CONCEITOS BÁSICOS DE REDES DE COMPUTADORES

1- O que é uma rede de computadores?

Definição. Uma combinação de hardware tal como cabos e variados dispositivos que se possam usar em redes, software de computadores (sistemas operativos e protocolos) que usados em conjunto permitem que computadores e outro hardware comuniquem troquem informação entre si.

Muitas redes são compostas por computadores com o mesmo tipo de Hardware e o mesmo tipo de sistema operativo, embora outras possam ter sistemas completamente diferentes e hardware igualmente diferente. Para que computadores possam comunicar (falar) entre si é similar aos humanos é necessário que usem uma “linguagem” ou conjunto de códigos comuns, este tipo de “código” é chamado de Protocolo. Existem vários tipos de protocolos mas o TCP/IP é o mais utilizado e padronizado universalmente em alguns casos os protocolos são formados por padrões simples tais como simples impulsos eléctricos transmitidos de um PC para o outro e convertidos em linguagem binária, Zeros e Uns (linguagem usada em computadores)

os protocolos provêem uma quantidade enorme de serviços que permitem facilitar a comunicação entre Pcs e outro tipo de hardware que são:

Packet acknowledgment (resposta de recepção): É uma mensagem enviada pelo receptor ao emissor informando que o pacote* foi recebido * Pacote, é a unidade fundamental transmitida numa LAN.

Segmentation (segmentação): Consiste na divisão do pacote em pequenas unidades para que se possa transmitir na rede

Flow control (controlo de fluxo) Consiste em gerar mensagens que instruam o emissor do pacote a a diminuir ou aumentar a velocidade de transmissão dos pacotes

Error detection: Consiste na inclusão dentro do pacote de pequenos códigos que o sistema receptor usa para verificar que o pacote não se danificou durante a sua transmissão.

Error correction: Consiste num grupo de mensagens geradas pelo sistema receptor informando o emissor que o pacote enviado está danificado e precisa ser retransmitido.

Data compression: É um mecanismo de redução de tamanho de pacotes que consiste na redução do seu tamanho por eliminação de informação redundante ou repetida.

Data encryption: É um mecanismo de protecção de dados pelo uso de uma chaves ou código já conhecido pelo receptor.

Local Area Networks (LANS) and Wide Area Networks (WANS) Metropolitan Area Networks (MAN).

Fig. 1 uma LAN

LAN: Um grupo de computadores localizados numa área relativamente pequena e interconectados por uma media de rede comum, cada computador ligado a uma LAN é também chamado de nodo

As LANs são caracterizadas por três atributos primários que são a sua topologia, a sua media, e os seus protocolos. Topologia são os modelos usados para conectar os computadores que são STAR, BUS e RING.Na topologia de BUS, cada computador é ligado ao próximo formando uma espécie de cadeia.Na topologia do tipo STAR cada computador é ligado a uma espécie de ficha tripla chamada HUB ou concentrador.

Uma rede de tipologia RING é basicamente uma rede do tipo barramento com as duas extremidades ligadas.

Media de Rede: É conexão física ou seja os cabos e os dispositivos usados para fisicamente interconectar as redes.

WANS: São basicamente LANs mas que cobrem uma vasta área e são interconectadas entre si. Redes WANs podem usar linhas telefónicas, ondas de radio ou ate fibra óptica para serem conectadas entre si. Em geral as redes WAN são redes ponto-a-ponto significando que elas conectam apenas dois dispositivos entre si em geral routers diferente das LANs que interconectam vários dispositivos.

Fig. 2 uma WAN

MANs Metropolitan Area Network: São redes que interligam uma ou varias cidades. Sendo que a forma de interligação destas redes pode ser variável de acordo as especificação das mesmas, as MANs também podem ser consideradas de redes ponto-a-ponto uma vez que interligam um ponto geográfico a outro, ou uma instituição a outra, nestas redes usam tecnologias de interligação tais como V-Sat, VPNs e Frame-Relay

Fig. 3 uma MAN

Tipologias de redes:

Bus (barramento)

Star (Estrela)

Ring (Anel)

BUS Network

Uma rede do tipo BUS (barramento) é uma rede na qual os computadores estão ligados entre si em uma única linha ou cabo com terminações lógicas que conectam um computador ao outro. Este tipo de conexão raramente se vê hoje, neste tipo de redes o sinal ou pacote enviado por um dos computadores, circula pelo cabo em ambas

as direcções, alcançando todos os outros computadores.

Fig. 4 uma rede de barramento.

As redes em barramento tem duas terminações abertas em ambas as pontas ou extremidades que devem ser terminadas ou fechadas por meio de um resistor.

Nota: terminação é o processo de se instalar um resistor* nas extremidades do cabo para impedir que os pacotes enviados ou o sinais voltem impedindo que os novos pacotes possam ser enviados

* Resistor: É um componente eléctrico feito de material que se opõe ao fluxo da corrente electrifica ou sinal de dados.

Desvantagens:

Uma das principais desvantagens deve se ao facto de que nas topologias de rede em barramento caso um dos conectores possua algum defeito, ou ate mesmo uma única quebra no cabo impede que a rede continue a funcionar uma vez que os pacotes não poderão passar por um dos pontos da rede e chegar aos Pcs que estiverem depois deste ponto, e futuros pacotes também serão impedidos de serem transmitidos por que o sinal ficara bloqueado pelos pacotes anteriores.

Star Networks (estrela).

Diferente das redes em barramento em que cada computador esta logicamente ligada a outro por meio de um cabo, nas redes em topologia de estrela cada computador esta ligado a um HUB ou concentrador por um cabo separado.

Nota: As LANs Actuais usam este tipo de conceito, ou topologia embora diferentes cabos são utilizados, tais como fibra óptica, e vários tipos de cabos de pares trançado.

Vantagens:

Cada Pc ligado a este tipo de rede tem um cabo dedicado, se houver um problema no cabo somente o computador afectado é prejudicado.

Desvantagens:

Se o HUB avariar toda a rede deixará de funcionar.

Fig. 5 uma rede em Estrela (star)

Redes de Topologia Ring (anel).

No que se refere a transmissão de sinal as redes do tipo Ring são similares as redes de topologia de barramento, uma vez que cada computador esta logicamente ligado ao outro próximo de si. A diferença é que nas redes do tipo Anel os dois extremos (Pcs) estão conectados ao invés de terem um terminador que os separe.

Fig. 6 uma rede de tipologia Ring (anel)

Hardware de Redes.

Diferente dos computadores Desktop os laptops podem ser facilmente transportados por serem menores. Os computadores em geral possuem slots de expansão que são ranhuras na sua placa principal (motherBoard) que permitem que periféricos sejam ligados (NICs, modems, discos duros, etc) os slots de expansão dos Laptops são geralmente chamada de PCMCIA (Personal computer memory card association).

Fig. 7 uma placa de redes PCMCIA

Para que computadores possam comunicar entre si e necessário que possuam algum tipo de de interface de comunicação que lhe permita estar ligado a rede quer por cabo, quer por meio de um dispositivo sem fio (wireless) estes dispositivos são chamados NICs ou network interface cards placas de rede. As placas de rede possuem uma ranhura do tipo RJ-45 onde são inseridos os cabos de rede que usam conectores do tipo RJ-45.

Fig. 8 Um conector do tipo RJ-45

HUB: Um hub é um dispositivo de rede com múltiplas entradas RJ-45 que recebe um sinal eléctrico numa destas entradas e o

retransmite a outra entrada aonde se encontra um outro dispositivo ligado sendo por esta razão um HUB um dispositivo usado para ligar vários dispositivos numa rede STAR ou RING

Fig. 9 um HUB

MODEM: (modulator demodulator) é um dispositivo que permite ao usuário aceder a uma rede determinada por meio de uma linha telefónica ou existem vários tipos de modems actualmente desde os mais pequenos maiores sendo os maiores em geral ADSL ( assymetric digital subscriber lines) modems.

ROUTER: Um dispositivo de rede que tipicamente conectado a um grupo de LANs e WANs por meio de interfaces ou portas unindo dois segmentos de rede (redes distintas), e que permite que os pacotes sejam reencaminhados a cada uma delas de acordo com os seus IPs de destino.

Nota: Os routers também são muitas das vezes usados como dispositivos de partilha de internet como por exemplo os routers wireless fornecidos por muitos ISPs (internet service providers), provedores de serviços de internet.

Fig. 10 Frontal de um router Cisco Catalyst

Fig. 11 Parte traseira do router Cisco Catalyst

Fig. 12 Um router Cisco Linksys wireless domestico do tipo geralmente fornecido por ISPs

SWITCH: É um dispositivo similar a um HUB, mas mais inteligente no sentido que reencaminha os dados unicamente ao Pc ou IP de destino.

Fig 13 Um Switch de 24 portas

Cabeamento

Existem três tipos primários de cabos usados para se construírem redes que são:

Cabos coaxiais (cabos similares aos usados nas antenas de televisão e sistemas de TV por satélite e que são usados nas redes de tipologias de Bus ou barramento.

Cabos de par trançado: São os cabos usados nas redes actuais (estrela) e são compostos de oito cabos de cobre pequenos entrelaçados (trançados) existem dois tipo de cabos de par trançado, os cabos UTP (shielded twisted pair) e STP (unshielded twisted pair) sendo que a maioria das LANs actualmente usa cabos do tipo UTP.

Fig. 14 Cabos UTP

Categorias de cabos UTP

Cabos cat1 são os cabos usados em redes de telefonia e usam conectores RJ-11.

Cabos cat2 são os cabos usados em redes de telefonia bem como para interligar terminais burros a mainframes IBM.

Cabos cat3 são os cabos usados em redes de telefonia que suportam transmissão de dados de 10 Mbps. Ou 10BASE-T.

Cabos cat4 São cabos usados para redes do tipo token Ring (Tipologia de rede usada em computadores IBM antigos).

Cabos cat5 cabos usados para redes e dispositivos do tipo 100BASE-T fast Ethernet (padrão actual para a maior parte das placas de rede de microcomputadores.

Cabos cat6 a ultima geração de cabos actuais e que são do tipo usado para redes gigabit (1000 Mbps) Ethernet protocols.

Cabos de fibra Óptica

Os cabos de fibra óptica são um tipo completamente diferente de cabo fabricado não de cobre ou outro material metálico condutor, mas ao invés disto são feitos de fibra de vidro ou plástico e ao invés de transmitirem os dados em forma de impulsos eléctricos, transmitem nos em forma de pulsos ou impulsos de luz. Os cabos de fibra óptica são completamente resistentes as interferência electromagnéticas que facilmente afectam cabos de cobre (UTP e coaxial). Cabos de fibra óptica também são pouco afectados pela atenuação de sinal que sofrem os cabos normais que vão dos 100-500 metros dependendo do tipo de cabo. Alguns cabos de fibra óptica podem ser interligados ate distancias de 120 km sem degradação de sinal.

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica que são: singlemode and multimod. As diferenças entre ambos estão na espessura e no tipo de conectores usados.

Fig. 15 Cabos de fibra óptica.

Diferente dos cabos metálicos os cabos de fibra não são cravados mas sim fundidos para juntar duas extremidades ou unidades de cabo para isto utilizam-se aparelhos de fusão e dispositivos de certificação de qualidade de fusão.

Fig. 16 Um aparelho de fusão de fibra

Fig. 17 O processo de fusão de fibra óptica.

Fig 18 Aparelho para certificação de qualidade de Fusão da fibra óptica.

Sistemas Operativos de redes.

Anteriores sistemas operativos não possuíam capacidades de funcionar em redes, para que se pudessem ligar a rede era necessário que o usuário adquiri-se determinado tipo de software que fornecesse-se ao sistema operativo os componentes que lhe pudessem tornar um “cliente” de rede.Actualmente quase todos os sistemas operativos permitem ser ligados a rede.

Todos os sistemas operativos da Microsoft anteriores ao Windows NT e ao Windows 2000 (incluindo o Windows XP) corriam por cima do Kernel (núcleo dos sistemas operativos) do MS-DOS (Microsoft Disc Operanting System), mais a partir do Windows NT os sistemas operativos Microsoft foram redesenhados para incluir funcionalidades de rede e melhorias foram implementados na gestão de memoria e de multi processamento.

Sendo assim surgiram as versões de sistemas operativos Cliente (Workstation) e servidores onde as versões clientes foram desenvolvidas unicamente para a aceder a recursos da rede e disponibilizados

pelos servidores de rede que oferecem um inúmero conjunto de serviços tais como:

Serviços de Autenticação e gestão de usuários. Serviços de partilha de impressoras, ficheiros e segurança de ficheiros. Serviços de Partilha de Internet.

Sistema de Ficheiros usados em Sistemas Windows.

A partilha de ficheiros é o motivo principal de se ligarem computadores em redes, e por esta razão todos os sistemas operativos actuais possibilitam fazer isto. Um dos principais elemento de se partilharem ficheiros e a possibilidade de se restringir e segurar o acesso a estes ficheiros, assim sendo os sistemas operativos da família NT da Microsoft (desde o Windows NT ao Windows 2008 Server) usam um sistema de ficheiros que permite alcançar este objectivo, este sistema de ficheiros e designado por NTFS (Network File System). Versões anteriores ao Windows NT e seus posteriores substitutos usavam um sistema de ficheiros similar ao usado em MS_DOS designado FAT (File Alocation Table) e o FAT32 uma versão melhorada do FAT que resumidamente permitia usar e formatar discos de maior capacidade acima dos 6 GB sem particionar varias vezes o disco.

Serviços.

Na terminologia Windows, um serviço é um programa ou um processo que corre em pano de fundo continuamente, enquanto outras operações decorrem ou seja, de maneira não transparente ao usuário comum e que oferece determinado tipo de recurso ao usuário.

Na maioria dos casos estes serviços são configurados para iniciar quando o sistema se liga e continuam a funcionar mesmo depois do usuário terminar a sua sessão no computador.

Principais Serviços Oferecidos Pelos Servidores Windows.

Internet Information Server (IIS): Oferece serviços de internet, tais como World Wide Web, Serviços FTP e de Hospedagem de Paginas Web.

Fig. 19 IIS

(internet Infomation Services) Console

Windows Internet Naming Service (WINS): resolve nomes (NetBios) do Windows em Protocolos de Internet (endereços IP).

Fig. 20 Consola de

Administração e configuração do WINS

Domain Name System (DNS): Resolve ou traduz nomes de domínio em endereços IP e vice-versa.

Fig 21 Consola DNS e possível ver as zonas deste domínio.

Dinamic Host Configuration Protocol (DHPC) Server: Atribui automaticamente IPS e outras definições de rede aos dispositivos ligados a rede.

Fig. 22 Servidor DHCP

Routing and Remote Access (RRA): Permite aos servidores rotear o trafico entre duas LANs ou WANs e disponibiliza suporte a vários protocolos de roteamento.

Fig.23 Consola de configuração de Roteamento e aceso remoto mostra o assistente sendo executado.

Distributed File System (DFS): Permite que drives de armazenamento em múltiplos servidores aparecer aos clientes como uma única drive de Armazenamento.

Fig 24 consola Distributed File System

Active Directory: Serviço de Directório, é um serviço de acesso centralizado de controlo de acessos a directórios e a recursos, que tem integrado vários outros serviços como a gestão de usuários e acesso a a recursos por parte deste usuários, controlo de acesso a partilhas, grupos, politicas de acesso (GPOs) entre outros serviços. Este serviço tem como base o protocolo LDAP (lightweight Directory access Protocol) protocolo leve de acesso a directórios.

Fig. 24 Consola do Active Directory

Fundamentos TCP/IP e Protocolos de Rede

IPX: Quando a Novel criou o seu sistema operativo NetWare, desenvolveu também um grupo de protocolos próprios sendo o que mais se destacou foi o IPX (Internetwork Packet Exchange), os protocolos IPX nunca

foram de domínio publico tais como os protocolos Ethernet e TCP/IP levando a Microsoft a desenvolver a sua própria versão de IPX para permitir que pudesse comunicar com computadores NetWare.

NetBEUI: foi o primeiro protocolo criado pela Microsoft e que era usado em sistemas operativos anteriores ao Windows NT, depois disto foi adoptado o TCP/IP como protocolo padrão.

TCP/IP and UDP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP) e User Datagram Protocol (UDP), são os protocolos usados actualmente na mior parte das redes.

FTP: File transfer Protocol (protocolo de transferência de ficheiros).

ICMP: Internet Control Message Protocol.

ARP: Address Resolution Protocol.

POP e POP3: Post Office Protocol, É o protocolo que clientes de Email usam para transferir as suas mensagens dos servidores de Email. Ex. Outlook, Lotus Notes e Mozilla Thunderbird.

SMTP: Simple Mail Transfer Protocol, é o protocolo que permite que servidores de email transmitam mensgens entres si pela internet.

HTTP: Hipertext Transfer Protocol, É protocolo usado pelos navegadores de internet (Internet Explorer, Firefox, Opera, etc.) para abrir ficheiro e conteúdo variado na Web.

DHCP: Dinamic Host Configuration Protocol, é um protocolo que os clientes de redes usam para solicitar configurações de rede automáticas a um servidor de DHCP.

DNS: Domain Name System, Permite a resolução ou conversão de endereços IP em nomes e vice-versa.

SNMP: Simple Network Management Protocol, Protocolo usado por administradores de redes para obter infomações sobre varios componentes de rede.

Endereçamento IP

Um endereço IP é um valor de 32-bits que contem o identificador de uma rede e o identificador do do host (qualquer cliente de rede, exemplo um Pc, impressora, um smartphone etc.) o endereço é definido usando quatro números decimais que vão de 0-255, separados por pontos: por exemplo: 192.168.1.44 isto é conhecido por notação decimal. Cada um dos quatro valores é equivalente a um valor binario de 8-bit por exemplo o valor decimal 172 é equivalente a um valor binário igual a 10101010Nota: Na terminologia TCP, cada 8-bits que constituem um endereço IP são chamados de Octeto

Cada dispositivo de rede ou placa de rede é concebida pelo seu fabricante com um endereço de rede físico conhecido por MAC ADDRESS (Media Access control) que é um endereço único para cada placa de rede ou dispositivo de rede. Cada fabricante usa um endereço para seu hardware que é fornecido por uma instituição reguladora que garante que nenhum dispositivo a nivel universal tenha o mesmo MAC ADDRESS esta instituição é denominada IANA Internet Assigned Numbers Authority.

Classes de IPs

Mascaras de Sub-Redes (Subnet Mask)

Uma sub-rede é simplesmente uma subdivisão de um endereço de rede que pode representar uma LAN ou uma Internetwork de um cliente de um provedor de Internet. Portanto um grande provedor de internet pode ter um endereço de Classe A registado a ele na internet e pode querer distribuir partes destes endereços a seus clientes de serviços de rede em forma de sub-redes. Desta maneira clientes de grandes provedores de internet, são por sua vez pequenos provedores de internet nas suas redes.

Para entender o processo de criação de sub-redes, precisamos compreender o conceito de mascara de redes. Quando configuramos o IP de um computador nos adicionamos a mascara de rede, assim sendo a mascara de rede é usada para identificar a classe da rede a que o host pertence e o seu identificador de rede por exemplo para endereços de classe A a mascara de rede é 255.0.0.0. quando expressa em binário este valor identifica nos primeiros octetos o identificador de rede e o identificador de Host assim sendo a forma binária da mascara de rede 255.0.0.0 seria: 11111111 00000000 00000000 00000000

Tabela de Mascaras de Sub-redes para classes de IP

Classe Mascara de redeA 255.0.0.0

B 255.255.0.0

C 255.255.255.0

Endereçamento de redes Privadas

Classe Endereço de rede A 10.0.0.0 á 10.255.255.255

B 172.16.0.0 á 172.31.255.255

C 192.168.0.0 á 192.168.255.255