SumrioCaptulo 2 Comunicando-se pela rede...............................................................................................6 A plataforma para a comunicao........................................................................................................8 Os elementos da comunicao.........................................................................................................8 Comunicando as mensagens............................................................................................................9 Os componentes da rede................................................................................................................13 Dispositivos finais e seu papel na rede..........................................................................................17 Dispositivos intermedirios e seu papel na rede............................................................................18 Meio fsico da rede........................................................................................................................21 LANs, WANs e Redes Interconectadas..............................................................................................25 Redes de rea local........................................................................................................................25 Redes de longa distncia................................................................................................................26 Internet Uma rede de redes.........................................................................................................27 Representaes de rede..................................................................................................................29 Protocolos...........................................................................................................................................31 Regras que regem as comunicaes...............................................................................................31 Protocolos de rede..........................................................................................................................35 A interao de protocolos..............................................................................................................41 Protocolos de tecnologia independente..........................................................................................45 Usando o modelo de camadas............................................................................................................49 Os benefcios de se usar um modelo de camadas..........................................................................49 Modelos de protocolo e de referncia............................................................................................52 O modelo TCP/IP...........................................................................................................................53 O processo de comunicao...........................................................................................................54 Unidades de dados de protocolo e encapsulamento.......................................................................56 Processo de envio e recebimento...................................................................................................57 O modelo OSI................................................................................................................................59 Comparando o modelo OSI com o modelo TCP/IP......................................................................67 Endereamento de rede.......................................................................................................................69 Endereando a rede........................................................................................................................69 Obtendo os dados para o dispositivo final.....................................................................................71 Obtendo os dados atravs da rede..................................................................................................72 Obtendo os dados da aplicao correta..........................................................................................73 Resumo...............................................................................................................................................75 Captulo 3 - Funcionalidades e protocolos da camada de aplicao..................................................76 Introduo......................................................................................................................................76 O modelo OSI e TCP/IP................................................................................................................80 Software da camada de aplicao..................................................................................................83 Aplicaes que Detectam Redes...............................................................................................83 Servios da camada de Aplicao.............................................................................................84 Aplicaes de usurios, servios e protocolos de aplicao..........................................................87 Funes dos protocolos da camada de aplicao...........................................................................88 O modelo cliente/servidor..............................................................................................................90 Servidores......................................................................................................................................92 Protocolos e servios da camada de aplicao...............................................................................94 1

Redes e aplicaes no-hierrquicas (P2P)...................................................................................95 O Modelo No-Hierrquico......................................................................................................95 Redes No-Hierrquicas............................................................................................................95 Aplicaes No-Hierrquicas....................................................................................................96 Servios e protocolos DNS............................................................................................................97 DNS...............................................................................................................................................98 O servio WWW e HTTP............................................................................................................104 Servidor de e-mail e protocolos SMTP e POP............................................................................110 FTP...............................................................................................................................................114 DHCP...........................................................................................................................................115 Servios de compartilhamento de arquivos e o protocolo SMB..................................................118 Resumo e reviso.........................................................................................................................128 Perguntas e respostas...................................................................................................................131 Captulo 4 - Camada de transporte OSI............................................................................................137 Introduo....................................................................................................................................137 Objetivos. ....................................................................................................................................137 Funes da camada de transporte................................................................................................144 Propsito da camada de transporte..........................................................................................144 Rastreamento de Conversaes Individuais.......................................................................144 Segmentao de Dados.......................................................................................................145 Reagrupamento de Segmentos...........................................................................................145 Identificao das Aplicaes..............................................................................................145 As Necessidades de Dados Variam.........................................................................................146 Separao de Mltiplas Comunicaes...................................................................................147 O controle das conversaes........................................................................................................150 Estabelecimento de uma Sesso.........................................................................................151 Entrega Confivel...............................................................................................................151 Entrega na Mesma Ordem..................................................................................................152 Controle de Fluxo...............................................................................................................152 Suporte de comunicao confivel..............................................................................................153 Determinao da Necessidade de Confiabilidade..............................................................153 TCP e UDP..................................................................................................................................154 Protocolo UDP (User Datagram Protocol).........................................................................155 Protocolo TCP....................................................................................................................155 Endereamento de porta...............................................................................................................156 Identificao de Conversaes................................................................................................156 Utilizao do TCP e do UDP..................................................................................................163 Portas TCP..........................................................................................................................163 Portas UDP.........................................................................................................................163 Portas TCP e UDP..............................................................................................................165 Segmentao e reagrupamento................................................................................................167 O TCP e o UDP Lidam com a Segmentao de Maneira Diferente..................................167 Protocolo TCP Comunicando com confiabilidade...................................................................168 Tornando as conversaes confiveis.....................................................................................168 Processos TCP em servidores......................................................................................................169 Estabelecimento e trmino de conexes TCP..............................................................................170 Finalizando conexo TCP (Etapa 1/4)................................................................................173 Finalizando conexo TCP (Etapa 2/4)................................................................................173 Finalizando conexo TCP (etapa 3 / 4 ).............................................................................177 Finalizando conexo TCP (etapa 4 / 4 ).............................................................................178 2

Handshake triplo TCP..................................................................................................................178 Etapa 1................................................................................................................................178 Etapa 2................................................................................................................................179 Etapa 3................................................................................................................................183 Encerramento de sesso TCP.......................................................................................................184 Reagrupamento de segmentos TCP.............................................................................................187 Refazendo o Sequenciamento de Segmentos na Ordem Transmitida.....................................187 Confirmao de Recebimento de Segmentos..........................................................................188 Retransmisso TCP......................................................................................................................190 Retransmisso 1 de 5..........................................................................................................191 Retransmisso 2 de 5..........................................................................................................191 Retransmisso 3 de 5..........................................................................................................192 Retransmisso 4 de 5..........................................................................................................193 Retransmisso 5 de 5..........................................................................................................193 Controle de congestionamento TCP : minimizando a perda de segmentos.................................194 Controle de Fluxo....................................................................................................................194 Reduo do Tamanho de Janela..............................................................................................195 Protocolo UDP.............................................................................................................................196 UDP Baixo overhead versus confiabilidade........................................................................196 Reagrupamento de datagramas UDP......................................................................................197 Solicitaes UDP e processos de servidores...........................................................................198 Processos de cliente UDP.......................................................................................................201 Parte 1 de 4 : Solicitar portas de destino............................................................................202 Parte 2 de 4 : Solicitar portas de origem............................................................................202 Parte 3 de 4 : Responder portas de destino.........................................................................202 Parte 4 de 4 : Responder portas de origem.........................................................................203 Captulo 5 - Camada de rede OSI.....................................................................................................204 Introduo....................................................................................................................................204 IPv4..............................................................................................................................................208 Comunicao Host a Host.......................................................................................................208 Endereamento...................................................................................................................208 Encapsulamento..................................................................................................................208 Roteamento.........................................................................................................................208 Desencapsulamento............................................................................................................209 Protocolos da Camada de Rede..........................................................................................212 O Papel do IPv4..................................................................................................................215 Servio sem conexo..........................................................................................................218 Servio de Melhor Esforo (no confivel).......................................................................220 Independente do Meio Fsico.............................................................................................222 Empacotando a PDU da camada de transporte.......................................................................224 Cabealho de pacote Ipv4.......................................................................................................230 Campos-Chave do Cabealho IPv4....................................................................................230 Outros Campos do Cabealho IPv4....................................................................................233 Pacote IP Tpico.................................................................................................................234 Redes Dividindo hosts em grupos............................................................................................235 Separando hosts em grupos comuns.......................................................................................235 Dividindo Redes.................................................................................................................235 Agrupando Hosts Geograficamente...................................................................................239 Agrupando Hosts por Finalidades Especficas...................................................................241 Agrupando Hosts por Propriedade.....................................................................................242 3

Porque Hosts divididos em redes ? Desempenho...................................................................243 Melhorando o Desempenho ...............................................................................................243 Por que hosts divididos em redes ? Segurana........................................................................245 Por que hosts divididos em redes ? Gerenciamento de endereos..........................................247 Como separar os hosts em redes ? Gerenciamento hierrquico..............................................250 Dividindo as Redes Redes de redes.....................................................................................253 Roteamento como nossos pacotes so gerenciados ?...............................................................257 Parmetros de dispositivos Suportando a comunicao fora da rede..................................257 Pacotes IP Transportando dados de uma extremidade a outra.............................................258 Gateway : a sada da rede........................................................................................................264 Uma rota : um caminho para uma rede...................................................................................267 Tabela de Roteamento dos Hosts.......................................................................................271 A rede de destino.....................................................................................................................273 O prximo salto: para aonde vai o pacote em seguida ?.........................................................277 Encaminhamento de pacotes : levando o pacote ao seu destino.............................................279 Encaminhamento de pacotes Levando pacotes ao seu destino............................................286 Protocolos de roteamento : como as rotas so aprendidas...........................................................287 Protocolos de roteamento : compartilhamento de rotas..........................................................287 Roteamento esttico................................................................................................................288 Roteamento dinmico.............................................................................................................293 Resumo........................................................................................................................................296 Captulo 6 Endereamento de rede IPv4.......................................................................................299 Captulo 6 - Endereamento da rede............................................................................................299 Introduo...............................................................................................................................299 Anatomia de um endereo IPv4 .............................................................................................300 Conhea os nmeros: converso de binrio para decimal......................................................304 Conhea os nmeros : converso de decimal para binrio.....................................................309 Endereos para propsitos diferentes..........................................................................................316 Tipos de endereos em uma rede IPv4 ...................................................................................316 Clculo do endereo de rede, host e broadcast.......................................................................325 Unicast, broadcast e multicast.................................................................................................327 Intervalo de endereo IP reservado.........................................................................................332 Endereos pblicos e privados................................................................................................334 Endereos IPv4 especiais........................................................................................................336 Histrico de endereamento IPv4...........................................................................................339 Atribuio de endereos...............................................................................................................342 Planejamento de endereamento de rede................................................................................342 Atribuio de endereos para outros dispositivos...................................................................350 Quem designa endereos diferentes ?.....................................................................................352 Provedores de internet.............................................................................................................354 Viso geral do Ipv6.................................................................................................................358 Mascara de sub-rede................................................................................................................360 AND O que h na nossa rede ?............................................................................................363 O processo AND.....................................................................................................................368 Criao de sub-rede bsica......................................................................................................368 Criao de sub-redes: subdiviso no tamanho certo...............................................................375 Sub-redes de sub-redes............................................................................................................381 Teste da camada de rede..............................................................................................................404 Ping 127.0.0.1 Testando a pilha local..................................................................................404 Ping para gateway...................................................................................................................405 4

Ping para host remoto. Teste de conectividade em LAN remota............................................406 ICMPv4 Protocolo de testes e mensagens de suporte..........................................................408 Captulo 7 - Camada de Enlace........................................................................................................412 Introduo....................................................................................................................................412 Acesso ao meio (mdia)...............................................................................................................414 Servios de suporte Conexo para a camada superior.........................................................414 Acesso da Camada Superior ao Meio.....................................................................................415 Controle de transferncia atravs do meio local..........................................................................418 A criao de um quadro..........................................................................................................419 Formatao dos Dados para Transmisso...............................................................................420 Conexo de servios da camada superior ao meio..................................................................421 Sub-camadas de Enlace de Dados...........................................................................................422 Camada de enlace padres...................................................................................................423 Tcnicas de controle de acesso ao meio......................................................................................426 Colocando os dados no meio..................................................................................................426 Controle de acesso ao meio compartilhado.............................................................................427 Controle de acesso ao meio no-compartilhado......................................................................431 Topologia lgica e topologia fsica.........................................................................................433 Topologia ponto a ponto.........................................................................................................434 Topologia multi-acesso...........................................................................................................436 Topologia em anel...................................................................................................................437 Controle de acesso ao meio endereamento e enquadramento de dados..................................438 Protocolo camada de enlace quadro.....................................................................................438 Enquadramento a funo do cabealho................................................................................439 Endereamento Para aonde o quadro vai.............................................................................440 Enquadramento o papel do trailer........................................................................................441 Protocolos da camada de enlace o quadro............................................................................443 Protocolo Ethernet para LANs................................................................................................444 Point-to-Point Protocol para WANs.......................................................................................446 Conectando tudo..........................................................................................................................450 Seguindo dados atravs da rede..............................................................................................450 Resumo e reviso.........................................................................................................................459

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Captulo 2 Comunicando-se pela rede.Cada vez mais, so as redes que nos conectam. As pessoas utilizam a comunicao on-line de todos os lugares. A tecnologia eficiente e confivel permite que as redes estejam disponveis quando e onde precisamos delas. Assim como nossa rede humana continua a se expandir, a plataforma que nos conecta e suporta tambm deve crescer. Ao invs de desenvolver sistemas nicos e separados para fornecer cada novo servio, a indstria de redes, como um todo, desenvolveu meios para analisar a plataforma existente e aprimor-la de maneira crescente. Isso garante que as comunicaes existentes sejam mantidas enquanto novos servios tecnologicamente seguros e de custo efetivo so introduzidos. Neste curso, o foco ser nesses aspectos de rede de informaes: Os dispositivos que constituem a rede O meio fsico ou a mdia que conecta os dispositivos As mensagens que so transmitidas pela rede As regras e os processos que regem as comunicaes de rede As ferramentas e comandos para a construo e manuteno de redes O uso de modelos geralmente aceitos que descrevem funes de rede crucial para o estudo de redes. Esses modelos fornecem uma estrutura para o entendimento das redes atuais e facilita o desenvolvimento de novas tecnologias para suportar futuras necessidades de comunicao. Neste curso, utilizamos esses modelos, bem como ferramentas elaboradas para analisar e simular a funcionalidade de rede. Duas das ferramentas que o permitiro construir e interagir com redes simuladas so o software Packet Tracer 4.1 e o Wireshark analisador de protocolo de rede. Este captulo o prepara para: Descrever a estrutura de uma rede, incluindo os dispositivos e meios necessrios para a comunicao com xito. Explicar a funo de protocolos em comunicao de rede. Explicar as vantagens de se usar um modelo em camadas para descrever a funcionalidade de rede. Descrever o papel de cada camada em dois modelos de rede reconhecidos: O modelo TCP/IP e o modelo OSI. Descrever a importncia de se enderear e nomear esquemas em comunicaes de rede.

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A plataforma para a comunicaoOs elementos da comunicaoA comunicao se inicia com uma mensagem, ou informao, que deve ser enviada de um indivduo ou dispositivo a outro. As pessoas trocam idias usando vrios mtodos de comunicao diferentes. Todos esses mtodos possuem trs elementos em comum. O primeiro desses elementos a origem da mensagem, ou remetente. Remetentes de mensagem so pessoas, ou dispositivos eletrnicos, que precisam enviar uma mensagem a outros indivduos ou dispositivos. O segundo elemento de uma comunicao o destino, ou receptor, da mensagem. O destino recebe a mensagem e a interpreta. Um terceiro elemento, chamado de canal, consiste do meio fsico (mdia) que fornece o caminho sobre o qual a mensagem pode viajar da origem ao destino. Considere, por exemplo, o desejo de se comunicar usando palavras, figuras e sons. Cada uma dessas mensagens pode ser enviada por uma rede de dados ou de informao, primeiro, convertendo-as em dgitos binrios, ou bits. Esses bits so, ento, codificados em um sinal que pode ser transmitido pelo meio fsico (mdia) adequado. Em redes de computadores, o meio fsico, ou mdia, geralmente um tipo de cabo, ou transmisso sem fio. O termo rede neste curso ir se referir a redes de dados ou de informao capazes de transmitir vrios tipos de comunicaes diferentes, incluindo dados de computador, voz interativa, vdeo e produtos de entretenimento.

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Comunicando as mensagens

Em teoria, uma nica comunicao, tal como um vdeo ou uma mensagem de e-mail, poderia ser enviada por uma rede de uma origem a um destino como um fluxo de bits massivo e contnuo. Se as mensagens fossem realmente transmitidas dessa maneira, isso significaria que nenhum outro dispositivo seria capaz de enviar mensagens na mesma rede enquanto essa transferncia de dados estivesse em progresso. Esses grandes fluxos de dados resultariam em atrasos considerveis. Alm disso, se um link na infra-estrutura de rede falhar durante a transmisso, toda a mensagem seria perdida e teria de ser retransmitida por completo. Uma melhor abordagem seria dividir os dados em pedaos menores e mais gerenciveis para o envio atravs da rede. Essa diviso do fluxo de dados em pedaos menores chamada de segmentao. Segmentar mensagens gera dois benefcios primrios. Primeiro, ao se enviar pedaos ou partes individuais menores da origem ao destino, vrias conversas diferentes podem ser intercaladas na rede. O processo utilizado para intercalar os pedaos de conversas separadas na rede chamado de multiplexao. Segundo, a segmentao pode aumentar a confiabilidade das comunicaes de rede. Os pedaos separados de cada mensagem no precisam viajar o mesmo caminho pela rede da origem ao destino. Se um caminho especfico se tornar congestionado com trfego de dados ou falhar, pedaos individuais da mensagem ainda podem ser direcionados ao destino usando caminhos alternativos. Se uma parte da mensagem falhar ao ser enviada ao destino, somente as partes perdidas precisam ser retransmitidas.

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Multiplexao

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O aspecto negativo de se utilizar segmentao e multiplexao para transmisso de mensagens por uma rede o nvel de complexidade que agregado ao processo. Imagine se voc tivesse de enviar uma carta de 100 pginas, porm cada envelope envolveria somente uma pgina. O processo de enderear, selar, enviar, receber e abrir todos os cem envelopes consumiria muito tempo tanto para o remetente quanto para o receptor. Em comunicaes de rede, cada segmento da mensagem deve passar por um processo similar para garantir que chegar ao destino correto e que poder ser remontado no contedo da mensagem original. Vrios tipos de dispositivos por toda a rede participam na garantia de que as partes da mensagem chegaro de maneira confivel a seu destino.

Os componentes da rede

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O caminho que uma mensagem faz da origem ao destino pode ser to simples quanto um nico cabo conectando um computador a outro ou to complexo quanto uma rede que literalmente atravessa o globo. Essa infra-estrutura de rede a plataforma que suporta a nossa rede humana. Ela fornece um canal estvel e confivel sobre o qual nossas comunicaes podem ocorrer. Dispositivos e meio fsico (mdia) so os elementos fsicos ou hardware da rede. O hardware geralmente os componentes visveis da plataforma de rede, tais como um laptop, um PC, um switch, ou os cabos usados para conectar os dispositivos. Ocasionalmente, alguns componentes podem no ser to visveis. No caso do meio fsico sem fio, as mensagens so transmitidas pelo ar com a utilizao de freqncia de rdio invisvel ou ondas infravermelhas. Servios e processos so os programas de comunicao, chamados de software, que so executados nos dispositivos conectados rede. Um servio de rede fornece informao em resposta a uma solicitao. Servios incluem muitas das aplicaes de rede comuns que as pessoas usam todos os dias, como servios de hospedagem de e-mail e servios de hospedagem na Internet. Os processos fornecem a funcionalidade que direciona e move as mensagens pela rede. Os processos so menos bvios para ns, mas so cruciais para a operao de rede.

Dispositivos

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Meios fsicos

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Servios

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Dispositivos finais e seu papel na rede

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Os dispositivos de rede que as pessoas so mais familiarizadas so chamados de dispositivos finais. Esses dispositivos formam a interface entre a rede humana e a rede de comunicao. Alguns exemplos de dispositivos finais so: Computadores (estaes de trabalho, laptops, servidores de arquivo, servidores Web) Impressoras de rede Telefones VoIP Cmeras de segurana Dispositivos mveis (tais como scanners de cdigos de barras sem fio, PDAs) No contexto de rede, dispositivos finais so mencionados como hosts. Um dispositivo host pode ser tanto a origem ou o destino de uma mensagem transmitida pela rede. Para distinguir um host de outro, cada host em uma rede identificado por um endereo. Quando um host inicia a comunicao, ele usa o endereo do host de destino para especificar onde a mensagem deve ser enviada. Em redes modernas, um host pode agir como um cliente, um servidor, ou ambos. O software instalado no host determina qual papel ele desempenha na rede. Servidores so hosts que tm software instalado que os permite fornecer informao e servios, como e-mail ou pginas web, a outros hosts na rede. Clientes so hosts que tm software instalado que os permite solicitar e exibir as informaes obtidas do servidor.

Dispositivos intermedirios e seu papel na redeAlm dos dispositivos finais que as pessoas so familiarizadas, as redes contam com dispositivos intermedirios para fornecer conectividade e operar por trs do cenrio para garantir que os dados fluam atravs da rede. Esses dispositivos conectam os hosts individuais rede e podem conectar mltiplas redes individuais para formar uma internetwork (rede interconectada). Exemplos de dispositivos intermedirios de rede so: Dispositivos de Acesso a Rede (Hubs, switches e pontos de acesso sem fio (access points)) Dispositivos de Redes Interconectadas (roteadores) Servidores e Modems de Comunicao Dispositivos de Segurana (firewalls)

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O gerenciamento de dados medida que este flui pela rede tambm um papel dos dispositivos intermedirios. Esses dispositivos usam o endereo de host de destino, em conjunto com as informaes sobre as interconexes de rede, para determinar o caminho que as mensagens devem realizar pela rede. Processos sendo executados nos dispositivos de rede intermedirios desempenham essas funes: Regenerar e retransmitir sinais de dados Manter informao sobre quais caminhos existem pela rede e pela internetwork (rede interconectada) Notificar outros dispositivos sobre erros e falhas de comunicao Direcionar dados por caminhos alternativos quando houver uma falha de link Classificar e direcionar mensagens de acordo com prioridades (QoS) Permitir ou negar um fluxo de dados, com base em configuraes de segurana

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Meio fsico da redeA comunicao atravs de uma rede transmitida em um meio fsico (mdia). O meio fsico fornece o canal sobre o qual a mensagem viaja da origem ao destino. Redes modernas usam basicamente trs tipos de meio fsico para interconectar dispositivos e fornecer o caminho sobre o qual os dados podem ser transmitidos. Esses meios fsicos so: Cabos de fios metlicos Fibras de vidro ou plstico (cabo de fibra ptica) Transmisso sem fio (wireless) A codificao de sinal que deve ocorrer para a mensagem ser transmitida diferente para cada tipo de meio fsico. Em fios metlicos, os dados so codificados em pulsos eltricos que correspondem a padres especficos. Transmisses de fibra ptica contam com pulsos de luz, dentro de cadeias de luz infravermelha ou visvel. Em transmisso sem fio, padres de ondas eletromagnticas representam os vrios valores de bit. Diferentes tipos de meio fsico de rede possuem diferentes caractersticas e benefcios. Nem todos os meios fsicos de rede possuem as mesmas caractersticas e so adequados para o mesmo propsito. Critrios para a escolha de um meio fsico de rede so: 18

A distncia que o meio fsico consegue transmitir um sinal com xito. O ambiente no qual o meio fsico deve ser instalado. A quantidade de dados e a velocidade na qual deve ser transmitido. O custo do meio fsico e da instalao.

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LANs, WANs e Redes InterconectadasRedes de rea localAs infra-estruturas de rede podem variar muito em termos de: Tamanho da rea coberta Nmero de usurios conectados Nmero e tipos de servios disponveis Uma rede individual geralmente se espalha por uma nica rea geogrfica, fornecendo servios e aplicaes a pessoas dentro de uma estrutura organizacional comum, tal como um nico negcio, campus ou regio. Esse tipo de rede chamado de Rede Local (LAN). Uma LAN geralmente administrada por uma nica organizao. O controle administrativo que rege as polticas de segurana e controle de acesso so executados no nvel de rede.

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Redes de longa distnciaQuando uma empresa ou organizao possui locais que so separados por grandes distncias geogrficas, pode ser necessrio usar um provedor de telecomunicaes (TSP) para interconectar as LANs em diferentes locais. Provedores de telecomunicaes operam grandes redes regionais que podem se espalhar a longas distncias. Tradicionalmente, os ISPs transportavam comunicaes de voz e dados em redes separadas. Progressivamente, esses provedores esto oferecendo servios de rede de informao convergida a seus assinantes. Organizaes individuais geralmente alugam conexes atravs de uma rede de provedor de telecomunicaes. Essas redes que conectam LANs em locais separados geograficamente so chamadas de Redes de Longa Distncia (WANs). Embora a organizao mantenha todas as polticas e administrao das LANs em todos os pontos finais da conexo, as polticas dentro da rede do provedor de comunicaes so controladas pelo ISP. As WANs utilizam dispositivos de rede projetados especificamente para fazer as interconexes entre LANs. Por causa da importncia desses dispositivos rede, configurar, instalar e manter esses dispositivos so habilidades essenciais funo da rede de uma organizao.

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LANs e WANs so bastante teis a organizaes individuais. Elas conectam os usurios dentro da organizao. Elas permitem muitas formas de comunicao incluindo troca de e-mails, treinamento corporativo e outros compartilhamentos de recursos.

Internet Uma rede de redesEmbora haja benefcios no uso de uma LAN ou WAN, a maioria de ns precisa se comunicar com um recurso em outra rede, fora de nossa organizao local. Exemplos desse tipo de comunicao incluem: Envio de um e-mail a um amigo em outro pas Acesso a notcias ou produtos em um site Obteno de um arquivo do computador de um vizinho Envio de mensagem instantnea para um parente em outra cidade Acompanhamento do jogo de um time favorito em um celular Redes Interconectadas Uma malha global de redes interconectadas (internetworks) atendem essas necessidades de comunicao humana. Algumas dessas redes interconectadas so de propriedade de grandes 22

organizaes pblicas e privadas, tais como agncias governamentais ou empresas industriais, e so reservadas a seu uso exclusivo. A rede interconectada mais conhecida e amplamente utilizada e publicamente acessvel a Internet. A A Internet criada por uma interconexo de redes pertencentes a Provedores de Internet (ISPs). Essas redes de ISPs conectam-se umas com as outras para fornecer acesso a milhes de usurios por todo o mundo. Garantir uma comunicao efetiva por essa infra-estrutura diversa exige a aplicao de tecnologias e protocolos consistentes e comumente reconhecidos, bem como a cooperao de muitas agncias de administrao de rede. Intranet O termo intranet geralmente usado para se referir a uma conexo privada de LANs e WANs que pertence a uma organizao, e elaborada para ser acessvel somente pelos membros da organizao, funcionrios ou outros com autorizao. Nota: Os termos a seguir podem possivelmente ser trocados: redes interconectadas, rede de dados e rede. Uma conexo de duas ou mais redes de dados forma uma rede interconectada (internetwork) uma rede de redes. Tambm comum referir-se a uma rede interconectada como uma rede de dados ou simplesmente como rede ao considerar comunicaes a um alto nvel. O uso de termos depende do contexto no momento e os termos podem ser freqentemente trocados.

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Representaes de redeAo se transmitir informaes complexas, tais como a conectividade de rede e operao de uma grande rede interconectada, til utilizar representaes visuais e grficos. Como qualquer outro idioma, o idioma de networking utiliza um conjunto comum de smbolos para representar os dispositivos finais diferentes, dispositivos de rede e meio fsico. A capacidade de reconhecer as representaes lgicas dos componentes fsicos de networking crucial para se permitir visualizar a organizao e operao de uma rede. Por todo este curso e laboratrios, voc aprender como esses dispositivos operam e como desempenhar tarefas bsicas de configurao nesses dispositivos. Alm dessas representaes, terminologia especfica usada ao se discutir como cada um desses dispositivos e meio fsico conectam-se uns aos outros. Termos importantes para se lembrar so: Placa de Interface de Rede - Uma NIC, ou adaptador LAN, fornece a conexo fsica rede no PC ou outro dispositivo host. O meio fsico conecta diretamente o PC ao conector do dispositivo de rede na NIC.

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Porta Fsica - Um conector ou sada em um dispositivo de rede onde o meio fsico conectado a um host ou outro dispositivo de rede. Interface - Portas especficas em um dispositivo de rede que conecta redes individuais. Porque os roteadores so usados para interconectar redes, as portas em um roteador so chamadas de interfaces de rede.

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ProtocolosRegras que regem as comunicaesToda comunicao, face-a-face ou por uma rede, regida por regras pr-determinadas chamadas de protocolos. Esses protocolos so especficos s caractersticas da conversao. Em nossa comunicao pessoal diria, as regras que utilizamos para nos comunicarmos atravs de um meio, como uma ligao telefnica, no so necessariamente as mesmas que os protocolos usam, tais como enviar uma carta. Pense como vrias regras ou protocolos diferentes regem todos os mtodos diferentes de comunicao que existem no mundo hoje. A comunicao com sucesso entre hosts em uma rede exige a interao de muitos protocolos diferentes. Um grupo de protocolos inter-relacionados necessrio para desempenhar uma funo de comunicao chamado de conjunto de aplicaes de protocolos. Esses protocolos so implementados em software e hardware que so carregados em cada host e dispositivo de rede. Uma das melhores formas de se visualizar como todos os protocolos interagem em um host especfico visualiz-lo como uma pilha. Uma pilha de protocolo mostra como os protocolos individuais dentro do conjunto so implementados no host. Os protocolos so visualizados como uma hierarquia de camadas, com cada nvel de servio superior dependendo da funcionalidade definida pelos protocolos mostrados nos nveis inferiores. As camadas inferiores da pilha so relacionadas ao movimento de dados pela rede e fornecimento de servios s camadas superiores, que so focadas no contedo da mensagem sendo enviada e na interface de usurio. Usando camadas para descrever a comunicao Por exemplo, considere duas pessoas se comunicando face-a-face. Como mostra a figura, podemos usar trs camadas para descrever esta atividade. Na camada inferior, a camada fsica, temos duas pessoas, cada uma com uma voz que pode pronunciar palavras em voz alta. Na segunda camada, a camada das regras, temos um acordo para falar em uma lngua comum. Na camada superior, a camada do contedo, temos as palavras realmente faladas o contedo da comunicao. Se fssemos testemunhar essa conversa, no veramos realmente as "camadas" flutuando no espao. importante entender que o uso de camadas um modelo e, como tal, fornece um caminho para quebrar convenientemente uma tarefa complexa em partes e descrever como elas funcionam.

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Protocolos de redeNo nvel humano, algumas regras de comunicao so formais e outras so simplesmente entendidas, ou implcitas, com base em costume e prtica. Para que os dispositivos se comuniquem com sucesso, um conjunto de aplicaes de protocolos de rede deve descrever exigncias e interaes precisas. Conjuntos de protocolo de rede descrevem processos tais como: O formato ou estrutura da mensagem O mtodo pelo qual os dispositivos de rede compartilham informaes sobre rotas com outras redes 27

Como e quando mensagens de erro e de sistema so passadas entre dispositivos A configurao e trmino das sesses de transferncia de dados Protocolos individuais em um conjunto de protocolos podem ser especficos de um fornecedor e proprietrios. Proprietrio, neste contexto, significa que uma empresa ou fornecedor controla a definio do protocolo e como ele funciona. Alguns protocolos proprietrios podem ser usados por diferentes organizaes com permisso do proprietrio. Outros podem somente ser implementados em equipamentos fabricados pelo fornecedor proprietrio.

Formato

Processo 28

Mensagens de erro

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Finalizao

Conjuntos de protocolos e padres da indstria

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Freqentemente, muitos dos protocolos que compem um conjunto de protocolo referenciam outros protocolos amplamente utilizados ou padres de indstria. Um padro um processo ou protocolo que foi endossado pela indstria de rede e ratificado por uma organizao de padres, tal como o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ou o Internet Engineering Task Force (IETF). O uso de padres no desenvolvimento e implementao de protocolos garante que os produtos de diferentes fabricantes possam trabalhar em conjunto para comunicaes eficientes. Se um protocolo no for rigidamente observado por um fabricante especfico, seu equipamento ou software pode no ser capaz de se comunicar com sucesso com produtos feitos por outros fabricantes. Em comunicao de dados, por exemplo, se um lado de uma conversa est usando um protocolo para administrar uma comunicao de via nica e o outro lado est considerando um protocolo descrevendo comunicao de via dupla, com toda probabilidade, nenhuma informao ser trocada.

A interao de protocolosUm exemplo do uso de um conjunto de protocolos em comunicao de rede a interao entre um servidor web e um navegador. Essa interao utiliza um nmero de protocolos e padres no processo de troca de informao entre eles. Os diferentes protocolos trabalham em conjunto para 31

garantir que as mensagens sejam recebidas e entendidas por ambas as partes. Exemplos desses protocolos so: Protocolo de Aplicao: Protocolo HTTP um protocolo comum que rege a maneira como um servidor e um cliente web interagem. O HTTP define o contedo e formato das solicitaes e respostas trocadas entre o cliente e o servidor. Tanto o software do cliente quanto o software do servidor web implementam HTTP como parte da aplicao. O protocolo HTTP conta com outros protocolos para controlar como as mensagens so transportadas entre o cliente e o servidor Protocolo de Transporte: Protocolo TCP o protocolo de transporte que gerencia as conversas individuais entre servidores e clientes web. O TCP divide as mensagens HTTP em pedaos menores, chamados de segmentos, a serem enviados ao cliente de destino. Ele tambm responsvel por controlar o tamanho e a freqncia nos quais as mensagens so trocadas entre o servidor e o cliente. Protocolo de Rede: O protocolo de rede mais comum o Protocolo IP. O IP responsvel por retirar os segmentos formatados do TCP, encapsulando-os em pacotes, atribuindo os endereos adequados e selecionando o melhor caminho para o host de destino. Protocolos de Acesso a Rede: Os protocolos de acesso a rede descrevem duas funes bsicas, gerenciamento de enlace de dados e a transmisso fsica de dados no meio fsico. Protocolos de gerenciamento de enlace de dados removem os pacotes IP e os formatam para serem transmitidos pelo meio fsico. Os padres e protocolos para o meio fsico controlam como os sinais so enviados pelo meio e como eles so interpretados pelos clientes receptores. Transceivers nas placas de interface de rede implementam os padres adequados para o meio fsico que est sendo usado.

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Protocolos de tecnologia independenteOs protocolos de rede descrevem as funes que ocorrem durante as comunicaes de rede. No exemplo da conversa face-a-face, um protocolo de comunicao deve determinar de que modo sinalizar que a conversa est completa, o remetente deve permanecer em silncio por dois segundos. No entanto, esse protocolo no especifica como o remetente deve permanecer em silncio nesses dois segundos. Protocolos geralmente no descrevem como realizar uma funo especfica. Por descrever somente quais funes so necessrias de uma regra de comunicao especfica mas no como elas devem ser executadas, a implementao de um protocolo especfico pode ser independente de tecnologia. Olhando para o exemplo do servidor web, o HTTP no especifica qual idioma de programao usado para criar o navegador, qual software de servidor web deve ser usado para atender as pginas da Internet, em qual sistema operacional o software executado, ou as exigncias de hardware necessrias para exibir o navegador. Ele tambm no descreve como o servidor deve detectar erros, embora no descreva o que o servidor deve fazer se acontecer um erro. Isso significa que um computador e outros dispositivos, como celulares ou PDAs podem acessar uma pgina web armazenada em qualquer tipo do servidor web que utiliza qualquer sistema operacional de qualquer local na Internet.

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Usando o modelo de camadasOs benefcios de se usar um modelo de camadasPara visualizar a interao entre vrios protocolos, comum se usar um modelo de camadas. Um modelo de camadas representa a operao dos protocolos ocorrendo dentro de cada camada, bem como a interao com as camadas superior e inferior. H benefcios no uso de um modelo de camadas para descrever protocolos de rede e suas operaes. Usando um modelo de camadas: Auxilia na elaborao do protocolo, porque os protocolos que operam em uma camada especfica possuem informaes definidas de que atuam sob uma interface definida s camadas superior e inferior. Estimula a competio porque os produtos de diferentes fornecedores podem trabalhar em conjunto. Impede alteraes de tecnologia ou capacidades em uma camada de afetar outras camadas. Fornece um idioma comum para descrever funes e capacidades de rede.

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Modelos de protocolo e de refernciaExistem dois tipos bsicos de modelos de rede: modelos de protocolo e modelos de referncia. Um modelo de protocolo fornece um modelo que corresponde de perto estrutura de um conjunto especfico de protocolos. O conjunto hierrquico de protocolos relacionados em um conjunto representa tipicamente toda a funcionalidade necessria para fazer interface da rede humana com a rede de dados. O modelo TCP/IP um modelo de protocolo porque descreve as funes que ocorrem em cada camada de protocolos dentro do conjunto TCP/IP. 37

Um modelo de referncia fornece uma referncia comum para uma consistente manuteno dentro de todos os tipos de protocolos de rede e servios. Um modelo de referncia no tem a inteno de ser uma especificao de implementao ou de fornecer em nvel suficiente de detalhe para definir de maneira precisa os servios da arquitetura de rede. O principal propsito de um modelo de referncia o de auxiliar em um entendimento mais claro das funes e processos envolvidos. O modelo de referncia OSI o modelo de referncia de rede mais amplamente conhecido. Ele usado para a elaborao de rede de dados, especificaes de operao e resoluo de problemas. Embora os modelos TCP/IP e OSI sejam os modelos bsicos usados ao se discutir funcionalidades de rede, os projetistas de protocolos de rede, servios ou dispositivos, podem criar seus prprios modelos para representar seus produtos. Essencialmente, os projetistas precisam se comunicar com a indstria relacionando seu produto ou servio com o modelo OSI ou com o modelo TCP/IP, ou com ambos.

O modelo TCP/IP

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O primeiro modelo de protocolo de camadas para comunicaes de rede foi criado no incio dos anos 70 e chamado de modelo da Internet. Ele define quatro categorias de funes que devem ocorrer para que as comunicaes tenham xito. A arquitetura do conjunto de protocolo TCP/IP segue a estrutura deste modelo. Por causa disso, o modelo da Internet comumente chamado de modelo TCP/IP. A maioria dos modelos de protocolo descreve uma pilha de protocolo especfica de um fornecedor. No entanto, uma vez que o modelo TCP/IP um padro aberto, uma empresa no controla a definio do modelo. As definies do padro e dos protocolos TCP/IP so discutidas em um frum pblico e definidas em um conjunto de documentos publicamente disponveis. Esses documentos so chamados de Requests for Comments (RFCs). Eles contm a especificao formal de protocolos de comunicao de dados e recursos que descrevem o uso dos protocolos. As RFCs tambm contm documentos tcnicos e organizacionais sobre a Internet, incluindo as especificaes tcnicas e documentos de poltica produzidos pela Internet Engineering Task Force (IETF).

O processo de comunicaoO modelo TCP/IP descreve a funcionalidade dos protocolos que compem o conjunto de protocolo 39

TCP/IP. Esses protocolos, que so implementados nos hosts de origem e destino, interagem para fornecer entrega de aplicaes fim-a-fim por uma rede. Um processo de comunicao completo inclui os seguintes passos: 1. Criao de dados na camada de aplicao do dispositivo final de origem 2. Segmentao e encapsulamento de dados medida que estes passam pela pilha de protocolo no dispositivo final de origem 3. Gerao dos dados no meio fsico na camada de acesso rede da pilha 4. Transporte dos dados atravs da rede, que consiste de meio fsico e quaisquer dispositivos intermedirios 5. Recepo dos dados na camada de acesso rede do dispositivo final de destino 6. Desencapsulamento e remontagem dos dados medida que estes passam na pilha no dispositivo de destino 7. Transferncia desses dados aplicao de destino na camada de Aplicao do dispositivo final de destino

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Unidades de dados de protocolo e encapsulamento

medida que os dados da aplicao so passados pela pilha de protocolo em seu caminho para serem transmitidos pelo meio fsico de rede, vrios protocolos agregam informaes a eles a cada nvel. Isso comumente conhecido como o processo de encapsulamento. A forma que um pedao do dado assume em qualquer camada chamada de uma Unidade de Dados de Protocolo (PDU). Durante a encapsulamento, cada camada sucessora encapsula a PDU que recebe da camada acima de acordo com o protocolo sendo usado. Em cada estgio do processo, uma PDU possui um nome diferente para refletir sua nova aparncia. Embora no haja uma conveno de nomes universal para PDUs, neste curso, as PDUs so chamadas de acordo com os protocolos do conjunto TCP/IP. Dados O termo geral para a PDU usada na camada de Aplicao Segmento PDU de Camada de Transporte Pacote PDU de Camada de Rede Quadro PDU de Camada de Acesso Rede 41

Bits - Uma PDU usada ao se transmitir dados fisicamente atravs do meio fsico

Processo de envio e recebimentoAo se enviar mensagens em uma rede, a pilha de protocolo em um host opera de cima para baixo. No exemplo do servidor web, podemos usar o modelo TCP/IP para ilustrar o processo de envio de uma pgina web em HTML a um cliente. O protocolo da camada de Aplicao, neste caso, o HTTP, inicia o processo ao entregar os dados da pgina web formatados em HTML camada de Transporte. L, os dados de aplicao so quebrados em segmentos TCP. Cada segmento TCP recebe um rtulo, chamado de cabealho, contendo informaes sobre qual processo sendo executado no computador de destino deve receber a mensagem. Ele tambm contm as informaes para permitir que o processo no destino remonte os dados de volta a seu formato original.

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A camada de Transporte encapsula os dados HTML da pgina web dentro do segmento e os envia camada de Internet, onde o protocolo IP implementado. Aqui, todo o segmento TCP encapsulado dentro de um pacote IP, que agrega outro rtulo, chamado de cabealho IP. O cabealho IP contm os endereos IP do host de origem e de destino, bem como as informaes necessrias para entregar o pacote a seu processo de destino correspondente. A seguir, o pacote IP enviado ao protocolo Ethernet da camada de Acesso Rede, onde encapsulado dentro de um cabealho de quadro e trailer. Cada cabealho de quadro contm um endereo fsico de origem e de destino. O endereo fsico identifica unicamente os dispositivos na rede local. O trailer contm informaes de verificao de erros. Finalmente, os bits so codificados no meio Ethernet pela NIC.

Esse processo revertido no host de destino. Os dados so desencapsulados medida que se movem na pilha em direo aplicao de usurio final.

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O modelo OSIInicialmente, o modelo OSI foi elaborado pela International Organization for Standardization (ISO) para fornecer uma estrutura na qual se pudesse construir um conjunto de protocolos de sistemas aberto. A viso foi a de que este conjunto de protocolos seria usado para desenvolver uma rede internacional que no seria dependente de sistemas proprietrios. Infelizmente, a velocidade na qual a Internet baseada em TCP/IP foi adotada, e a freqncia na qual se expandia, causaram atraso no desenvolvimento e aceitao do Conjunto de Protocolo OSI. Embora poucos protocolos desenvolvidos usando as especificaes OSI estejam em uso abundante hoje, o modelo OSI de sete camadas fez grandes contribuies ao desenvolvimento de outros protocolos e produtos para todos os tipos de novas redes. Como um modelo de referncia, o modelo OSI fornece uma lista extensiva de funes e servios que podem ocorrer em cada camada. Ele tambm descreve a interao de cada camada com as camadas diretamente acima e abaixo dela. Embora o contedo deste curso seja estruturado em torno do Modelo OSI, o foco de discusso ser os protocolos identificados na pilha de protocolo TCP/IP. Note que considerando que as camadas do modelo TCP/IP sejam mencionadas somente pelo nome, as sete camadas do modelo OSI so mais frequentemente chamadas por nmero do que por nome.

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Comparando o modelo OSI com o modelo TCP/IP

Os protocolos que compem o conjunto de protocolo TCP/IP podem ser descritos em termos do modelo de referncia OSI. No modelo OSI, a camada de Acesso Rede e a camada de Aplicao do modelo TCP/IP so, posteriormente, divididas para descrever funes discretas que precisam ocorrer nessas camadas. Na Camada de Acesso Rede, o conjunto de protocolo TCP/IP no especifica quais protocolos usar ao se transmitir sobre um meio fsico; ele descreve somente a transmisso da Camada de Internet aos protocolos de rede fsicos. As Camadas OSI 1 e 2 discutem os procedimentos necessrios para se acessar o meio fsico para se enviar dados por uma rede. Os paralelos chave entre os dois modelos de rede ocorrem nas Camadas 3 e 4 do modelo OSI. A Camada 3 do Modelo OSI, a camada de Rede, usada quase que universalmente para discutir e documentar a cadeia de processos que ocorrem em todas as redes de dados para enderear e rotear mensagens atravs de uma rede. O protocolo IP o protocolo do conjunto TCP/IP que inclui a funcionalidade descrita na Camada 3. A Camada 4, a camada de Transporte do modelo OSI, frequentemente usada para descrever servios gerais ou funes que gerenciam conversas individuais entre hosts de origem e destino. 49

Essas funes incluem reconhecimento, recuperao de erros, e seqenciamento. Nessa camada, os protocolos TCP/IP, o protocolo TCP e o protocolo UDP fornecem a funcionalidade necessria. A camada de Aplicao TCP/IP inclui um nmero de protocolos que fornecem funcionalidade especfica a uma variedade de aplicaes de usurio final. As Camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI so usadas como referncias para desenvolvedores e fornecedores de software para produzir produtos que precisam acessar redes para comunicaes.

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Endereamento de redeEndereando a redeO modelo OSI descreve os processos de codificao, formatao, segmentao e encapsulamento de dados para transmisso pela rede. Um fluxo de dados que enviado de uma origem a um destino pode ser dividido em pedaos e intercalado com mensagens que viajam de outros hosts a outros destinos. Bilhes desses pedaos de informao esto viajando por uma rede a qualquer momento. crucial para cada pedao de dados conter informaes de identificao suficientes para lev-lo ao destino correto. Existem vrios tipos de endereos que devem ser includos para se entregar com sucesso os dados de uma aplicao de origem executada em um host para a aplicao correta de destino executada em outro host. Usando o modelo OSI como guia, podemos ver os diferentes endereos e identificadores necessrios em cada camada.

Obtendo os dados para o dispositivo finalDurante o processo de encapsulamento, identificadores de endereo so adicionados aos dados medida que viajam na pilha de protocolo no host origem. Assim como existem mltiplas camadas de protocolos que preparam os dados para transmisso a seu destino, existem vrias camadas de endereamento para garantir sua entrega. O primeiro identificador, o endereo fsico do host, est contido no cabealho da Camada 2 PDU, chamada de quadro. A Camada 2 relacionada entrega de mensagens em uma nica rede local. O endereo da Camada 2 nico na rede local e representa o endereo do dispositivo final no meio fsico. Em uma LAN usando Ethernet, este endereo chamado de endereo de Controle de Acesso 51

ao Meio (MAC). Quando dois dispositivos finais se comunicam na rede Ethernet local, os quadros que so trocados entre eles contm os endereos MAC de destino e origem. Uma vez que um quadro recebido com xito pelo host de destino, as informaes de endereo da Camada 2 so removidas quando os dados so desencapsulados e movidos na pilha de protocolo para a Camada 3.

Obtendo os dados atravs da redeOs protocolos da Camada 3 so elaborados basicamente para mover dados de uma rede local para outra dentro de uma rede. Considerando que os endereos da Camada 2 so usados somente para comunicao entre dispositivos em uma nica rede local, os endereos da Camada 3 devem incluir identificadores que permitem que dispositivos de rede intermedirios localizem hosts em redes diferentes. No conjunto de protocolo TCP/IP, todo endereo IP de host contm informaes sobre a rede onde se localiza o host. Na borda de cada rede local, um dispositivo de rede intermedirio, geralmente um roteador, desencapsula o quadro para ler o endereo do host de destino contido no cabealho do pacote, a PDU da Camada 3. Os roteadores usam a poro de rede do identificador desse endereo para determinar qual caminho usar para chegar ao host de destino. Uma vez determinado o caminho, o roteador encapsula o pacote em um novo quadro e o envia em direo ao dispositivo final de destino. Quando o quadro atinge seu destino final, os cabealhos do quadro e do pacote so removidos e os dados so movidos para a Camada 4.

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Obtendo os dados da aplicao corretaNa Camada 4, as informaes contidas no cabealho da PDU no identificam um host de destino ou uma rede de destino. O que elas identificam o processo especfico ou servio sendo executado no dispositivo de destino que ir atuar nos dados sendo entregues. Hosts, sejam eles clientes ou servidores na Internet, podem executar mltiplas aplicaes de rede simultaneamente. As pessoas que usam PCs tm frequentemente um cliente de e-mail sendo executado ao mesmo tempo que um navegador web, um programa de mensagem instantnea, alguma mdia em stream, e talvez um jogo. Todos esses programas sendo executados separadamente so exemplos de processos individuais. Visualizar uma pgina web chama pelos menos um processo de rede. Clicar em um hyperlink faz com que um navegador se comunique com um servidor web. Ao mesmo tempo, o cliente de e-mail pode estar enviando e recebendo e-mail e um colega ou amigo pode estar enviando uma mensagem instantnea. Pense em um computador que possui somente uma interface de rede. Todos os fluxos de dados criados pelas aplicaes em execuo no PC entram e saem por aquela nica interface, mesmo assim as mensagens instantneas no pulam no meio de um documento do processador word ou um e-mail aparea em um jogo.

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Isso acontece porque os processos individuais executados nos hosts de origem e de destino se comunicam uns com os outros. Cada aplicao ou servio representado na Camada 4 por um nmero de porta. Um nico dilogo entre dispositivos identificado com um par dos nmeros de porta de origem e destino da Camada 4 que so representativos das duas aplicaes de comunicao. Quando os dados so recebidos no host, o nmero de porta examinado para determinar qual aplicao ou processo o destino correto para os dados.

ResumoRedes de dados so sistemas de dispositivos finais, dispositivos intermedirios e o meio fsico conectando os dispositivos, que fornecem a plataforma para a rede humana. Esses dispositivos, e os servios que operam neles, podem se interconectar de maneira global e transparente ao usurio porque eles cumprem com as regras e protocolos. O uso de modelos de camadas como abstraes significa que as operaes de sistemas de rede podem ser analisadas e desenvolvidas para atender as necessidades de futuros servios de comunicao. Os modelos de rede mais amplamente utilizados so o OSI e o TCP/IP. Associar os protocolos que 54

estabelecem as regras de comunicao de dados com as diferentes camadas til na determinao de quais dispositivos e servios so aplicados em pontos especficos medida que os dados passam por LANs e WANs. medida que passam pela pilha, os dados so segmentados em pedaos e encapsulados com endereos e outros rtulos. O processo revertido medida que os pedaos so desencapsulados e passam na pilha de protocolo de destino. Aplicao de modelos permite que vrios indivduos, empresas e associaes comerciais analisem redes atuais e projetem as redes do futuro.

Captulo 3 - Funcionalidades e protocolos da camada de aplicaoIntroduo

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A maioria de ns vivencia a Internet atravs da World Wide Web, de servios de e-mail e programas de compartilhamento de arquivos. Tais aplicaes, e muitas outras, fornecem interface rede subjacente, permitindo que enviemos e recebamos informaes de forma relativamente fcil. Normalmente, as aplicaes que utilizamos so intuitivas, o que significa que podemos acessar e usar sem saber como funcionam. No entanto, para profissionais de rede, importante saber como uma aplicao pode formatar, transmitir e interpretar mensagens enviadas e recebidas atravs da rede. Visualizar os mecanismos que possibilitam a comunicao pela rede fica mais fcil se utilizarmos a estrutura em camadas do modelo Open System Interconnection (OSI). Neste captulo, o foco ser na funo de uma camada, a de Aplicao, e seus componentes: aplicao, servios e protocolos. Exploraremos como esses trs elementos possibilitam uma comunicao robusta por esta rede de informaes. Neste captulo, voc aprender a: Descrever como as funes das trs camadas superiores do modelo OSI fornecem servios de rede a aplicaes de usurio final. Descrever como os protocolos de Camada de Aplicao TCP/IP fornecem os servios especificados pelas camadas superiores do modelo OSI. Definir como as pessoas utilizam a Camada de Aplicao para se comunicarem pela rede de informaes. Descrever a funo das aplicaes TCP/IP mais conhecidas, como a World Wide Web e e-mail, e seus servios (HTTP, DNS, SMB, DHCP, SMTP/POP e Telnet). Descrever os processos de compartilhamento de arquivos que utilizam aplicaes no-hierrquicas e o protocolo Gnutella. 56

Explicar como os protocolos garantem que servios executados em um tipo de dispositivos possam enviar e receber dados de muitos dispositivos de rede diferentes. Utilizar ferramentas de anlise de rede para examinar e explicar como aplicaes de usurio comuns funcionam.

O modelo OSI e TCP/IPO modelo de referncia Open Systems Interconnection (OSI) uma representao abstrata em camadas criado como diretriz para o design de protocolos de rede. O modelo OSI divide o processo de redes em sete camadas lgicas, cada uma com funcionalidades exclusivas e com servios e protocolos especficos atribudos. Neste modelo, as informaes so passadas de uma camada para a outra, comeando na camada de Aplicao no host transmissor, continuando hierarquia abaixo, at a camada Fsica, passando para o canal de comunicaes at o host de destino, onde a informao retorna hierarquia acima, terminando na camada de Aplicao. A figura mostra os passos deste processo. A camada de Aplicao, a nmero sete, a camada superior dos modelos OSI e TCP/IP. a camada que fornece a interface entre as aplicaes que utilizamos para comunicao e a rede subjacente pela qual nossas mensagens so transmitidas. Os protocolos da camada de aplicao so utilizados para troca de dados entre programas executados nos hosts de origem e de destino. H muitos protocolos da camada de Aplicao, e outros novos esto em constante desenvolvimento.

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Embora o conjunto de protocolos TCP/IP tenha sido desenvolvido antes da definio do modelo OSI, a funcionalidade dos protocolos da camada de aplicao TCP/IP se ajusta estrutura das trs camadas superiores do modelo OSI: camadas de Aplicao, Apresentao e Sesso. A maioria dos protocolos da camada de Aplicao TCP/IP foi desenvolvida antes do surgimento de computadores pessoais, interfaces grficas de usurio e objetos multimdia. Como resultado, esses protocolos implementam muito pouco da funcionalidade especificada nas camadas de Apresentao e Sesso do modelo OSI. Camada de Apresentao A camada de Apresentao tem trs funes principais: Codificao e converso de dados da camada de Aplicao para garantir que os dados do dispositivo de origem possam ser interpretados pela aplicao adequada no dispositivo de destino. Compresso dos dados de forma que eles possam ser descomprimidos pelo dispositivo de destino. Criptografia dos dados para transmisso e decodificao de dados quando o destino os recebe. As implementaes da camada de Apresentao no so associadas normalmente a uma pilha de protocolos em particular. Os padres para vdeo e grficos so exemplos. Alguns padres conhecidos para vdeo incluem QuickTime e Motion Picture Experts Group (MPEG). QuickTime uma especificao da Apple Computer para vdeo e udio e MPEG um padro para compresso e codificao de vdeo.

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Entre os formatos de imagens grficas conhecidos, h Graphics Interchange Format (GIF), Joint Photographic Experts Group (JPEG) e Tagged Image File Format (TIFF). GIF e JPEG so padres de compresso e codificao para imagens grficas, e TIFF um formato de codificao padro para imagens grficas. Camada de Sesso Como o prprio nome diz, as funes na camada de Sesso criam e mantm dilogos entre as aplicaes de origem e destino. A camada de Sesso lida com a troca de informaes para iniciar dilogos, mant-los ativos e reiniciar sesses interrompidas ou ociosas por um longo perodo. A maioria das aplicaes, como navegadores Web ou clientes de e-mail, incorpora a funcionalidade das camadas OSI 5, 6 e 7.

Os protocolos da camada de Aplicao TCP/IP mais conhecidos so aqueles que fornecem a troca de informaes de usurios. Esses protocolos especificam as informaes de formato e controle necessrios para muitas funes comuns de comunicao na Internet. Entre esses protocolos TCP/IP, h: O Protocolo de Servio de Nome de Domnio (Domain Name Service Protocol (DNS)) utilizado para resolver nomes a endereos IP. O Protocolo de Transferncia de Hipertexto (Hypertext Transfer Protocol (HTTP)) utilizado para transferir arquivos que compem as pginas Web da World Wide Web. O Protocolo SMTP utilizado para transferncia de mensagens e anexos de e-mail. Telnet, um protocolo de simulao de terminal, utilizado para fornecer acesso remoto a servidores e dispositivos de rede. 59

O Protocolo de Transferncia de Arquivos (File Transfer Protocol (FTP)) utilizado para transferncia interativa de arquivos entre sistemas. Os protocolos no conjunto TCP/IP geralmente so definidos por Requests for Comments (RFCs). A Internet Engineering Task Force (IETF) mantm as RFCs como padro para o conjunto TCP/IP.

Software da camada de aplicaoAs funes associadas aos protocolos da camada de Aplicao permitem que nossa rede humana faa interface com a rede de dados subjacente. Quando abrimos um navegador Web ou uma janela de mensagem instantnea, uma aplicao iniciada e o programa colocado na memria do dispositivo quando executado. Cada programa em execuo carregado em um dispositivo mencionado como um processo. Dentro da camada de Aplicao, h duas formas de programa de software ou processos que fornecem acesso rede: aplicaes e servios.

Aplicaes que Detectam RedesAplicaes so programas de software usados por pessoas para se comunicarem pela rede. Algumas aplicaes de usurio final detectam redes, o que significa que elas implementam os protocolos da camada de Aplicao e conseguem se comunicar diretamente com as camadas inferiores da pilha de protocolos. Clientes de e-mail e navegadores Web so exemplos desses tipos de aplicao.

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Servios da camada de AplicaoOutros programas podem precisar da assistncia dos servios da camada de Aplicao para utilizar recursos de rede, como transferncia de arquivos ou spooling de impresso em rede. Embora transparentes ao usurio, esses servios so os programas que fazem interface com a rede e preparam os dados para transferncia. Diferentes tipos de dados - seja texto, grficos ou vdeo exigem servios de rede diferentes para garantir que sejam preparados adequadamente para processamento pelas funes que ocorrem nas camadas inferiores do modelo OSI. Cada aplicao ou servio de rede utiliza protocolos que definem os padres e formatos de dados a serem utilizados. Sem protocolos, a rede de dados no teria uma maneira comum de formatar e direcion-los. Para entender a funo de vrios servios de rede, necessrio se familiarizar com os protocolos subjacentes que regem a sua operao.

Aplicaes de usurios, servios e protocolos de aplicao.Como j mencionado, a camada de Aplicao utiliza protocolos implementados dentro de aplicaes e servios. Enquanto as aplicaes oferecem uma maneira de criar mensagens e servios 61

da camada de aplicao estabelecem uma interface com a rede, os protocolos fornecem as regras e formatos que regem como os dados so tratados. Todos os trs componentes podem ser utilizados por um nico programa executvel e at mesmo usar o mesmo nome. Por exemplo, ao discutir "Telnet", podemos nos referir aplicao, ao servio ou ao protocolo. No modelo OSI, as aplicaes que interagem diretamente com pessoas so considerados como estando no topo da pilha, assim como as prprias pessoas. Como todas as camadas dentro do modelo OSI, a camada de Aplicao se fia nas funes nas camadas inferiores para completar o processo de comunicao. Dentro da camada de Aplicao, os protocolos especificam que mensagens so trocadas entre os hosts de origem e destino, a sintaxe dos comandos de controle, o tipo e formato dos dados sendo transmitidos e os mtodos adequados para notificao de erros e recuperao.

Funes dos protocolos da camada de aplicaoOs protocolos da camada de Aplicao so utilizados pelos dispositivos de origem e destino durante uma sesso de comunicao. Para que a comunicao tenha sucesso, os protocolos da camada de aplicao implementados nos hosts de origem e destino devem corresponder. Os protocolos estabelecem regras coerentes para troca de dados entre aplicaes e servios carregados nos dispositivos participantes. Os protocolos especificam como os dados dentro das mensagens so estruturados e os tipos de mensagens enviados entre origem e destino. Tais mensagens podem ser solicitaes de servio, confirmaes, mensagens de dados, de status ou de 62

erro. Os protocolos tambm definem dilogos de mensagem, garantindo que uma mensagem enviada seja conhecida pela resposta esperada e que os servios corretos sejam chamados quando houver transferncia de dados. Muitos tipos diferentes de aplicaes se comunicam via redes de dados. Portanto, os servios da camada de Aplicao devem implementar vrios protocolos para fornecer a gama desejada de experincias de comunicao. Cada protocolo tem uma finalidade especfica e contm as caractersticas necessrias para atender a tal finalidade. Os detalhes do protocolo correto em cada camada devem ser seguidos para que as funes em uma camada faam interface adequadamente com os servios na camada inferior. Aplicaes e servios tambm podem utilizar diversos protocolos no decorrer de uma nica conversa. Um protocolo pode especificar como estabelecer a conexo de rede e outro, descrever o processo para transferncia de dados quando a mensagem passa para a camada imediatamente abaixo.

O modelo cliente/servidorQuando as pessoas tentam acessar informaes em seus dispositivos, seja um PC, laptop, PDA, 63

celular ou outro dispositivo conectado a uma rede, os dados podem no estar fisicamente armazenados neles. Se este for o caso, uma solicitao para acessar tais informaes deve ser feita ao dispositivo onde os dados esto. No modelo cliente/servidor, o dispositivo que solicita as informaes chamado de cliente, e o que responde solicitao chamado de servidor. Os processos de cliente e servidor so considerados como estando na camada de Aplicao. O cliente comea o intercmbio ao solicitar dados do servidor, que responde enviando uma ou mais sequncias de dados ao cliente. Os protocolos da camada de Aplicao descrevem o formato das solicitaes e respostas entre clientes e servidores. Alm da transferncia real de dados, esse intercmbio tambm pode exigir informaes de controle, como autenticao de usurio e identificao de um arquivo de dados a ser transferido. Um exemplo de rede cliente/servidor um ambiente corporativo no qual os funcionrios utilizam um servidor de e-mail da empresa para enviar, receber e armazenar e-mails. O cliente de e-mail no computador de um funcionrio envia uma solicitao ao servidor de e-mail para qualquer correspondncia no lida. O servidor responde enviando o e-mail solicitado ao cliente. Embora os dados sejam normalmente descritos como fluindo do servidor ao cliente, alguns sempre vo do cliente ao servidor. O fluxo de dados pode ser igual em ambas as direes, ou mesmo maior na direo do cliente ao servidor. Por exemplo, um cliente pode transferir um arquivo ao servidor para armazenamento. A transferncia de dados de um cliente para um servidor mencionada como um upload, e de um servidor para um cliente, como um download.

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ServidoresEm um contexto geral de rede, qualquer dispositivo que responda a solicitaes de aplicaes de clientes funciona como um servidor. Um servidor normalmente um computador que contm informaes a serem compartilhadas com muitos sistemas cliente. Por exemplo, pginas Web, documentos, bancos de dados, imagens e arquivos de udio e vdeo podem ser armazenados em um servidor e entregues aos clientes solicitantes. Em outros casos, como uma impressora em rede, o servidor de impresso fornece as solicitaes de impresso do cliente impressora especificada. Diferentes tipos de aplicaes de servidor podem ter exigncias diferentes para acesso a clientes. Alguns servidores podem exigir autenticao de informaes da conta do usurio para verificar se este tem permisso de acesso aos dados solicitados ou de uso de uma operao em particular. Tais servidores se fiam em uma lista central de contas de usurio e s autorizaes, ou permisses (para acesso a dados e operaes), concedidas a cada usurio. Ao utilizar um cliente FTP, por exemplo, se voc solicitar um upload de dados ao servidor FTP, poder ter permisso para gravar em sua pasta individual, mas no para ler outros arquivos no site.

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Em uma rede cliente/servidor, o servidor executa um servio, ou processo, s vezes chamado de daemon de servidor. Como a maioria dos servios, daemons normalmente so executados em segundo plano e no esto sob o controle direto de um usurio final. Daemons so descritos como "ouvintes" de uma solicitao de um cliente, porque so programados para responder sempre que o servidor recebe uma solicitao para o servio fornecido pelo daemon. Quando um daemon "ouve" uma solicitao de um cliente, troca as mensagens correspondentes com o cliente, como exigido por seu protocolo, e envia os dados solicitados ao cliente no formato adequado.

Protocolos e servios da camada de aplicaoUma nica aplicao pode utilizar vrios servios diferentes de suporte da camada de Aplicao. Assim, o que parece para o usurio como uma solicitao para pgina Web pode totalizar, na verdade, dezenas de solicitaes individuais. Alm disso, para cada solicitao, diversos processos podem ser executados. Por exemplo, um cliente pode exigir diversos processos individuais para formular apenas uma solicitao a um servidor. Alm disso, os servidores normalmente tm diversos clientes solicitando informaes ao mesmo tempo. Por exemplo, um servidor Telnet pode ter muitos clientes solicitando conexes a ele. Tais solicitaes individuais devem ser tratadas simultaneamente e separadamente para que a rede tenha sucesso. Os processos e servios da camada de Aplicao se fiam no suporte de funes da camada inferior para gerenciar com sucesso as diferentes conversas. 66

Redes e aplicaes no-hierrquicas (P2P).

O Modelo No-HierrquicoAlm do modelo cliente/servidor para a rede, tambm h o modelo no-hierrquico. A rede nohierrquica envolve duas formas diferentes: design de rede no-hierrquica e aplicaes nohierrquicas (P2P). A duas formas tm caractersticas semelhantes, mas, na prtica, funcionam de maneira bastante diferente.

Redes No-HierrquicasEm uma rede no-hierrquica, dois ou mais computadores so conectados via rede e podem compartilhar recursos (como impressoras e arquivos) sem ter um servidor dedicado. Cada dispositivo final conectado (conhecido como par (peer)) pode funcionar como cliente ou servidor. 67

Um computador pode assumir o papel de servidor para uma transao ao mesmo tempo em que o cliente de outra. As funes de cliente e servidor so definidas de acordo com a solicitao. Uma rede residencial simples, com dois computadores conectados e compartilhando uma impressora, um exemplo de rede no-hierrquica. Cada pessoa pode configurar o seu computador para compartilhar arquivos, possibilitar jogos em rede ou compartilhar uma conexo Internet. Outro exemplo de funcionalidade de rede no-hierrquica ter dois computadores conectados a uma rede ampla que utilizam aplicaes de software para compartilhar recursos entre si atravs da rede. Diferentemente do modelo cliente/servidor, que utiliza servidores dedicados, as redes nohierrquicas descentralizam os recursos em uma rede. Em vez de localizar informaes para compartilhar em servidores dedicados, as informaes podem ser encontradas em qualquer lugar em um dispositivo conectado. A maioria dos sistemas operacionais atuais suporta compartilhamento de arquivos e impresso sem exigir um software de servidor adicional. Como redes no-hierrquicas normalmente no utilizam contas de usurio centralizadas, permisses ou monitoramento, difcil executar polticas de segurana e acesso a redes com mais de alguns poucos computadores. As contas de usurio e direitos de acesso devem ser definidos individualmente em cada dispositivo.

Aplicaes No-HierrquicasUma aplicao no-hierrquica (P2P), diferentemente de uma rede no-hierrquica, permite que um 68

dispositivo aja como cliente e servidor na mesma comunicao. Neste modelo, cada cliente um servidor e cada servidor um cliente. Ambos podem iniciar uma comunicao e so considerados iguais no processo de comunicao. No entanto, aplicaes no-hierrquicas exigem que cada dispositivo final fornea uma interface de usurio e execute um servio de segundo plano. Ao iniciar uma aplicao no-hierrquica especfica, ela chama a interface de usurio e servios de segundo plano exigidos. Depois disso, os dispositivos podem se comunicar diretamente. Algumas aplicaes P2P utilizam um sistema hbrido no qual o compartilhamento de recursos descentralizado, mas os ndices que apontam para as localizaes de recursos so armazenados em um diretrio centralizado. Em um sistema hbrido, cada par (peer) acessa um servidor de ndice para obter a localizao de um recurso armazenado em outro par (peer). O servidor de ndice tambm pode ajudar a conectar dois pares, mas quando conectado, a comunicao ocorre entre os dois pares sem comunicao adicional ao servidor de ndice. Aplicaes no-hierrquicas podem ser utilizadas em redes no-hierrquicas, redes de cliente/servidor e pela Internet.

Servios e protocolos DNS.Agora que entendemos melhor como as aplicaes fornecem uma interface para o usurio e acesso 69

rede, veremos alguns protocolos especficos usados comumente. Como veremos mais adiante neste curso, a camada de Transporte utiliza um esquema de endereamento chamado nmero de porta. Os nmeros de porta identificam aplicaes e servios da camada de Aplicao que so a origem e o destino dos dados. Programas de servidor geralmente utilizam nmeros de porta pr-definidos comumente conhecidos por clientes. medida que examinarmos os diferentes protocolos e servios da camada de Aplicao TCP/IP, falaremos dos nmeros de porta TCP e UDP normalmente associados a tais servios. Alguns desses servios so: Domain Name System (DNS) - Porta TCP/UDP 53 Hypertext Transfer Protocol (HTTP) - Porta TCP 80 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) - Porta TCP 25 Protocolo POP - Porta UDP 110 Telnet - Porta TCP 23 Dynamic Host Configuration Protocol - Porta UDP 67 File Transfer Protocol (FTP) - Portas TCP 20 e 21

DNSEm redes de dados, os dispositivos so rotulados com endereos IP numricos, para que possam participar do envio e recebimento de mensagens pela rede. No entanto, a maioria das pessoas tem dificuldade em lembrar esse endereo numrico. Assim, os nomes de domnio foram criados para converter o endereo numrico em um nome s