Sumário
1 Introdu¸cão
2 Classifica¸cão de Tipos de Redes
3 Arquitetura de Redes
4 Camada F´ısica
5 Camada de Enlace
6 Camada de Rede
7 Camada de Transporte
8 Camadas de Sessão, Apresenta¸cão e Aplica¸cão
9 Bibliografia

Visão Geral
A mistura das áreas de comunica¸cão e informática tem feito ao
longo do tempo um aumento na ideia da descentraliza¸cão em uma
organiza¸cão. O modelo de uma máquina gigante atendendo todas
as necessidades computacionais foi substitu´ıdo por “redes de
computadores”onde partes do sistema operam separadas, mas
interconectadas.
Estudaremos a conexão entre um ou mais computadores,
equipamentos e conceitos ligados a esta área de estudo.

Utiliza¸cão de Redes de Computadores
Aplica¸cões Comerciais: Geralmente, um sistema de informa¸cão
de uma empresa consiste em um ou mais bancos de dados
armazenados em um computador mais poderoso chamado de
servidor e os clientes que irão acessar dados remotamente.
Aplica¸cões Domésticas: Acesso a informa¸cões remotas (web,
arquivos, etc...); Comunica¸cão entre as pessoas (chats,
mensagens instantâneas, etc...); Entretenimento interativo
(Jogos, músicas online, etc..); Comércio Eletrônico (ifood,
amazon, lojas americanas, etc..).
Usuários Móveis: Além desses computadores pessoais, existem
também os computadores móveis (notebooks, smartphone,
tablets, etc). Esse tipo de rede sem fio fazem com que a
pessoa não fique limitada geograficamente. Também permite
que lugares que ficariam onerosos ou até mesmo onde seria
imposs´ıvel a instala¸cão de uma infraestrutura cabeada,
possuam conexões entre os computadores.

Não existe nenhuma regra de classifica¸cão de redes, mas
geralmente elas podem ser divididas utilizando 2 caracter´ısticas
básicas:
Tecnologia de Transmissão
Escala

Classifica¸cão por Tecnologia de Transmissão
Redes de difusão
As redes de difusão geralmente possuem apenas um canal de
comunica¸cão comum para todas as máquinas da rede.
A difusão (broadcasting) ocorre quando o pacote é endere¸cado
para todos os computadores que estejam na mesma rede. A
multidifusão (multicasting) ocorre quando o modo de endere¸car é
enviar a mensagem para algum subconjunto de máquinas.

Redes ponto a ponto
O contrário das redes de difusão, as redes ponto a ponto consistem
em conexões entre pares de máquinas. Para chegar da origem ao
destino, o pacote nesse tipo de tecnologia terá que passar por
máquinas intermediárias e com isso chegar ao destino.
Logo, existem inúmeras rotas para chegar ao destino e um dos
desafios desse tipo de tecnologia é conseguir descobrir qual a
melhor rota para o destino.

Quando o meio de transmissão é compartilhado e suporta apenas
uma transmissão por máquina, deve existir algum mecanismo de
arbitragem para resolver conflitos quando duas ou mais máquinas
quiserem fazer uma transmissão simultaneamente.

Topologia em Barramento Linear
O mecanismo de arbitragem pode ser centralizado ou
descentralizado.
Um exemplo de uma rede de difusão de barramento com controle
descentralizado é o padrão IEEE 802.3, conhecido como
ETHERNET.
Este mecanismo funciona da seguinte maneira:
1 Qualquer computador pode transmitir dados quando quiser
2 Caso ocorra uma colisão de dados, cada um deles irá esperar
tempos aleatórios diferentes para fazer a retransmissão dos
dados.

Topologia em Anel
Na topologia em anel o controle de arbitragem descentralizado. O
sinal originado por uma esta¸cão (ou nó) passa em torno do anel,
sendo que em cada nó o sinal é regenerado e retransmitido. Cada
nó atende por um endere¸co que, ao ser reconhecido por uma
esta¸cão, aceita a mensagem e a trata.
Uma desvantagem é que se, por acaso apenas uma das máquinas
falhar, toda a rede pode ser comprometida.
O padrão mais conhecido de topologia em anel é o Token Ring
(IEEE 802.5) da IBM. Nele, um pacote (token) fica circulando no
anel, pegando dados das máquinas e distribuindo para o destino.
Somente um dado pode ser transmitido por vez neste pacote.

Topologia em Estrela
Esta é a topologia mais recomendada. Nela, todas as esta¸cões são
conectadas a um periférico concentrador (Hub ou Switch).
Ao contrário da topologia linear onde a rede inteira parava quando
um trecho do cabo se rompia, na topologia em estrela apenas a
esta¸cão conectada pelo cabo rompido pára. Além disso temos a
grande vantagem de podermos aumentar o tamanho da rede sem a
necessidade de pará-la.

Classifica¸cão por Escala
A classifica¸cão por escala da rede tem a ver com a distância entre
as máquinas que irão fazer as comunica¸cões.
Tabela: Exemplo de classifica¸cão por escala
Distância entre as máquinas Exemplo de localidade Tipo de rede
1 metro O metro quadrado Pessoal
10 metros Sala pequena Local
100 metros Prédio Local
1 km Universidade Local
10 km Cidade Metropolitana
100 km Pa´ıs Geograficamente
distribuida
1.000 km Continente Geograficamente
distribuida
10.000 km Planeta Internet

Redes Locais (LAN)
As redes LANs (Local Area Networks) ou Redes Privadas são
utilizadas para a interconexão de equipamentos para a troca de
dados. Estas redes têm tamanho restrito, o que significa que
quanto maior a distância de um equipamento da rede a outro,
maior será a taxa de erros, devido a degrada¸cão do sinal
transmitido.
Geralmente uma LAN é composta por:
Esta¸cões;
Sistema operacional de rede;
Meios de Transporte;
Dispositivos de redes;
Protocolos de comunica¸cão;
Servidores.

Redes Metropolitanas (MAN)
A ideia de uma Rede MAN (Metropolitan Area Network) é de
abranger uma cidade.
Um exemplo de rede MAN, apesar de não ser uma rede de
computadores, é a da televisão a cabo. Esse tipo de sistema surgiu
a partir de antigos sistemas de antenas comunitárias usadas em
áreas com fraca recep¸cão de sinal de televisão. Uma grande antena
era colocada no alto de uma colina próxima e o sinal era conduzido
até a casa dos assinantes.
Com a populariza¸cão e uso em massa da Internet, as operadoras de
TV a cabo viram que com uma pequena mudan¸ca no seu sistema,
poderia oferecer servi¸co de Internet em partes não utilizadas dos
seus cabos. Consequentemente o sistema de TV paulatinamente
foi se transformando também em uma rede metropolitana.

Redes Metropolitanas (MAN)

Redes Geograficamente Distribu´ıdas (WAN)
A Rede WAN (Wide Area Network) ou Rede de longa distância é
uma rede de computadores que abrange uma grande área
geográfica, com frequência um pa´ıs ou continente.
Vamos primeiro estabelecer alguns termos para conseguir entender
a estrutura de uma rede WAN.
host - é conjunto de máquinas em qualquer rede, com a
fun¸cão de executar programas para os usuários. Os hosts
pertencem aos usuários (computadores pessoais).
sub-redes - muitos hosts conectados entre si em uma região
local são as chamadas redes LAN e essas LANs estão
conectadas entre si por meio das chamadas sub-redes de
comunica¸cão. A sub-rede pertence geralmente à operadora de
telefonia ou a um provedor de servi¸co de internet.

Os principais componentes deste tipo de rede são as linhas de
transmissão e os elementos de computa¸cão:
linhas de transmissão - podem ser feitas de fios de cobre, fibra
óptica ou enlace de rádios.
elementos de computa¸cão - são computadores especiais com o
objetivo de encaminhar dados de uma rede a outra. Outro
nome comum para estes tipos de equipamentos é
“roteador”(router).

Figura: Roteadores (em azul) e v´arias redes locais ligadas a estes
roteadores.

Redes Sem Fio
Existem basicamente três categorias principais de redes sem fio.
Interconexão de equipamentos - quer dizer conectar
componentes utilizando rádios de pequeno alcance.
LANs sem fio (Padrão IEEE 802.11) - são sistemas onde cada
computador possui um dispositivo de rádio e uma antena para
se comunicar com os outros dispositivos. Geralmente existe
uma antena no teto que permite a comunica¸cão das máquinas,
mas também, se os dispositivos estiverem perto um do outro,
poderão se comunicar diretamente sem nenhuma hierarquia.
WANs sem fio - a rede de rádio utilizada para a telefonia
celular é um exemplo de rede sem fio utilizada no nosso
cotidiano.

Inter-redes
Em geral, um conjunto qualquer de redes conectadas é chamado
de inter-rede.
Não existe nenhuma terminologia padrão sobre isso, mas a ideia
básica é que se você tiver duas redes distintas quanto a escala ou
quanto a tecnologia utilizada nas duas redes, logo você terá uma
“inter-rede”
No mundo existem vários tipos de redes das mais diversas
tecnologias. Para que pessoas em redes distintas possam
comunicar-se é necessário algum equipamento para conseguir essa
conexão e fazer a compatibilidade de tecnologias tão distintas.
Esse equipamento é chamado de “gateway”. Ele converte, em
termos de hardware e software, a comunica¸cão entre as mais
diversas redes.

Hierarquia de Protocolos
Imagine duas pessoas normais de pa´ıses diferentes querendo se
comunicar seja por carta ou email (camada 3), um deles fala
chinês e o outro árabe.
1 O chinês passa a mensagem para seu tradutor (camada 2) que
traduz para qualquer l´ıngua (por exemplo holandês);
2 O tradutor repassará para a secretária (camada 1);
3 A secretária depois encaminhará a mensagem por fax para a
outra secretária;
4 Este mesma envia a mensagem em holandês para o tradutor;
5 O tradutor irá traduzir a mensagem e a passará em árabe.
Essa seria a ideia básica da independência de camadas no conceito
de hierarquia de protocolos.

Para simplificar um projeto para implementa¸cão de uma tecnologia
de rede a maioria deles é organizado como uma pilha de camadas.
O número de camadas, o nome, o conteúdo e a fun¸cão difere de
uma rede para outra, mas todas têm o objetivo de oferecer servi¸cos
para camadas superiores, isolando cada camada dos detalhes de
implementa¸cão desses recursos.
Para a comunica¸cão entre duas máquinas, uma camada n deste
computador se comunica com a camada n de outro computador.
As regras e conven¸cões que estabelecem como será feita troca de
informa¸cão se chamam protocolo da camada n.
Um conjunto de camadas e protocolos é chamado de arquitetura
de uma rede.

Modelo OSI
Para facilitar o processo de padroniza¸cão e obter interconectividade
entre máquinas de diferentes sistemas operacionais, a ISO
(International Organization for Standardization) aprovou um
modelo de referência para permitir a comunica¸cão entre máquinas
diferentes, denominado OSI (Open Systems Interconnection).
Este modelo é dividido em camadas hierárquicas, ou seja, cada
camada usa as fun¸cões da própria camada ou da camada anterior,
para esconder a complexidade e transparecer as opera¸cões para o
usuário, seja ele um programa ou uma outra camada. A camada
deve apenas fornecer servi¸cos a outras camadas de modo correto,
permitindo que possam ter desenvolvimentos separados de
tecnologias novas (em cada protocolo de sua camada), sem ter que
reimplementar esta pilha inteira.

Modelo OSI

Modelo TCP/IP
O modelo de referência mais conhecido é o TCP/IP (Transmisson
Control Protocol / Internet Protocol).
O modelo TCP/IP surgiu em meados da guerra fria com uma
forma de comunica¸cão entre os vários setores do exército e outros
órgãos do governo e universidades americanas.
O modelo TCP/IP quando comparado com o modelo OSI tem
duas camadas que se formam a partir da fusão de algumas
camadas, elas são:
As camadas de Aplica¸cão = Aplica¸cão, Apresenta¸cão e Sessão;
Rede = Link de dados e F´ısica.

Modelo TCP/IP

Meios de Transmissão
O objetivo da camada f´ısica é transmitir um fluxo de dados de uma
máquina a outra.
Vários meios f´ısicos podem ser usados para este fim e cada um
deles possui suas limita¸cões quanto a retardo, taxa máxima de
transferência, custo, facilidade de implanta¸cão e outros.

Meios de Transmissão cabeados
Meios Magnéticos
Apesar de não ser propriamente um modo de transmissão de alta
tecnologia, este meio é o mais utilizado no transporte de
informa¸cão. Basta você possuir um disco ou fita magnética, gravar
as informa¸cões dentro e levar para o destino.
Isso é interessante sob o ponto de vista do custo para o
deslocamento de dados de um computador a outro, pois não
necessita de nada além de mandar transportar e as fitas
magnéticas. Talvez seja o modo de transmissão mais comumente
utilizado entre as pessoas.

Cabo Coaxial
A conexão é considerada lenta, mas ainda é utilizada em alguns
lugares devido ao baixo custo de instala¸cão.
Figura: A - Capa plástica protetora; B - Blindagem para o condutor interno; C -
Camada isolante; D - Condutor interno.
Figura: Faixas de frequências utilizadas para tv/dados divididas dentro do cabo
coaxial

Par Tran¸cado
Tem a vantagem de se atingir maior taxa de transferência e
facilidade de manuten¸cão da rede. Dá-se o nome de cabo de par
tran¸cado, devido aos pares de fios se entrela¸carem por toda a
extensão do cabo, evitando assim interferências externas, ou do
sinal de um dos fios para o outro.
Figura: A - Prote¸cão Externa PVC, B - Pares Tran¸cados, C - Isolantes
dos Pares, D - Condutor de Cobre, E - Prote¸cão Externa Alum´ınio

Fibra Óptica
Fibra óptica é um filamento de vidro ou de materiais poliméricos,
com capacidade de transmitir luz. A transmissão é feita
lan¸cando-se um feixe de luz em uma extremidade da fibra e esse
feixe percorre a fibra através de consecutivas reflexões.
Para transmitir dados pela fibra óptica, é necessário um
equipamento especial que contém um componente fotoemissor. O
fotoemissor converte sinais elétricos em pulsos de luz que
representam os valores digitais binários (0 e 1).
Uma caracter´ıstica importante que torna a fibra óptica
indispensável em muitas aplica¸cões é o fato de não ser suscet´ıvel à
interferência eletromagnética, pela razão de que não transmite
pulsos elétricos.

Meios de Transmiss˜ao sem ﬁo

Transmissão de Rádio
As ondas de rádio, ainda bastante utilizadas, são fáceis de gerar,
podem percorrer longas distâncias e penetrar com facilidade os
edif´ıcios. Estas ondas também são omnidirecionais (se propagam
em todas as dire¸cões) e por isso o transmissor e receptor não
necessitam ficar alinhados.

Transmissão por Microondas
Estas ondas trafegam praticamente em linha reta e com isso
podemos concentrá-las em uma faixa estreita através de uma
antena parabólica, que faz com que seja poss´ıvel fazer uma
transmissão/ recep¸cão de informa¸cões. O problema dessa
transmissão é de que seja necessário um alinhamento de grande
precisão das duas antenas (receptora e transmissora).
Um problema das microondas (ao contrário das ondas de rádio) é
que elas não atravessam bem paredes de edif´ıcios além do
esmaecimento de vários caminhos, em que ondas atrasadas podem
chegar fora de fase em rela¸cão a ondas diretas e com isso cancelar
o sinal.

Ondas Infravermelho
Ondas infravermelho são bastante utilizadas também (veja seu
controle remoto). Estas permitem a comunica¸cão de pequeno
alcance e são relativamente direcionais, econômicas e fáceis de
montar, porém este tipo de comunica¸cão é bastante limitado: não
atravessam objetos sólidos.
O fato de não atravessar objeto é vantagem também no sentido de
não interferir em outros dispositivos semelhantes instalados em
outras salas. Infelizmente pelas suas caracter´ısticas é pouco usado
para troca de grandes volumes de dados.

Intro Tipos Arch N=1 N=2 N=3 N=4 N=5, 6 e 7 Bib Subcamada MAC
Sumário
1 Introdu¸cão
2 Classifica¸cão de Tipos de Redes
3 Arquitetura de Redes
4 Camada F´ısica
5 Camada de Enlace
6 Camada de Rede
7 Camada de Transporte
8 Camadas de Sessão, Apresenta¸cão e Aplica¸cão
9 Bibliografia

Questões Importantes da Camada de Enlace
Essa camada possui algumas fun¸cões básicas:
Prover um servi¸co bem definido para a camada de rede;
Cuidar dos os erros de transmissão;
Regular o fluxo de dados para evitar que receptores mais
lentos não sejam atropelados por envios mais rápidos.
Para isso, a camada de enlace pega o pacote recebido da camada
de rede e encapsula eles em frames de transmissão contendo um
cabe¸calho, um espa¸co para colocar o pacote e um preenchimento.

Questões Importantes da Camada de Enlace
Frame
A camada de Enlace deve detectar os erros do fluxo de dados
(bits) da camada f´ısica. Para isso dividi-se o fluxo de bits em
tamanhos fixos e computa-se para verifica¸cão de erro (checksum).
Quando o frame chega ao destino, o checksum é feito novamente e
se for diferente, é feito algum procedimento para cuidar disso
(descartar frames com erro ou enviar uma mensagem de erro).
Os tipos de servi¸cos poss´ıveis são:
Não orientado a conexão sem confirma¸cão - Bom para
aplica¸cões que exigem tempo real;
Não orientado a conexão com confirma¸cão - Bom para canais
sem confian¸ca na qual há muitos ru´ıdos do ambiente;
Orientado a conexão com confirma¸cão - Bom para canais que
exigem qualidade dos dados.

Subcamada MAC (Medium Access Control)
Em uma reunião de trabalho, em determinado momento terá
alguém falando e todos escutando, mas assim que este parar de
falar, outros tentarão falar e ninguém irá entender nada. O desafio
é determinar quem terá direito a falar assim que um terminar. Um
modo de tratar isto seria alguém ser o mediador da reunião e quem
quiser falar levantar a mão.
Os protocolos responsáveis pela obten¸cão do canal para a
comunica¸cão fazem parte da subcamada (MAC) da camada de
enlace.
Esta subcamada é muito importante para as LANs, que se baseiam
em conexões em difusão. WANs já não utilizam este modo, eles
são ponto-a-ponto.

Aloca¸cão Estática
O modo mais intuitivo e tradicional para resolver a aloca¸cão, é
separar a largura de banda (bandwidth) em faixas de frequências
fixas para n usuários (FDM - Frequency Division Multiplexing).
Um problema ocorrerá, por exemplo, quando o número de usuários
n forem maior que o número de faixas dispon´ıveis, onde teremos
um problema de nega¸cão de servi¸co.

Aloca¸cão Dinâmica I
Para aloca¸cão dinâmica dos canais, devemos ter cuidado com
vários parâmetros que influenciam a eficiência da transmissão:
Modelo de esta¸cões: consistem em números fixos de esta¸cões
em que quando uma esta¸cão envia, todas as outras esta¸cões
são bloqueadas até que todo o frame seja transmitido de
forma correta;
Canal único: um único canal é disponibilizado para toda a
comunica¸cão. Todas as esta¸cões podem transmitir por ele e
todos podem receber por ele;
Colisões: se dois frames são transmitidos simultaneamente em
um mesmo canal, eles se sobrepõem e podem embaralhar o
sinal (colisão). Todas as esta¸cões podem detectar colisões e
um frame colidido deve ser retransmitido depois;

Aloca¸cão Dinâmica II
Tempo de forma cont´ınua: Ou seja, todo frame pode ser
transmitido a qualquer instante, não existe nenhuma central
controladora do tempo que possa dividir o tempo em
intervalos fixos;
Tempo de forma alocada: O tempo é dividido em intervalos
fixos (slots) e os frames são transmitidos sempre que chega ao
slot. Cada slot pode ter nenhum frame ou vários frames para
serem enviados;
Carrier Sense - significa que cada esta¸cão pode perceber se o
canal está sendo utilizado ou não. Caso esteja, a esta¸cão só
irá transmitir quando o canal não estiver ocupado;
Sem Carrier Sense - significa que as esta¸cões não podem
sentir se o canal está sendo utilizado. Eles apenas transmitem
e perceberão só mais tarde se a transmissão foi efetuada
corretamente.

Aloca¸c˜ao Dinˆamica III
Alguns exemplos de protocolos que utilizam os conceitos citados
acima:
CSMA (Carrier Sense Multiple Access);
ALOHANET;
Ethernet;
IEEE 802.11;
Modo Ad-HOC
Modo Infra-estruturada;
Terminal Escondido e Terminal Exposto.

Endere¸camento MAC
O endere¸co MAC é o endere¸co f´ısico da esta¸cão, ou melhor, da
interface de rede.
Exemplo
00:16:D3:1A:27:6B
Os três primeiros octetos são destinados à identifica¸cão do
fabricante, os 3 posteriores são fornecidos pelo fabricante.
É um endere¸co universal, i.e., (teoricamente) não existem, em todo
o mundo, duas placas com o mesmo endere¸co.
Para ver qual o endere¸co MAC do seu dispositivo de rede: No
linux, digite o comando “ifconfig”e no Windows, “ipconfig”
Página da lista de fabricantes relacionados ao endere¸co MAC:
http://standards.ieee.org/regauth/oui/oui.txt

Questões relacionadas a camada de rede
A camada de rede se preocupa em obter pacotes de um remetente
e os enviar por todo um caminho para um destinatário. Para
alcan¸car o destino, requer passar por vários roteadores.
Esta fun¸cão difere da camada de enlace, que possui um objetivo de
apenas mover frames de uma ponta a outra.
Uma preocupa¸cão desta camada é escolher uma rota apropriada
para evitar congestionamento e não deixar linhas ociosas. Para isso
ela deve saber como está a topologia de comunica¸cão.
Figura: CPU1 - computador conectado a um roteador A; CPU2 - computador em uma LAN que está
conectado a um roteador F; B, C, D e E - roteadores que pertencem a “sub-rede”.

Servi¸cos para a Camada de Transporte
A camada de rede também deve oferecer alguns servi¸cos para a
camada de transporte, seguindo as seguintes regras:
O servi¸co deve ser independente da tecnologia de roteamento;
A camada de transporte deve ser encapsulada de modo a não
precisar saber do número, tipo e topologia dos roteadores
presentes na conexão;
Os endere¸cos de rede devem ter alguma padroniza¸cão,
independentemente do tipo de rede (LAN ou WAN).
Existem dois modos de organizar a camada de rede:
1 Servi¸co não orientado a conexão - os pacotes são injetados na
sub-rede individualmente e roteados independentemente um
do outro.
2 Servi¸co orientado a conexão - necessita reservar um caminho
do roteador remetente para um roteador destinatário antes de
transmitir qualquer pacote. Esse caminho é chamado de
circuito virtual.

Protocolos de Roteamento
Como que o pacote consegue saber qual caminho tomar?
1 Basicamente, cada roteador mantém uma tabela dos
roteadores para os quais ele poderá repassar os pacotes e deve
existir algum controle para que seja atualizado esta tabela
para que tenha preferencialmente rotas que estejam menos
congestionadas e que também tenha um controle para que,
caso uma rota esteja quebrada, ser atualizada para que os
pacotes não tomem esse caminho.
2 Para servi¸cos orientados a conexão, a ideia de criar um
circuito virtual é evitar que sempre que um pacote for
enviado, escolha outra rota além da estabelecida. Esta rota
faz parte da configura¸cão da conexão e armazena os valores
em cada roteador e cada pacote possui um identificador para
poder saber a qual caminho virtual este pacote pertence.

Algoritmos de Roteamento I
Um pacote para ser enviado do computador para outro:
1 Passa primeiramente por um roteador mais próximo.
2 O pacote é guardado nesse roteador até chegar nele por
completo e é aplicada uma verifica¸cão de erro (checksum), e
3 Se estiver ok será repassado novamente a outro roteador perto
até chegar ao destino.
Este mecanismo é chamado de store-and-forward.
O algoritmo de roteamento é a parte da camada de rede
responsável por decidir qual caminho que um pacote deve seguir.
Existe uma diferen¸ca entre (rotemento) a decisão de qual rota
tomar (roteamento) e forward (repassagem de um roteador a outro
no momento que um pacote chega).
O estudos desses algoritmos são as áreas de mais pesquisa dentro
dos projetos da camada de rede.

Algoritmos de Roteamento II
Os bons algoritmos de roteamento precisam ser corretos, simples,
robustos, estáveis, justos e ótimos. Com base nisso, podem ser
agrupadas em duas classes:
Algoritmos não adaptativos - Têm a caracter´ıstica de que as
suas decisões de roteamento não estão baseadas em medidas
ou estimativas do tráfego atual e da topologia. Ao invés disso,
a escolha da rota para ser usada é computada anteriormente e
copiada para os roteadores assim que as redes são iniciadas.
Algoritmos adaptativos - As decisões de roteamento refletem
mudan¸cas na topologia da rede e no tráfego de dados. Os
algoritmos dessa classe diferem entre si em como pegar as suas
informa¸cões (ex.: localmente, pelos roteadores adjacentes, por
todos roteadores), qual medida usada para optimiza¸cão (ex.:
distância, número de roteadores intermediários, ou estimativas
de tempo de tramita¸cão de pacotes) e como estes trocam as
rotas (a cada segundo, ou quando a topologia muda).

Interliga¸cão de Redes
Podemos observar abaixo diferentes redes interconectadas. Temos
uma rede ATM (Assynchronous Transfer Mode), um backbone de
fibra ótica FDDI (Fiber Distributed Data Interface), uma rede de
mainframes SNA (Systems Network Architecture) da IBM, uma
rede sem fio 802.11 e uma rede ethernet com sa´ıda para a Internet.
Pontes, Roteadores e Switches são os equipamentos principais
utilizados para interconectar redes.

Pontes (Bridges) I
São equipamentos que atuam na Camada de Enlace responsável
por fornecer servi¸cos de controle de fluxo, deteçcão e corre¸cão de
erros e endere¸camento f´ısico.
Funcionam como filtros, repetindo apenas os pacotes que são
destinados aos computadores que não perten¸cam ao mesmo
segmento de redes dos computadores de origem.
Deste modo, isolam o tráfego interno de cada segmento de rede
melhorando seu desempenho.
As pontes permitem interconexão de segmento de redes de tipos
diferentes (Ethernet com FDDI, Ethernet com SNA, Ethernet com
Token Ring) ou redes de tecnologias similares (Ethernet com
Ethernet, Token Ring com Token Ring) chamadas pontes
transparentes.

Pontes (Bridges) II
Pontes são vantajosas quando se divide grandes redes em
segmentos gerenciáveis. Dentre as diversas vantagens, citamos:
Pontes isolam áreas de redes espec´ıficas, deixando-as menos
expostas aos maiores problemas de rede;
Filtragem regula o tráfego que é repassado para segmentos
espec´ıficos;
Pontes permitem comunica¸cão entre mais dispositivos de
inter-redes que seriam suportadas em uma única LAN
conectada a uma ponte;
Uso de ponte elimina a limita¸cão de nó. O tráfego local de
rede não é passado à todas as redes conectadas;
Pontes permitem a conexão de esta¸cões distantes, que
acarreta o aumento do número de conexões de uma rede;
Pontes são fáceis de instalar e dar manuten¸cão.

Roteadores (Routers)
Atuam na Camada de Rede utilizados para interconexão de redes
que utilizam a mesma camada de transporte, porém camadas de
rede diferentes.
Também possuem papel de filtros, mas trabalhando em uma
camada acima do que as bridges.
As redes conectadas por pontes possuem segmentos f´ısicos
separados, porém são como uma grande rede. As pontes assumem
que o nodo destino de um frame é ating´ıvel diretamente, sem
nodos intermediários, uma vez que o n´ıvel de enlace não tem
conhecimento de inter-redes.
Já os roteadores oferecem muito mais flexibilidade no tráfego do
fluxo. Redes facilmente podem ser divididas em grupos distintos,
utilizando para isso conven¸cões de endere¸camento.

Hub
Opera na Camada F´ısica com a fun¸cão de interligar os
computadores de uma rede local.
Recebe dados vindos de um computador e os transmite às outras
máquinas. Este equipamento na verdade é apenas um ampliador
de sinal para que todos os computadores ligados a ele consigam se
comunicar.
Caso o cabo de uma máquina seja desconectado ou apresente
algum defeito, a rede não deixa de funcionar, pois é o Hub que a
“sustenta”.

Protocolo IP I
Cabe¸calho IP I
IP é um acrônimo para a expressão inglesa “Internet Protocol”(ou
Protocolo de Internet), que é um dos protocolos mais populares
usado entre duas máquinas em rede para encaminhamento dos
dados.
Os dados numa rede IP são enviados em blocos referidos como
pacotes ou datagramas. Em particular, no IP nenhuma defini¸cão é
necessária antes do host tentar enviar pacotes para um host com o
qual não comunicou previamente.
O IP oferece um servi¸co de datagramas não confiável, ou seja, o
pacote vem quase sem garantias. Os pacotes podem chegar
desordenados, duplicados, ou podem ser perdidos por inteiro. Se a
aplica¸cão precisa de confiabilidade, esta é adicionada na camada
de transporte.

Protocolo IP II
Cabe¸calho IP II

Protocolo IP III
Cabe¸calho IP III

Protocolo IP IV
Endere¸camento IP
O endere¸co IP, de forma genérica, pode ser considerado como um
conjunto de números que representa o local de um determinado
equipamento (normalmente computadores) em uma rede privada
ou pública.
Para um melhor uso dos endere¸cos de equipamentos em rede pelas
pessoas, utiliza-se a forma de endere¸cos de dom´ınio. Cada
endere¸co de dom´ınio é convertido em um endere¸co IP pelo DNS
(Domain Name Service).
Exemplo
Endere¸co do Dom´ınio: www.fis.ufba.br
Endere¸co de IP: 192.188.11.80
Este processo de conversão é conhecido como resolu¸cão de nomes
de dom´ınio.

Outros Protocolos de Controle da Internet
ICMP
ICMP (Internet Control Message Protocol), é integrante do
Protocolo IP, e utilizado para fornecer relatórios de erros à fonte
original.
Qualquer computador que utilize IP precisa aceitar as mensagens
ICMP e alterar o comportamento em resposta ao erro relatado.
As mensagens ICMP geralmente são enviadas automaticamente em
uma das seguintes situa¸cões:
Um pacote IP não consegue chegar ao seu destino;
O Gateway não consegue retransmitir os pacotes na
freqüência adequada;
O Roteador indica uma rota melhor para enviar pacotes.
Ferramentas baseadas nesse protocolo são: Ping e Tracert

Protocolos de Controle da Internet
ARP
O ARP (Address Resolution Protocol) faz companhia ao IP e ao
ICMP, oferecendo uma forma simples de descobrir o endere¸co
MAC de um determinado host, a partir do seu endere¸co IP.
A esta¸cão manda um pacote de broadcast (chamado “ARP
Request”), contendo o endere¸co IP do host destino e ele responde
com seu endere¸co MAC.
Como os pacotes de broadcast são custosos em termos de banda
da rede, cada esta¸cão mantém um cache com os endere¸cos
conhecidos.

Protocolos de Controle da Internet
DHCP
Numa rede local, é poss´ıvel usar um servidor DHCP (Dynamic
Host Configuration Protocol) para fornecer as configura¸cões da
rede para os micros, que fornece para ele toda a configura¸cão da
rede de forma automática, de forma que você não precise ficar
configurando os endere¸cos manualmente em cada um.
Os modems ADSL que podem ser configurados como roteadores
quase sempre incluem a op¸cão de ativar o servidor DHCP. Ao
receber o pacote, o servidor DHPC usa o endere¸co MAC do cliente
para enviar para ele um pacote especial, contendo seu endere¸co IP.
Todos os provedores de acesso discado usam servidores DHCP para
fornecer dinamicamente endere¸cos IP aos usuários, pois o provedor
possui uma quantidade de endere¸co IP válidos pois trabalham
sobre a perspectiva de que nem todos acessarão ao mesmo tempo.

Questões relacionadas a camada de transporte
A camada de Transporte é responsável por pegar os dados
enviados pela camada de Sessão e dividi-los em pacotes que serão
repassados para a camada de rede (ou, inversamente, pegar os
pacotes recebidos da camada de Rede e remontar o dado original
para enviá-lo à camada de sessão).
A camada de Transporte faz a liga¸cão entre as camadas de n´ıvel de
aplica¸cão (5 a 7), que estão preocupados com os dados contidos
nos pacotes, enviando (ou entregando) para a aplica¸cão
responsável, e as de n´ıvel f´ısico (1 a 3), que estão preocupadas
com a maneira com que os dados serão transmitidos pela rede.
Ela visa prover o transporte econômico e confiável de dados,
independente da rede f´ısica ou em uso. Isso inclui controle de
fluxo, ordena¸cão dos pacotes e corre¸cão de erros, enviando para o
transmissor uma informa¸cão de recebimento do pacote.

Protocolo TCP
O TCP (acrônimo para o inglês Transmission Control Protocol) é
um protocolo do n´ıvel da camada de transporte é sobre o qual
assentam a maioria das aplica¸cões de redes, como o SSH, FTP,
HTTP e, portanto, a World Wide Web.
O TCP é um dos protocolos mais importantes da Internet nos dias
de hoje. A versatilidade e robustez deste protocolo tornou-o
adequado para redes globais, já que este verifica se os dados são
enviados de forma correta, na seqüência apropriada e sem erros,
pela rede.

Protocolo TCP
Caracter´ısticas Técnicas
O protocolo TCP especifica três fases durante uma conexão:
estabelecimento da liga¸cão, transferência e término de liga¸cão.
Figura: Diagrama de estabelecimento e término da sessão TCP, feitos em 3 e 4 passos, respectivamente
Também são inicializados alguns parâmetros, como o Sequence
Number (número de seqüência) para garantir a entrega ordenada e
robustez durante a transferência.

Protocolo TCP I
Orientado à conexão - A aplica¸cão envia um pedido de
conexão para o destino e usa a “conexão”para transferir
dados.
Ponto a ponto - Uma conexão TCP é estabelecida entre dois
pontos.
Confiabilidade - O TCP usa várias técnicas para proporcionar
uma entrega confiável dos pacotes de dados permitindo a
recupera¸cão de pacotes perdidos, a elimina¸cão de pacotes
duplicados, a recupera¸cão de dados corrompidos, e pode
recuperar a liga¸cão em caso de problemas no sistema e na
rede.
Full duplex - É poss´ıvel a transferência simultânea em ambas
dire¸cões (cliente-servidor) durante toda a sessão.

Protocolo TCP II
Handshake - Mecanismo de estabelecimento e finaliza¸cão de
conexão, o que permite a autentica¸cão e encerramento de
uma sessão completa garantindo que, no final da conexão,
todos os pacotes foram bem recebidos.
Entrega ordenada - A aplica¸cão faz a entrega ao TCP de
blocos de dados com um tamanho arbitrário num fluxo (ou
stream) de dados. O TCP parte estes dados em segmentos de
tamanho especificado pelo valor MTU (Maximum Transfer
Unit) e garante a reconstru¸cão do stream no destinatário
mediante os números de sequência em que os pacotes foram
ordenados.

Protocolo TCP III
Controle de fluxo - O TCP usa a janela (ou window) para
controlar o fluxo. O receptor, à medida que recebe os dados,
envia mensagens ACK (=Acknowledgement), confirmando a
recep¸cão de um segmento; também estas mensagens podem
especificar o tamanho máximo do buffer (armazenamento
temporário de dados) na janela, determinando a quantidade
máxima de bytes aceita por ele. O transmissor pode transmitir
segmentos com um número de bytes que deverá estar
confinado ao tamanho da janela permitido, isto é, o menor
valor entre sua capacidade de envio e a capacidade informada
pelo receptor.

Protocolo TCP
Portas e Servi¸cos
O TCP introduz o conceito de porta associado a um servi¸co
(camada aplica¸cão). Assim, cada um dos computadores na
conexão dispõe de uma porta associada (um valor de 16 bits).
Alguns servi¸cos (que fazem uso de protocolos espec´ıficos) são
acess´ıveis em portas fixas, com uma numera¸cão conhecida (do 1 ao
1023). Além destas, existem ainda duas gamas de portas:
registradas e privadas (ou dinâmicas):
As portas registradas são atribu´ıdas pela Internet Assigned
Numbers Authority (IANA) e são utilizados por processos
(aplica¸cões) com direitos de sistema ou super-utilizador em
servi¸cos triviais, como HTTP, SSH, FTP, etc.
As portas privadas seguem regras de atribui¸cão espec´ıficas do
sistema operacional e serve para abrir liga¸cões a outras
máquinas, como por exemplo acessar a web.

Protocolo UDP
O UDP é um acrônimo do termo inglês User Datagram Protocol
que significa Protocolo de Datagramas de Utilizador. O UDP faz a
entrega de mensagens independentes, dando às aplica¸cões acesso
direto ao servi¸co de entrega de datagramas, como o servi¸co de
entrega que o IP dá.
O UDP é pouco confiável, sendo um protocolo não orientado para
conexão. Nele não há técnicas no protocolo para confirmar que os
dados chegaram ao destino corretamente. As entregas podem ser
feitas fora de ordem ou até perdidas.

Protocolo UDP
Diferen¸ca básica entre UDP e TCP
O TCP é um protocolo orientado à conexão, que inclui vários
mecanismos para iniciar e encerrar a conexão, negociar
tamanhos de pacotes e permitir a retransmissão de pacotes
corrompidos. No TCP tudo isso é feito com muito cuidado,
para garantir que os dados realmente cheguem inalterados,
apesar de todos os problemas que possam existir na conexão.
O lema é “transmitir com seguran¸ca”.
O UDP por sua vez é feito para transmitir dados pouco
sens´ıveis, como streaming de áudio e v´ıdeo. No UDP não
existe checagem de nada, nem confirma¸cão alguma. Os dados
são transmitidos apenas uma vez, incluindo apenas um frágil
sistema de verifica¸cão de erros. Os pacotes que cheguem
corrompidos são simplesmente descartados, sem que o emissor
sequer saiba do problema. A ideia é “transmitir dados com o
maior desempenho poss´ıvel”.

Vantagens do uso do UDP
Apesar da pressa, o UDP tem seus méritos:
Velocidade de processamento;
Utiliza¸cão por aplica¸cões que encaixam num modelo de
pergunta-resposta. A resposta pode ser usada como
reconhecimento positivo para a pergunta. Se uma resposta
não chega num per´ıodo de tempo estipulado, a aplica¸cão
envia outra pergunta.
Utiliza¸cão por em aplica¸cões que usam as suas técnicas para
entregas confiáveis de dados que não necessitam do servi¸co
dos protocolos da camada de transporte. Estes são
implementados em processos.
Em resumo, o UDP é um protocolo de transporte que presta um
servi¸co de comunica¸cão não orientado a conexão e sem garantia de
entrega. Portanto, as aplica¸cões que utilizam este tipo de protocolo
devem ser as responsáveis pela recupera¸cão dos dados perdidos.

Camada de Sessão
A camada de Sessão permite que duas aplica¸cões em
computadores diferentes estabele¸cam uma sessão de comunica¸cão.
Nesta se¸cão, essas aplica¸cões definem como será feita a
transmissão de dados e coloca marca¸cões nos dados que estão
sendo transmitidos. Se porventura a rede falhar, os computadores
reiniciam a transmissão dos dados a partir da última marca¸cão
recebida pelo computador receptor.

Camada de Apresenta¸cão
A camada de Apresenta¸cão converte o formato do dado recebido
pela camada de Aplica¸cão em um formato comum a ser usado na
transmissão desse dado, ou seja, um formato entendido pelo
protocolo usado.
Pode ter outros usos, como compressão de dados e criptografia:
A compressão de dados pega os dados recebidos da camada
de aplica¸cão e os comprime (inversamente, no receptor ela
descompacta esses dados). A transmissão dos dados torna-se
mais rápida, já que haverá menos dados a serem transmitidos.
Para aumentar a seguran¸ca, pode-se usar algum esquema de
criptografia neste n´ıvel (os dados serão decodificados no
dispositivo receptor).

Camada de Aplica¸cão I
A camada de aplica¸cão faz a interface entre o protocolo de
comunica¸cão e o aplicativo que pediu ou receberá a informa¸cão
através da rede.
Mesmo esta camada necessita de protocolos para que possa, de
uma forma padronizada, fazer uma comunica¸cão entre duas
aplica¸cões.
Segue abaixo exemplos de aplicativos de rede que existem na
camada de aplica¸cão:
DNS (Domain Name System) - Sistema de gerenciamento de
nomes hierárquico e distribu´ıdo que resolve nomes de
servidores em endere¸cos de rede (IPs).

Camada de Aplica¸cão II
E-mail (Correio Eletrônico) - Método que permite compor,
enviar e receber mensagens através de sistemas eletrônicos de
comunica¸cão. São baseados tanto no protocolo SMTP, como,
em sistemas conhecidos como intranets, que permitem a troca
de mensagens dentro de uma empresa ou organiza¸cão, são,
normalmente, baseados em protocolos proprietários.
A World Wide Web (Rede de Alcance Mundial) - Rede de
computadores na Internet que fornece informa¸cão em forma
de hiperm´ıdia, como v´ıdeos, sons, hipertextos e figuras.

Camada de Aplica¸cão III
Multim´ıdia - Combina¸cão, controlada por computador, de pelo
menos um tipo de média estático (texto, fotografia, gráfico),
com pelo menos um tipo de média dinâmico (v´ıdeo, áudio,
anima¸cão). Refere-se portanto a tecnologias com suporte
digital para criar, manipular, armazenar e pesquisar conteúdos.
Um dos servi¸cos que têm se tornado popular é a webTV, que é a
conversão do conteúdo da televisão com o conteúdo da internet,
isto é, o sinal da televisão sendo recebido via internet. Desta forma
é poss´ıvel que o telespectador possa interagir, dando sua opinião,
votando, efetuando compras, dentre outras coisas.

Internet e Padroniza¸cão de Redes
Padroniza¸cão pode acontecer simplesmente por ter acontecido (por
exemplo, os computadores pessoais da IBM simplesmente se
tornaram padrão do mercado porque muitos fabricantes
come¸caram a produzir computadores semelhantes ao do IBM). A
outra forma é por formaliza¸cão adotado por algum órgão
autorizado para elaborar as padroniza¸cões.
Padroniza¸cões Internacionais
ITU ( International Telecommunication Union)
ISO (International Standards Organization)
IEEE (Institute of Electrical and Eletronics Engineers)
Padroniza¸cões da Internet
Internet Society
IETF (Internet Engineering Task Force)

Referências
CDTC - Centro de Difusão de Tecnologia e Conhecimento,
Introdu¸cão a Redes de Computadores, ITI - Instituto Nacional
de Tecnologia da Informa¸cão, Governo Federal do Brasil
(2006).
Wikipédia, a enciclopédia livre: https:
//pt.wikipedia.org/wiki/Rede_de_computadores.
Liane M. R. Tarouco, Redes de Computadores Locais e de
Longa Distância, McGraw-Hill (1986).

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