cada uma delas deve fazer, uma das considerações mais importantes é a definição de interfaces claras entre as camadas. Para se alcançar esse objetivo, no entanto, é preciso que cada camada execute um conjunto de funções bem definido. Além de reduzir o volume de informações que deve ser passado de uma camada para outra, as interfaces bem definidas simplificam a substituição de uma camada por uma implementação completamente diferente (por exemplo, a substituição de todas as linhas telefônicas por canais de satélite), pois a nova implementação só precisa oferecer exatamente o mesmo conjunto de serviços para seu vizinho de cima, assim como era feito na implementação anterior. Um conjunto de camadas de protocolos é chamado de arquitetura de rede. A especificação de uma arquitetura deve conter informações suficientes para permitir que um implementador desenvolva o programa ou construa o hardware de cada camada de modo que ela transmita corretamente o protocolo adequado. Nem os detalhes da implementação nem a especificação das interfaces pertencem à arquitetura, pois tudo fica escondido dentro da máquina, longe do alcance dos olhos. Não há, no entanto, a menor necessidade de que as interfaces de todas as máquinas de uma rede sejam iguais, desde que cada uma delas possa usar todos os protocolos. Uma lista de protocolos usados por um determinado sistema, um protocolo por camada, é chamado de pilha de protocolos. Na verdade, os principais assuntos deste livro dizem respeito às arquiteturas de rede, às pilhas de protocolos e aos protocolos propriamente ditos. Uma analogia pode ajudar a explicar a idéia de uma comunicação multinivelada. Imagine dois filósofos (processos de par de camada 3), um dos quais fala urdu e inglês e o outro, chinês e francês. Como não falam uma língua em comum, eles contratam tradutores (processos de par da camada 2), que por sua vez têm cada qual uma secretária (processos de par da camada 1). O filósofo 1 deseja transmitir sua predileção por oryctolagus cuniculus a seu par. Para tal, ele envia uma mensagem (em inglês) através da interface 2/3 a seu tradutor, na qual diz "I like rabbits", KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 19
  27. 27. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados como mostra a Figura a seguir. Como os tradutores resolveram usar uma língua neutra, o alemão, a mensagem foi convertida para "Ik hou van konijnen". A escolha da língua é o protocolo da camada 2, que deve ser processada pelos pares da camada 2. O tradutor envia a mensagem para que a secretária a transmita, por exemplo, por fax (o protocolo da camada 1). Quando chega, a mensagem é traduzida para o francês e passada através da interface 2/3 para o filósofo 2. Observe que cada protocolo é totalmente independente dos demais desde que as interfaces não sejam alteradas. Nada impede que os tradutores mudem do alemão para o finlandês, desde que ambos concordem com a modificação e que ela não afete a interface com a camada 1 ou a camada 3. As secretárias também podem passar do fax para o e-mail ou telefone sem incomodar (ou sequer informar) as outras camadas. Cada processo só pode adicionar informações dirigidas a seu par. Essas informações não são enviadas à camada superior. Figura 10 A arquitetura filósofo-tradutor-secretária Vejamos agora um exemplo mais técnico: como oferecer comunicação à camada superior da rede de cinco camadas mostrada na Figura a seguir. Uma mensagem, M, é produzida por uma aplicação executada na camada 5 e é transmitida para a camada 4. A camada 4 coloca um cabeçalho na frente da mensagem para identificá-la e envia o resultado à camada 3. O cabeçalho inclui informações de controle, como números de seqüência, para permitir que a camada 4 da máquina de destino repasse as mensagens na ordem correta, para o caso de as camadas 20 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  28. 28. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados inferiores não conseguirem manter a seqüência. Em algumas camadas, os cabeçalhos contêm ainda tamanho, hora e outros campos de controle. Em muitas redes, não há limite para o tamanho das mensagens transmitidas no protocolo da camada 4, mas quase sempre há um limite imposto pelo protocolo da camada 3. Conseqüentemente, a camada 3 deve dividir as mensagens em unidades menores, pacotes, anexando um cabeçalho da camada 3 a cada pacote. Nesse exemplo, M é dividido em duas partes, M1 e M2. A camada 3 define as linhas de saída que serão usadas e transmite os pacotes à camada 2. A camada 2 adiciona, além de um cabeçalho, um fecho (trailer) e envia a unidade resultante à camada 1, a fim de que ela possa ser transmitida fisicamente. Na máquina receptora, a mensagem será movida para cima, de camada em camada, com os cabeçalhos sendo excluídos durante o processo. Os cabeçalhos das camadas abaixo de n não são passados para a camada n. Para entender a Figura, preste atenção na relação entre a comunicação virtual e a comunicação real e na diferença entre protocolos e interfaces. Para os processos de par da camada 4, por exemplo, conceitualmente a comunicação se dá no sentido "horizontal", usando o protocolo da camada 4. O procedimento de cada um deles tem um nome como EnviarParaOutroLado e ReceberDoOutroLado, muito embora esses procedimentos de fato se comuniquem com as camadas inferiores através da interface 3/4, e não com o outro lado. A abstração do processo de pares (peers) é fundamental para toda a estrutura da rede. Com sua utilização, a "ingerenciável" tarefa de estruturar toda a rede pode ser dividida em diversos problemas de estrutura menores e gerenciáveis, ou seja, a estrutura de cada camada. Figura 11 Exemplo de fluxo de informações que aceita a comunicação virtual na camada 5 Embora o título seja "Software de Rede", vale a pena lembrar que as camadas inferiores de uma hierarquia de protocolos costumam ser implementadas no hardware ou no firmware. No entanto, KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 21
  29. 29. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados algoritmos de protocolo muito complexos estão envolvidos no processo, muito embora estejam embutidos (parcial e totalmente) no hardware. 2.2 Questões de Projeto Relacionadas às Camadas Algumas questões de projeto fundamentais das redes de computadores estão presentes em diversas camadas. Veja, a seguir, as mais importantes. Todas as camadas precisam de um mecanismo para identificar os emissores e receptores. Como em geral uma rede tem muitos computadores, e alguns deles têm vários processos, é necessário um meio para que um processo de uma máquina especifique com quem ela deseja se comunicar. Como existem vários destinos, há necessidade de se criar uma forma de endereçamento para definir um destino específico. Outra preocupação que se deve ter em relação ao conjunto e decisões de uma estrutura dizem respeito à transferência de dados. Em alguns sistemas, os dados são transferidos em apenas uma direção (comunicação simplex). Em outros, eles podem ser transferidos em ambas as direções, mas não simultaneamente (comunicação half-duplex). Também é possível transmitir dados em ambas as direções simultaneamente (comunicação full-duplex). O protocolo também deve determinar o número de canais lógicos correspondentes à conexão e quais são suas prioridades. Muitas redes oferecem pelo menos dois canais lógicos por conexão, um para dados normais e outro para dados urgentes. O controle de erro é uma questão importante, pois os circuitos de comunicação física não são perfeitos. Muitos códigos de detecção e correção de erros são conhecidos, as partes envolvidas em uma conexão devem chegar a um consenso quanto ao que está sendo usado. Além disso, o receptor deve ter alguma forma de informar ao emissor as mensagens que foram recebidas corretamente e as que não foram. Nem todos os canais de comunicação preservam a ordem das mensagens enviadas a eles. Para lidar com uma possível perda de seqüência, o protocolo deve fazer uma provisão explícita para que o receptor possa remontar adequadamente os fragmentos recebidos. Uma solução óbvia é numerar os fragmentos, mas isso ainda deixa aberta a questão do que deve ser feito com os fragmentos que chegaram fora de ordem. Uma questão que afeta todas as camadas diz respeito à velocidade dos dados, particularmente quando o emissor é mais rápido do que o receptor. Várias soluções foram propostas e serão discutidas a seguir. Algumas delas dizem respeito a um tipo de feedback do receptor para o emissor, seja direta ou indiretamente, sobre a situação atual do receptor. Outras limitam o emissor a uma taxa de transmissão predeterminada. Um problema que deve ser resolvido em diversas camadas é a falta de habilidade de todos os processos para aceitarem arbitrariamente mensagens longas. Essa propriedade nos leva ao uso de mecanismos para desmontar, transmitir e remontar mensagens. Uma questão é o que você deve fazer quando os processos insistem na transmissão de dados em unidades tão pequenas que o envio de cada uma em separado se torna ineficiente. Nesse caso, a solução é reunir as pequenas mensagens com um destino comum em uma grande mensagem e desmembrá-la na outra extremidade. 22 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  30. 30. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados Quando for inconveniente ou caro configurar uma conexão para cada par de processos de comunicação, a camada inferior poderá resolver usar a mesma conexão para diversas conversações não relacionadas. Desde que sejam feitas de modo transparente, a multiplexação e a desmultiplexação podem ser executadas por qualquer camada. A multiplexação é necessária na camada física, por exemplo, onde a maior parte do tráfego de todas as conexões tem de ser enviada através de alguns circuitos físicos. Quando houver vários caminhos entre a origem e o destino, uma rota deverá ser escolhida. Algumas vezes, essa decisão deve ser dividida em duas ou mais camadas. Para enviar dados de Londres para Roma, por exemplo, devem ser tomadas uma decisão de alto nível (o trajeto a ser percorrido, França ou Alemanha, com base nas respectivas leis de privacidade) e uma decisão de baixo nível (escolher um dos muitos circuitos disponíveis, com base na carga do tráfego atual). KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 23
  31. 31. Capítulo 2 Elementos de Rede de Comunicação de Dados 24 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  32. 32. Capítulo 3 Elementos Ativos KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 25
  33. 33. Capítulo 3 Elementos Ativos 26 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  34. 34. Capítulo 3 Elementos Ativos 1. INTRODUÇÃO No mundo da conectividade, vários são os aspectos atualmente estudados e pesquisados com o simples objetivo de alcançar a melhor lógica de interconexão, valorizando a performance, o gerenciamento, a forma de interligação, o custo x benefício e os meios físicos utilizados para o tráfego da informação. Desta forma, os elementos ativos, que são formados por todos os equipamentos que proporcionam o funcionamento adequado conforme o padrão de rede estabelecido, se interagem, produzindo um sistema de comunicação balanceado e estruturalmente equilibrado, podendo ser definidos como peças sumariamente importantes ao processo de comunicação local e distante. Como já sabemos, o nosso cabeamento estruturado não deve depender dos elementos ativos para ser projetado e nem organizado. Mas é importante termos consciência de que todos eles poderão ser utilizados em nossa estrutura física sem o menor problema. Os equipamentos, sobre os quais devemos Ter o mínimo de conhecimento, têm a missão de permitir a interligação computacional que atenda aos anseios empresariais, acadêmicos e pessoais, e podem ser classificados conforme as seguintes características: Velocidade e performance na transmissão de dados; Aprimoramento ou modelagem dos dados; Gerenciamento dos dados e processos (qualitativos e quantitativos); Abrangência do espectro da comunicação (maior número de usuários); Facilidade na interoperabilidade dos equipamentos projetados, especificamente para trabalharem em conjunto. Podemos relacionar os equipamentos de acordo com sua função ou com os objetivos a serem cumpridos, que passam por: Segurança na destinação e de conteúdo; Velocidade na transmissão; Abrangência de distâncias limites; Distribuição de dados inteligentemente direcionados; Flexibilização nas conversões entre plataforma diferenciadas. 1.1 Repetidores Os repetidores, geralmente, são utilizados para interligar duas ou mais redes de mesma topologia. Simplesmente recebem os pacotes de informação das sub-redes que interligam e repetem para as demais sub-redes, sem fazer qualquer tipo de tratamento sobre eles. KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 27
  35. 35. Capítulo 3 Elementos Ativos As ações de um repetidor permitem que se amplie uma rede, fazendo com que o sinal transmitido alcance distâncias maiores. Um exemplo disto seria um rede Ethernet, utilizando um cabo coaxial como mídia de transmissão, que tem o limite de 185 metros, que por meio do uso do repetidor pode alcançar distâncias acima de 500 metros. Sabemos também, que a distância máxima está limitada pela quantidade de repetidores que pode ser utilizada num mesmo lance, pois o seu uso indiscriminado causa um efeito de retardo de transmissão, proporcionando o time-out na estação transmissora. Os repetidores são equipamentos que possuem única e exclusivamente, a função de recuperar o sinal atenuado e retransmiti-lo. Desta forma, encontraremos vários equipamentos que possuem outras funções, mas também, incorporam a função de repetição de sinal. Figura 12 Ligação via Repetidor 1.2 Pontes/Bridges Agora que já conhecemos como se procede o funcionamento básico de um repetidor, estamos preparados para entender o funcionamento desses equipamentos que chamamos de pontes ou bridges. Enquanto os repetidores sempre conectam elementos de uma rede de área local, as pontes podem conectar segmentos locais a outros segmentos de topologias diferentes. Os dois principais objetivos de uma ponte são: extensão de uma rede; segmentação do tráfego. Desta forma, entende-se por extensão de uma rede a possibilidade de a rede atender a uma área além do limite do meio físico, e segmentação do tráfego como sendo a possibilidade de limitar o tráfego de uma sub-rede dentro dela mesma, não deflagrando pacotes de dados desnecessários para o outro ramo da rede. Assim como os repetidores, as pontes podem encaminhar pacotes de dados entre vários tipos de meios físicos. Como já havíamos comentado, as pontes só encaminham i tráfego de um sistema de cabos se ele estiver endereçado aos dispositivos do outro sistema. Desta forma, elas limitam o tráfego 28 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  36. 36. Capítulo 3 Elementos Ativos secundário (que seria o tráfego que passa de uma sub-rede para outra). Esse equipamento lê o endereço do destino no pacote e determina se ele está localizado no mesmo segmento de rede da estação de origem. Caso a estação de destino esteja na outra extremidade, a ponte seqüência o pacote para o tráfego desse segmento. A grande vantagem de usarmos uma ponte vem do crescimento de desempenho que podemos obter de uma rede. Pois, com o uso desta, conseguiríamos segmentar uma grande rede em vários segmentos menores. É importante salientar que esta vantagem apenas persistirá, se o tráfego inter-redes não for muito significativo. Figura 13 Ligação Via Pontes 1.3 Roteadores/Routers Assim como as pontes aperfeiçoaram a funcionalidade dos repetidores, os roteadores são equipamentos que aprimoram o uso das pontes. Os roteadores, atualmente, funcionam como a nossa empresa de controle de trânsito. Nessa empresa, existem técnicos que estão todo tempo atentos aos problemas cotidianos do trânsito, desenvolvendo acertos na malha viária para que o escoamento dos veículos se faça de forma mis rápida, contribuindo para a diminuição dos engarrafamentos. Já os roteadores cumprem essas mesmas tarefas, mas ao invés de rotearem o tráfego de veículos, fazem todo trabalho com os pacotes de dados. Os roteadores estabelecem as melhores interconexões dos elementos de redes complexas. Eles podem selecionar caminhos redundantes entre segmentos de rede local, e podem conectar redes locais utilizando esquemas de composição de pacotes de dados e de acesso aos meios físicos completamente diferentes. No entanto, por causa principalmente de sua complexidade, os roteadores podem ser mais lentos que as pontes. O esquema de endereçamento utilizado pelos roteadores permite que os administradores segmentem a rede em vários sub-redes. Essa arquitetura admite várias topologias distintas. Os roteadores só recebem pacotes endereçados especificamente de estações, pontes ou outros roteadores. Eles não lêem todos os pacotes de todos os segmentos de rede local associados, KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 29
  37. 37. Capítulo 3 Elementos Ativos como é feito com uma ponte. Como não transportam e nem tratam de todos os pacotes, funcionam como uma barreira entre os segmentos de rede. Os pacotes de dados danificados ou os congestionamentos causados muitas vezes por sinais de broadcast não passam pelo roteador. Figura 14 Ligação Via Roteador Um roteador, ao selecionar uma rota mais curta, normalmente utiliza a tabela de roteamento criada pelo administrador para determinada rede. Esta técnica é conhecida por roteamento estático, a qual depende da inserção das rotas. Quando a formação dessa tabela se faz de forma automática, ao ser ligado, o equipamento envia mensagens para os outros equipamentos, informando que ele está no “ar”, e recebe como retorno às informações de rotas de endereço de cada equipamento. Esta tabela é referenciada como tabela dinâmica. 1.4 Gateways Em contraste com as pontes, os gateways operam proporcionando maior flexibilidade, como, por exemplo: transportando endereços entre sub-redes distintas com responsabilidade de fazer a conversão de protocolos. São comuns dois tipos de gateways: um para redes baseadas em conexões e um outro para redes sem conexões. Os gateways baseados em conexões permitem duas formas de interconexão: uma concatenação baseada em conexões de sub-redes de formas de circuitos virtuais e um estilo de inter-redes de pacote. A diferença básica entre os dois métodos passa pela forma de criar a conexão e mantê-la enquanto se procede à comunicação. Quando as conexões das LAN’s são pertencentes à mesma organização, a propriedade e operação do gateway não geram quaisquer problemas especiais. Entretanto, quando um gateway está entre duas LAN’s que são operadas por organizações diferentes, possivelmente, em países diferentes, maiores detalhes devem ser observados. 30 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  38. 38. Capítulo 3 Elementos Ativos Figura 15 Circuitos Virtuais Concatenados x Interconexão por Pacotes Estas duas técnicas apresentadas oferecem suas vantagens e desvantagens, mas são opções reais de solução para a questão de transferências de pacotes pela inter-rede as longas distâncias. A grande verdade é que equipamentos como pontes e roteadores são também denominados gateways, pois têm a capacidade de segmentar uma determinada rede. Com certeza, você já ouviu falar nesse equipamento. Atualmente, podemos considerar o Hub, como um dos equipamentos mais populares na área de conectividade. Esses dispositivos são utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN. Com o Hub, as conexões da rede são concentradas (por isso é também chamada de concentrador), ficando cada equipamento num segmento próprio. O gerenciamento da rede é favorecido e a solução de problemas facilitada, pois, por ser organizado numa topologia física estrela, cada equipamento está conectado por um link independente. Desta forma, na ocorrência de um defeito, fica isolado apenas o segmento problemático, não comprometendo os outros equipamentos pertencentes ao mesmo concentrador. Esse elemento ativo é transparente à rede, não influindo nos pacotes transmitidos. Sendo assim, todos os pacotes enviados por estações são deflagrados por todas as portas do HUB. Concluímos então que esse equipamento não atenta para a questão performance, repartindo a banda de passagem do padrão determinado, por todas as portas existentes. O seu funcionamento interno está baseado na topologia básica exigida pelo padrão que foi determinado. Exemplo disso seria dizer que um HUB Ethernet internamente utiliza a lógica de funcionamento em barramento e um HUB Token Ring também conhecido como MAU (Multistation KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 31
  39. 39. Capítulo 3 Elementos Ativos Access Unit) internamente utiliza a lógica em anel. Sendo assim, observamos que, na verdade, ao utilizarmos equipamentos desse nível, a topologia real existente é a união das topologias física e lógica, gerando uma topologia híbrida. Outro recurso desse equipamento é a sua interligação a outros do mesmo gênero, por meio das técnicas de cascateamento (cascate) e empilhamento (stackable). No cascateamento, o sinal proeminente de uma porta de um HUB é ligado à porta de outro HUB consecutivamente, criando uma ligação entre os barramentos distintos desses HUB’s. O problema encontrado nesse tipo de ligação está relacionado com a perda de performance existente em cada nível de cascata presente. É sabido que o máximo de níveis de cascateamento permitido não deve ultrapassar três, sob pena de comprometimento do funcionamento geral da rede. É importante salientarmos que para cada nível de cascata existente, a performance geral fica comprometida a um patamar de 20% acrescido nível a nível. O empilhamento permite que os HUB’s sejam interligados por uma parte especial de expansão. Desta forma, proporcionando uma expansão do barramento, o que leva a uma degradação de performance menor, se comparado à técnica de cascateamento. Outro detalhe a ser levantado refere-se ao limite de distância dos cabos utilizados para cascatear ou empilhar o HUB. Pois, no cascateamento, a possibilidade de interligação máxima em lances, é de 100 metros (conforme o limite estabelecido pela característica do cabo) e no empilhamento, a distância limite dos equipamentos deve chegar ao máximo de 7 metros, utilizando cabos metálicos paralelos. Figura 16 Ligação entre HUB’s Esses elementos ativos também são encontrados dentro de duas categorias: gerenciável e não gerenciável. O equipamento gerenciável é dotado de um protocolo de gerenciamento, como, por exemplo, SNMP (Simple Network Management Protocol), utilizado para criar estatística de uso do equipamento. E o equipamento não gerenciável, como o próprio nome já traduz, não oferece nenhum dos recursos mencionados. 32 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  40. 40. Capítulo 3 Elementos Ativos Atualmente, esse equipamentos vêm sendo a base para instalação de redes locais de pequeno e médio portes, e já possuem alguns recursos adicionais, como a programação das portas para individualizar os equipamentos conectados dentro de VLAN’s (Virtual Local Area Network). 1.5 Switch Esse elemento ativo foi à evolução natural e necessária do HUB, pois, basicamente, ele continua sendo o mesmo concentrador/repetidor com a plena vantagem de permitir o máxima de performance da banda de passagem determinada para um padrão específico em cada porta de conexão. Basicamente, como o HUB, ele também implementa uma topologia de ligação física em estrela e uma topologia lógica determinada pelo padrão efetivo de funcionamento. A idéia utilizada pelos Switches é de segmentar as redes, visando melhorar seu desempenho, podendo, desta forma, criar várias VLAN’s (Redes Locais Virtuais) individuais. Para implementar a preservação da banda de passagem integralmente por porta, o Switch apresenta internamente um backplane (barramento interno) que trabalha em velocidades normalmente dez vezes superiores à taxa de saída oferecida na porta de conexão. Sendo assim, possibilita a certeza de fornecimento da taxa prometida pelo padrão. Um exemplo disso seria um Switch Fast-Ethernet que, para fornecer a taxa de 100 Mbps por porta, utiliza um backplane a velocidades de 1 a 1,3 Gbps. Figura 17 Ligação de um Switch. Existem dois tipos de Switches: com comutação executada por meio de software, recebendo o frame ou pacote por uma de suas portas e armazenando em uma memória compartilhada. O endereço de destino é analisado e a porta destino é obtida por meio de uma tabela interna que é processada por um algoritmo executado em um processador RISC. No outro, a comutação é feita por hardware, sendo que ao receber e armazenar o cabeçalho dos frames, ele processa o KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 33
  41. 41. Capítulo 3 Elementos Ativos endereço do destino e estabelece um circuito entre as portas de origem e destino, enquanto durar a transmissão do frame (pacote). Os Switches que repassam o pacote, armazenando apenas o seu endereço, são classificados como cut-througt, e os que armazenam todo o pacote antes de passá-la adiante, como store-and- foward, também conhecidos por Switches buffered. Atualmente, os Switches já adquiriram novos recursos que possibilitaram a sua aplicação desde pequenas LAN’s até como backbone colapsado (backbone interno ao elemento ativo) de grandes redes corporativas. Esse elemento ativo também possibilita o gerenciamento estatístico de suas funções, proporcionado pelo protocolo de controle, como, por exemplo, o SNMP (Simple Network Management Protocol), utilizado para criar estatística de uso do equipamento, e o CMIP (Common Management Information Protocol). 1.6 Outros Equipamentos Outros equipamentos que merecem ser destacados pelas suas funções básicas, em conectividade, são os seguintes: Print Server: Servidor de Impressão; Remote Access: Possibilita o acesso de estações à rede remotamente; Interface Card: Interface de conexão de rede; Terminal Server: Servidor de Terminais; RAS (Remote Access Server): Servidor de Acesso remoto; MUX: Multiplexadores de sinais. Estes e outros equipamentos, que aqui não se encontram relacionados, também assumem uma posição de grande importância nos projetos e implementação lógicas na área de conectividade. Esperamos que numa próxima oportunidade tenhamos condição de falar mais e dar a devida atenção à casa um dos equipamentos acima mencionados. 1.7 Considerações Finais Como foi possível observar neste capítulo, as funções e aplicações dos elementos ativos são variadas, e vão ser especificadas de acordo com a necessidade e o tamanho da rede que interligarão. Vários são os modelos de equipamentos encontrados no mercado atendendo às mais diversas configurações de rede e necessidades. É importante observar que para os profissionais que pretendem ou já trabalham com a Cabeamento Estruturado, não existe obrigatoriamente de conhecer profundamente o funcionamento de cada equipamento que pode ser instalado no 34 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  42. 42. Capítulo 3 Elementos Ativos ambiente a ser estruturado. Pois, como já comentamos, todo elemento ativo criado para interligar a sua rede deve possuir a característica de interligação dentro do Cabeamento. O que realmente interessa, a priori, para o instalador de cabeamento é Ter em mente ou conhecer os elementos ativos que serão empregados, para que possa definir os espaços adequados para a sua instalação. Agora, se você será o responsável pela montagem da rede física e pela ativação da rede, então mãos à obra; conheça com maior profundidade os equipamentos, para que tenha condição de interligá-los e configurá-los de forma apropriada. É importante salientar que cada fabricante geralmente oferece vários produtos que, à primeira vista, podem parecer idênticos, mas geralmente os recursos oferecidos são diversos. No mais, para os profissionais que realmente estão encarregados da execução de um serviço deste nível, indicamos muita cautela, atenção e Boa Sorte. 1.7.1 Quantificação de Material Nessa Quarta fase, temos a missão de preparar a lista de material necessária à implantação do cabeamento. Nessa lista, relacionamos todos os itens necessários para fazer a instalação e o acabamento da rede estruturada. Em toda instalação, para criar a lista de material, é necessário, a priori, conhecermos o projeto, de forma que os produtos quantificados estejam conforme as exigências do Projeto. Logicamente, a lista de material será criada conforme o padrão da rede (BCS ou IBCS) de acordo com este, será determinado o fabricante e por conseguinte a sua linha de solução. Rapidamente, vamos detalhar cada item considerado de grande importância para compor a nossa lista de material. É importante salientar que, ao fazer um levantamento de material, é usual, e mais prático, contabilizar a partir dos extremos, ou seja, das terminações na área de trabalho, até os armários de telecomunicações e daí a sala de equipamentos e entrada do prédio. Para um melhor entendimento, não vamos considerar, na discriminação abaixo, os produtos que serão utilizados para criar a infra-estrutura. Detalhamento dos Itens exigidos numa Lista de Material: Tomada fêmea RJ45 – Tomada que está localizada na área de trabalho. Possibilita a ligação dos equipamentos à rede. Espelhos de acabamento – Acabamento da caixa de terminação, onde se encontram as tomadas na área de trabalho. Cabo de malha horizontal – Esse cabeamento será dimensionado de acordo com o número de pontos de telecomunicação, as distâncias entre esses pontos e o armário de telecomunicação. É importante lembrar que cada tomada contida num ponto de telecomunicação possui um cabo ligado a ela. O cabo a ser utilizado deve atender às exigências das categorias aceitas por norma. Painel de distribuição – Esse painel será utilizado para terminar o cabo que chega das tomadas. Ele ficará localizado no armário de telecomunicação e será determinado de acordo KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 35
  43. 43. Capítulo 3 Elementos Ativos com o padrão usado na solução. Caso seja BCS, utilizaremos o painel conhecido por Patch Panel, que pode ser adquirido basicamente em dois modelos: O modular, que possibilita a integração de cada porta de conexão, uma a uma. Esse modelo se apresenta mais flexível e com a vantagem de sua porta de conexão ser geralmente o mesmo elemento que compõe uma tomada RJ45 padrão. O Patch Panel fixo, que já possui todas as portas de conexões fixas na régua de encaixe. Desta forma, esse produto é adquirido completo sem necessitar de complementos, mas, por outro lado, mostra-se menos flexível. Os Patch Panels, de qualquer marca ou modelo, possuem o tamanho padrão de 19 polegadas de largura por 1U (uma unidade) de altura, representando 4,44 centímetros. Um Patch com 1 U possui, geralmente, 24 portas de conexão. Esse produto é encontrado no mercado com a altura máxima de 4U (quatro unidades de altura), comportando 96 portas de conexão. Outro produto que pode ser utilizado como painel de distribuição é o Bloco 110. Este é um bloco de conexão que utiliza conectores de encaixe com contato IDC (Contato por Deslocamento de Isolante). Esses blocos possuem um custo relativamente mais baixo que os Patch Panels, mas não oferecem o mesmo acabamento. São muito utilizados para fazer a ligação do Backbone de voz, sensores e alarme. Agora, se houve a opção pela solução IBCS, então optamos pela instalação de um painel formado por blocos de 8 ou 10 pares. Nesses blocos, serão abertos os cabos que chegam tanto da malha horizontal, quanto os que formam o Backbone. Quando c faz a opção por usar esse padrão de blocos, toda a estrutura de fixação destes nos armários ou Racks deve ser especificada de acordo com o fabricante da solução. Essa especificação envolve: os trilhos de fixação; o suporte para o trilho de fixação; os anéis, guias de cabo; os organizadores laterais de cabos. Organizadores de cabo – Visando obter maior organização nos armários, podemos especificar o uso dos organizadores de cabo. A utilização dos organizadores não é obrigatória, mas, muitas vezes, valoriza uma instalação pelo efeito visual provocado ao final. Geralmente é intercalado com os patch panels, possibilitando com isso esconder os cordões de ligação, deixando livre a visualização das identificações estampadas em cada porta de conexão do painel. Esses organizadores são encontrados em duas versões: vertical e horizontal. O vertical, geralmente, é utilizado para organizar a entrada dos cabos da malha horizontal ou Backbone na parte traseira do painel, ou a passagem de um cordão de painel para outro. Já o horizontal é utilizado para organizar os cordões de manobra na frente do painel. Rack – Caso seja usado o Rack, primeiramente deve-se especificar o seu modelo: aberto ou fechado. Com relação ao seu tamanho, todos eles suportam a fixação de painéis de 19 polegadas, e a altura será calculada pelo número de painéis e organizadores que forem estimados. Todo Rack tem como referência de tamanho a unidade de altura (U). Desta forma, 36 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  44. 44. Capítulo 3 Elementos Ativos ao especificar esse material, deve-se colocar o seu tamanho em unidades de altura. Atualmente, o mercado possui Racks de vários tamanhos, com o mínimo de 8U (35,5cm) até 44U (195,4cm) de altura. Cordões de ligação – Os cordões devem ser estimados de acordo com o número de pontos de telecomunicação existente na instalação. Para cada tomada existente na área de trabalho deve existir o seu Patch Cord (cordão de 3,0m que liga o equipamento á tomada no ponto de telecomunicação) correlato. E com base no número de portas de conexão do armário de telecomunicações, definimos o número de patchs cables e jumper cables. Os Patch Cables são os cordões que ligam os elementos ativos de telecomunicação ao painel de distribuição (HUB’S, Roteadores, Switchs, etc.) e os jumper cables fazem a ligação de um painel de distribuição ao outro, proporcionando o Cross-Connect (Conexão Cruzada). Esses cordões devem ser construídos com cabo UTP flexível, visando sua maior durabilidade. Em muitos casos ou soluções de cabeamento, os cordões, a olhos vistos, são construídos com o mesmo cabo com o mesmo conector RJ45 macho. Mas os nomes de referência para cada cordão (Patch Cord, Patch Cable e Jumper cables) advêm da sua aplicação. Cabo Backbone – Esse elemento deve ser definido de acordo com as aplicações que serão integradas no cabeamento. É importante lembrar que essas mídias de comunicação também serão conectadas aos armários de telecomunicações, devendo, desta forma, ser provido o espaço para a sua ligação. Etiquetas de identificação – Essas etiquetas são utilizadas na demarcação dos pontos. São aplicadas á identificação tanto em painéis quanto em tomadas. Abraçadeiras – As abraçadeiras são exigidas para organizar os cabos que chegam ao armário ou Rack. É indicado o uso de abraçadeiras de velcro, que não ferem o cabo e ainda proporcionam um acabamento de maior qualidade. O uso de abraçadeiras de nylon é permitido, mas não indicado, pela possibilidade de estrangularem os cabos. Duplicadores e adaptadores – Esses elementos que são usados na área de trabalho, devem ser especificados após a definição da forma de utilização do cabeamento pelo cliente. Isto quer dizer que só especificaremos esses elementos após conhecermos os equipamentos que estarão ligados às pontas. Elementos protetores – Na entrada do prédio, é importante lembrar que para cada linha de entrada do meio externo (companhia telefônica) para o interno é exigido o uso de protetores de corte. Estes irão prover a segurança dos equipamentos que recebem as linhas tronco. Outros – Existem vários outros elementos que podem ser necessários a sua especificação, como: caixa de terminação de fibra óptica; cordões de fibra óptica; etiquetas de marcação para cabos. Esses elementos devem ser especificados de acordo com a solução e a tecnologia escolhida. KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 37
  45. 45. Capítulo 3 Elementos Ativos Basicamente, todos os produtos que são de grande importância para a construção do nosso cabeamento foram definidos acima. Realmente, o que deve ser considerado de extrema importância é conhecer bem uma solução antes de especificar todo o material para uma implantação, pois assim, estaremos diminuindo o risco de especificações equivocadas. Figura 18 Materiais de Cabling 38 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  46. 46. Capítulo 4 Modelos de Redes de Comunicação de Dados KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 39
  47. 47. Capítulo 4 Modelos de Redes de Comunicação de Dados 40 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA
  48. 48. Capítulo 4 Modelos de Redes de Comunicação de Dados 1. MODELOS DE REFERÊNCIA Depois de discutirmos o conceito de redes divididas em camadas, chegou a hora de nos debruçarmos sobre alguns exemplos práticos. A seguir, analisaremos duas importantes arquiteturas de rede: o modelo de referência OSI e o modelo de referência TCP/IP. 1.1 O Modelo de Referência OSI O modelo OSI é mostrado na Figura a seguir (menos o meio físico). Esse modelo é baseado em uma proposta desenvolvida pela ISO (International Standards Organization) como um primeiro passo na direção da padronização internacional dos protocolos usados nas diversas camadas (Day e Zimmermann, 1983). O nome desse modelo é Modelo de Referência ISO OSI (Open Systems Interconnection), pois ele trata da interconexão de sistemas abertos – ou seja, sistemas que estão abertos à comunicação com outros sistemas. Por uma questão de praticidade, vamos chamá-lo de modelo OSI. O modelo OSI tem sete camadas. Veja a seguir os princípios aplicados para se chegar às sete camadas. 1. Uma camada deve ser criada onde houver necessidade de outro grau de abstração. 2. Cada camada deve executar uma função bem definida. 3. A função de cada camada deve ser escolhida tendo em vista a definição de protocolos padronizados internacionalmente. 4. Os limites da camada devem ser escolhidos para reduzir o fluxo de informações transportadas entre as interfaces. 5. O número de camadas deve ser suficientemente grande para que funções distintas não precisem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e suficientemente pequeno para que a arquitetura não se torne difícil de controlar. Em seguida, discutiremos cada uma das camadas do modelo, começando pela camada inferior. Observe que o modelo OSI em si não é uma arquitetura de rede, pois não especifica os serviços e os protocolos que devem ser usados em cada camada. Ele apenas informa o que cada camada deve fazer. No entanto, o ISO produziu padrões para todas as camadas, embora eles não pertençam ao modelo de referência propriamente dito. Cada um deles foi publicado como um padrão internacional distinto. 1.1.1 A Camada Física A camada física trata da transmissão de bits brutos através de um canal de comunicação. O projeto da rede deve garantir que, quando um lado envia um bit 1, o outro lado o receba como um bit 1, não como um bit 0. Nesse caso, as questões mais comuns são as seguintes: a quantidade de volts a ser usada para representar um bit 1 e um bit 0; a quantidade de microssegundos que um bit deve durar; o fato de a transmissão poder ser ou não realizada nas duas direções; a forma como a conexão inicial será estabelecida e de que maneira ela será encerrada; e a quantidade de pinos que o conector da rede precisará e de que maneira eles serão utilizados. Nessa situação, as KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA 41
  49. 49. Capítulo 4 Modelos de Redes de Comunicação de Dados questões de projeto dizem respeito às interfaces mecânicas, elétricas e procedurais e ao meio de transmissão físico, que fica abaixo da camada física. Figura 19 O modelo de referência OSI 1.1.2 A Camada de Enlace de Dados A principal tarefa da camada de enlace de dados é transformar um canal de transmissão bruta de dados em uma linha que pareça livre dos erros de transmissão não detectados na camada de rede. Para executar essa tarefa, a camada de enlace de dados faz com que o emissor divida os dados de entrada em quadros de dados (que, em geral, têm algumas centenas ou milhares de bytes), transmita-os seqüencialmente e processe os quadros de reconhecimento retransmitidos pelo receptor. Como a camada física apenas aceita e transmite um fluxo de bits sem qualquer preocupação em relação ao significado ou à estrutura, cabe à camada de enlace de dados criar e reconhecer os limites do quadro. Para tal, são incluídos padrões de bit especiais no início e no fim do quadro. Se esses padrões de bit puderem ocorrer acidentalmente nos dados, será, preciso um cuidado especial para garantir que os padrões não sejam incorretamente interpretados como delimitadores de quadro. 42 KIT DIDÁTICO DE REDES DE COMUNICAÇÃO – TEORIA

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