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Informática

Redes de Computadores: Conceitos Gerais

Professor Márcio Hunecke

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Informática

REDES DE COMPUTADORES

Uma rede de computadores é um conjunto de equipamentos interligados de maneira a trocar informações e a compartilhar recursos como arquivos de dados gravados, impressoras, modems, softwares e outros equipamentos.

Antes da conexão dos computadores em rede, as empresas possuíam computadores independentes com diversas bases de dados (arquivos de dados) espalhados em duplicidade pela empresa. Esta situação gera problemas devido ao fato de que, nem sempre, os dados em duplicidade são iguais, pois um usuário pode alterar seus arquivos e outro não, passando a haver divergência entre as informações.

EXIGÊNCIAS MÍNIMAS E TERMOS COMUNS

COMPUTADOR – Todo computador ou equipamento que for conectado à rede por meio de um cabo, ou sem cabo, deverá possuir um adaptador de rede, a qual será configurada pelo administrador da rede ou via DHCP, recebendo um nome e um número de identificação.

Tanto o nome quanto o número não poderão ser utilizados por outro computador na mesma rede para não gerar um conflito nessa rede.

PLACA DE REDE OU ADPTADOR DE REDE – Hardware utilizado internamente em um computador que servirá como meio de conexão físico entre este e os demais computadores da rede. Qualquer computador, para fazer parte de uma rede, deverá possuir um adaptador de rede.

ENDEREÇO IP – Cada host, ou seja, cada computador ou equipamento que faz parte de uma rede deve ter um endereço pelo qual é identificado. Em uma rede TCP/IP, todos os hosts têm um endereço IP.

O endereço IP poderá ser fixo ou dinâmico.

IP FIXO – Será um IP Fixo quando o administrador da rede atribuir um número ao equipamento. Esse número permanecerá registrado no equipamento mesmo quando ele estiver desligado.

IP DINÂMICO – Este IP não será atribuído pelo administrador da rede e sim por meio de um software chamado DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) que tem como função a atribuição de IP a cada equipamento que se conectar à rede.

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Nesse tipo de IP, quando o equipamento for desconectado da rede, perderá o seu número e só obterá um novo ou o mesmo número quando se conectar novamente. É o tipo de IP utilizado pelos provedores quando um usuário se conecta a Internet.

IPV4 – Endereçamento utilizado, atualmente composto por 32 bits (binários), dividido em quatro octetos representados em decimal. Os números em cada octeto podem variar entre 0 e 255. Exemplo de um endereço IPV4: 200.23.67.92

IPV6 – Endereçamento ainda pouco utilizado, mas futuramente substituirá o IPV4. O endereço é composto por 128 bits (binários), dividido em oito partes representadas em hexadecimal. Os números em cada uma das partes podem variar entre 0 e FFFF. Exemplo de endereço IPV6: 0000:1111:BABA:CAFE:0ABA:0000:9999:0FFF

Os dois principais motivos para a migração do IPV4 para IPV6 são: escassez de endereços IPV4 na internet e falta de segurança do protocolo IPV4. O aumento da segurança no IPV6 se dá pelo uso do protocolo IPSEC.

Observação – O endereço IP de cada host na mesma rede deverá ser exclusivo, caso contrário, gerará um conflito de rede ou também chamado de conflito de IP.

ADMINISTRADOR DE REDE – O administrador de uma rede de computadores é o responsável pela configuração das propriedades de rede em cada computador e também pelo cadastramento dos usuários dessa rede.

Configurar as propriedades da rede consiste, dentre outras, em atribuir um número de IP ao computador. É esse número que será a identificação do computador na rede a que ele pertencer.

LOGIN – A cada usuário será atribuída, pelo administrador da rede, uma identificação também chamada de LOGIN (nome de usuário). O login deverá ser exclusivo; pois, caso contrário, gerará um conflito de rede.

LOGON – É o processo de se conectar a uma rede. Iniciar uma sessão de trabalho em uma rede.

LOGOFF OU LOGOUT – É o processo de se desconectar de uma rede. Encerrar uma sessão de trabalho em uma rede.

ARQUITETURA DE REDES

Uma rede de computadores é compostas por diversos equipamentos, como roteadores, computadores tipo PC, computadores de grande porte (mainframes ou hosts), switches, comutadores, gateways, hubs, cabos, conectores e outros equipamentos e softwares. A forma como todos estes equipamentos são ligados e interagem entre si é chamada de arquitetura de rede.

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Existe diversas arquiteturas tanto de hardware quanto de software, as quais podem ser definidas pela forma de conexão física dos equipamentos, ou pelos componentes de software ou programas que utilizam.

Em nível de conexão física, há definições de arquitetura como:

Ponto a Ponto

É uma arquitetura de sistemas distribuídos caracterizada pela descentralização das funções na rede, em que cada nodo realiza tanto funções de servidor quanto de cliente.

Multiponto ou Ponto-Multiponto (cliente/-servidor)

Nesta arquitetura, um ponto central pode estar enviando informações para vários pontos, utilizando um mesmo meio e fazendo derivações ao longo do meio. Este tipo de ligação pode existir numa arquitetura de redes conectadas a grandes distâncias entre si, chamadas de redes Wan (wide area network). A informação parte de um computador central por um único meio de transmissão e é distribuída para vários pontos por meio de endereços lógicos diferentes.

TOPOLOGIA DE REDES

Topologia de rede é a forma como os computadores serão interligados fisicamente, ou seja, o layout físico da rede.

BARRAMENTO OU LINEAR

Esta topologia é a arquitetura de redes Ethernet e Cheapernet ligadas por cabos coaxiais, em que as estações (computadores) da rede vão sendo conectadas ao longo do cabo. O sinal elétrico que transporta a informação é difundido ao longo de todo o cabo para toda as estações nas duas direções, ou seja, bidirecional.

Uma das vantagens dessa forma de conexão é o baixo custo e a rapidez com que se consegue ligar novos nós ao barramento.

A desvantagem é que se o cabo partir em algum ponto, toda a rede para de funcionar.


ANEL

Nesta arquitetura, os dados circulam num cabo que conecta todas as estações num formato circular. Os dados passam por todos os nós da rede, até encontrar o nó com o endereço destino dos dados. O fluxo dos dados ao longo do anel é unidirecional, ou seja, ele é transmitido e caminha em apenas um sentido.

Numa arquitetura em anel, para alcançar seu destino, os dados devem obrigatoriamente passar pelos nós intermediários, os quais leem o endereço. Caso o endereço não seja de um determinado nó, ele passa para o próximo nó.

Caso um nó de rede pare de funcionar, a transmissão de dado no anel também é interrompida, afetando toda a rede.

ESTRELA

A mais comum atualmente, a topologia em estrela utiliza cabos de par trançado e um concentrador como ponto central da rede. O concentrador se encarrega de retransmitir todos os dados para todas as estações, mas com a vantagem de tornar mais fácil a localização dos problemas, já que, se um dos cabos, uma das portas do concentrador ou uma das placas de rede estiver com problemas, apenas o nó ligado ao componente defeituoso ficará fora da rede.

TOPOLOGIA MISTA OU HÍBRIDA

Esta é a topologia mais utilizada atualmente. Todas as estações são conectadas a um periférico concentrador (hub ou switch). Existem vários segmentos da rede, ligados em barramento ou estrela, por meio de pontes, concentradores ou roteadores. Um anel pode ligar os micros, criando um caminho alternativo de tráfego de dados. Esta técnica tenta extrair o que há de melhor em cada tipo de topologia.

MEIOS DE TRANSMISSÃO

Existem, basicamente, três meios utilizados na transmissão de dados:



I – Transmissão por fios ou cabos de cobre, na qual os dados são transmitidos por sinais elétricos que se propagam no metal. Exemplo: coaxial e par trançado.

II – Transmissão por fibra óptica, na qual os dados são transmitidos por sinais luminosos que se propagam pelo o vidro ou plástico que forma a fibra óptica. Exemplo: cabo de fibra óptica.

III – Transmissão por irradiação eletromagnética em que os dados são transmitidos por sinais elétricos irradiados por antenas através do espaço. Exemplo: ondas de rádio, infravermelho e laser.

TIPOS DE CABOS MAIS UTILIZADO EM REDES LOCAIS

Os cabos de par trançado são os mais usados, pois têm um melhor custo-benefício. Eles podem ser comprados prontos em lojas de informática, ou feitos sob medida, ou ainda produzidos pelo próprio usuário, e ainda são dez vezes mais rápidos que os cabos coaxiais. Surgiram com a necessidade de se ter cabos mais flexíveis e com maior velocidade de transmissão. Assim, eles vêm substituindo os cabos coaxiais desde o início da década de 1990. O nome “par trançado” é muito conveniente, pois estes cabos são constituídos justamente por quatro pares de cabos entrelaçados. Existem basicamente dois tipos de cabo par trançado: os Cabos sem blindagem, chamados de UTP (Unshielded Twisted Pair) e os blindados, conhecidos como STP (Shielded Twisted Pair).

As taxas usadas nas redes com o cabo par trançado são:

• 10 Mbps (Ethernet);

• 100 Mbps (Fast Ethernet) ou

• 1000 Mbps (Gigabit Ethernet).

• 10000 Mbps ou 10 Gbps (10 Gigabit Ethernet).

Os cabos coaxiais permitem que os dados sejam transmitidos por uma distância maior que a permitida pelos cabos de par trançado sem blindagem (UTP); mas, por outro lado, não são tão flexíveis e são mais caros que eles.


Os cabos de fibra óptica permitem transmissões de dados a velocidades muito maiores e são completamente imunes a qualquer tipo de interferência eletromagnética, porém são muito mais caros e difíceis de instalar, demandando equipamentos mais caros e mão de obra mais especializada. Apesar da alta velocidade de transferência, as fibras ainda não são uma boa opção para pequenas redes devido ao custo.

Ao contrário dos cabos coaxiais e de par trançado, que nada mais são do que fios de cobre que transportam sinais elétricos, a fibra óptica transmite luz e, por isso, é totalmente imune a qualquer tipo de interferência eletromagnética. Além disso, como os cabos são feitos de plástico e fibra de vidro (em vez de metal), são resistentes à corrosão.

TIPOS DE REDES

LAN – REDES LOCAIS DE COMPUTADORES

Em computação, rede de área local (ou LAN, acrônimo de local area network) é uma rede de computador utilizada na interconexão de computadores, equipamentos processadores com a finalidade de troca de dados. Um conceito mais definido seria: é um conjunto de hardware e software que permite a computadores individuais estabelecerem comunicação entre si, trocando e compartilhando informações e recursos. Tais redes são denominadas locais por cobrirem apenas uma área limitada (10 Km no máximo, quando passam a ser denominadas MANs), visto que, fisicamente, quanto maior a distância de um nó da rede ao outro, maior a taxa de erros que ocorrerão devido à degradação do sinal.

As LANs são utilizadas para conectar estações, servidores, periféricos e outros dispositivos que possuam capacidade de processamento em uma casa, escritório, escola e edifícios próximos.



MAN – METROPOLITAN AREA NETWORK

Rede que se caracteriza pela localização de seus computadores, geralmente, em uma área que abrange um município ou área metropolitana.

PAN – PERSONAL AREA NETWORK (REDE PESSOAL)

Rede composta pelos equipamentos que circundam um indivíduo, como, por exemplo, computador, celular, câmera digital, entre outros, todos interligados de alguma forma, seja com cabos, seja sem cabos (wireless).

WAN (WIDE AREA NETWORKS) E REDES CORPORATIVAS

Pode-se definir uma rede corporativa como um conjunto de plataformas de comunicação interligadas e que atende a uma empresa ou corporativa.

Definiu-se uma WAN (Wide Area Network) como redes de computadores distantes interconectadas. Uma rede Wan pode ser composta por redes locais (Lan - Local Area Network), computadores de grande porte, redes de telefonia integradas, equipamentos de multimídia, videoconferência e TV interativa, interligados com interoperabilidade e conectividade, compartilhando meios de transmissão.

REDES SEM FIO (WIRELESS)

Redes sem fio são os tipos de redes que não usam cabeamento de tipo par trançado, coaxial, fibra óptica, nesse tipo de rede, há os seguintes tipos de mídias:

• Infravermelho

• Ondas de rádio (Wi-Fi “wireless fidelity”)

• Bluetooth

Uma rede sem fio pode ser de dois tipos:

1. Rede infraestruturada – Rede sem fio que é praticamente uma extensão da rede cabeada e possui um "wireless hub" que é o AP - Access Point. Esse AP é responsável pelo tráfego da rede cabeada para a rede wireless.

2. Rede ad-hoc – Rede sem infraestrutura. Rede sem AP, onde todas as máquinas comunicam-se com as outras diretamente.

Para entender as nomenclaturas das redes wireless, basta adicionar um "W" ao nome destas estruturas de rede. Assim, uma WLAN seria uma Wireless Local Area Network (Rede Local Sem Fio). Há, então, redes WPAN, WLAN, WMAN.


CONEXÃO POR RAIOS INFRAVERMELHOS – INFRARED

A comunicação wireless está presente há um bom tempo no cotidiano do usuário. Fala-se da conexão sem fio mais comum – os controles remotos para televisores, som, DVD, entre outros, utilizam conexão por raios infravermelhos (InfraRed). Essa conexão atua em um alcance máximo de 5m, aproximadamente, e com ângulo de 45 graus a partir da fonte.

Apesar de oferecer conexão, o InfraRed trazia a inconveniência de sempre necessitar do alinhamento dos dispositivos, o que criava uma certa dificuldade para locomoção, além de ter a mesma velocidade de uma porta serial (hoje já em desuso).

CONEXÃO POR RÁDIO FREQUÊNCIA – BLUETOOTH (802.15)

Foi, então, desenvolvida a tecnologia conhecida como bluetooth. Esta tecnologia atua em um raio de 10m, com uma velocidade maior que o InfraRed, utilizando a Rádio Frequência. O bluetooth propaga o sinal em todas as direções, não necessita alinhamento e torna a locomoção mais fácil.

Pode-se comparar bluetooth a uma USB wireless. Essa tecnologia tem sido aplicada mais comumente pela mobilidade que oferece (está sendo instalada em automóveis, por exemplo) e aumenta a produtividade e a conectividade do indivíduo. Ambas as tecnologias (InfraRed e bluetooth) se aplicam às WPANs (Wireless Personal Area Network), realizando a interoperabilidade entre dispositivos próximos.

CONEXÃO POR RÁDIO FREQUÊNCIA – WI-FI (802.11)

Dentro do conceito de WLAN (Wireless Local Area Network) há o conhecido Wi-Fi. O Wi-Fi nada mais é do que um nome comercial para um padrão de rede wireless.

Os principais padrões na família IEEE 802.11x são:

IEEE 802.11 a: padrão wi-fi para freqüência 5Ghz, com capacidade teórica de 54Mbps.

IEEE 802.11 b: padrão wi-fi para freqüência 2,4 Ghz, com capacidade teórica de 11Mbps. Este padrão utiliza DSSS (Direct Sequency Spread Spectrum – Sequência Direta de Espalhamento de Espectro) para diminuição de interferência.

IEEE 802.11 g: padrão wi-fi para freqüência 2,4 Ghz, com capacidade teórica de 54Mbps.

IEEE 802.11n: Padrão Wi-Fi para frequência 2,4 GHz e/ou 5 GHz com capacidade de 65 a 600 Mbps.

SEGURANÇA

Devido ao seu raio de alcance, é necessário impor um certo controle sobre isso, uma vez que, sem segurança, qualquer dispositivo poderia se conectar à internet desde que esteja ao alcance



do sinal, razão pelo qual há diferentes mecanismos de segurança para a proteção de redes, o que evita a utilização de dispositivos não autorizados. Os principais mecanismos são:

WEP – Também conhecido como Wired Equivalent Privacy, existe desde o padrão 802.11 original, consistindo em um mecanismo de autenticação que basicamente funciona de forma fechada ou aberta através do uso de chaves. Assim, ao ser definida uma chave, o dispositivo terá que fornecer a mesma. Esse sistema pode trabalhar com chaves de 64 bits e de 128 bits (pode-se encontrar também 256 bits), tendo assim, diferentes níveis de segurança, sendo a última a mais segura, todavia, não se indica a utilização do WEP devido às suas potenciais falhas de segurança.

WPA – Frente o problema com segurança no WEP, a Wi-Fi Alliance criou o formato Wired Protected Access (WPA), que é mais seguro que o WEP por se basear em um protocolo chamado Temporal Key Integrity Protocol (TKIP), que ficou conhecido como WEP2. Assim, ao contrário do WEP, nesse sistema a chave é trocada periodicamente, sendo a sequência definida na configuração da rede (o passphrase). Por essa razão, recomenda-se a utilização do WPA ao ínvés do WEP.

WPA2 (AES) – O WPA2 é uma variação do WPA que se baseia no protocolo Advanced Encryption Standard (AES), sendo conhecida também como 802.11i, que é um conjunto de especificações de segurança. Esse mecanismo oferece alto grau de segurança, entretanto, tem como deficiência a alta exigência de processamento, o que pode prejudicar o desempenho do equipamento em que opera.

CONEXÃO POR RÁDIO FREQUÊNCIA WI-MAX (802.16)

É o tipo de tecnologia de banda larga sem fio que foi desenvolvida para atender, de uma forma mais ampla, a cobertura de conexão não atingida pelas demais formas de conexão, como, por exemplo, Cabo, ADSL, WI-FI. Em teoria, os equipamentos Wi-Max tem alcance de aproximadamente 50 Km, portanto, podendo formar uma rede metropolitana (WMAN), diferentemente dos equipamentos Wi-Fi, que tem alcance de aproximandamente 100 metros que, por sua vez, formam uma rede WLAN.


PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

Pode-se definir um protocolo de comunicação de dados como um conjunto de regras que controla a comunicação para que ela seja eficiente e sem erros. Um dos objetivos principais do protocolo é o de detectar e evitar a perda de dados ao longo da sua transmissão, caso isso ocorra.

PROTOCOLOS TCP/IP (Transmission Control Protocol /Internet Protocol)

O protocolo TCP/IP foi criado visando a atender a necessidade de endereçamento e de interconexão de redes. Pode-se considerar o TCP/IP como arquitetura formada por um conjunto de protocolos de comunicação utilizados em redes locais (LANs) ou em redes externas às empresas (WANs).

IP é o protocolo não orientado à conexão responsável pelo o encaminhamento dos dados pela rede, ou seja, não verifica se os dados chegaram ou não ao destino. Isto é feito por meio de endereços. Tais endereços são chamados de IP.

TCP (Transmission Control Protocol): responsá-vel pela transferência dos dados propriamente ditos. É um protocolo orientado à conexão, ou seja, efetua a transferência dos dados e veri-fica a integridade dos mesmos até o destino. Caso ocorra alguma perda durante o percurso, eles serão retransmitidos.

UDP (User Datagram Protocol): responsável pela transferência dos dados, porém não orientado à conexão, ou seja, não verifica se os dados chegaram ou não ao destino.

ICMP (Internet Control Message Protocol): protocolo integrante do protocolo IP, usado pelos roteadores para informar à máquina transmissora a ocorrência de um erro com o datagrama enviado. Ele não se preocupa em corrigir o erro, tampouco em verificar a integridade dos datagramas que circulam pela rede.

HTTP (Hiper Text Transfer Protocol): responsável pela transferência de hipertextos, ou seja, é o protocolo que permite abrir páginas da Internet.

FTP (File Transfer Protocol): protocolo responsável pela transferência de arquivos (download ou upload).

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): é o responsável por enviar mensagens de correio eletrônico.

POP (Post Office Protocol): é o responsável por verificar e transferir mensagens do servidor de mensagens para o computador do usuário. Esse protocolo permite que a mensagem seja visualizada apenas por uma máquina.

IMAP (Internet Message Access Protocol): tem a mesma função do POP; mas, em vez de transferir a mensagem para o computador do usuário, transfere apenas cópia da mesma. Esse protocolo permite que a mensagem seja visualizada por máquinas diferentes.



DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): protocolo que facilita a configuração do endereço IP nas estações de trabalho (clientes) de uma rede.

EQUIPAMENTOS CONCENTRADORES DE CABOS E CONEXÃO

MODEM

Modem é um equipamento Modulador/Demodulador que transforma os sinais elétricos digitais que saem do computador em sinais analógicos que podem ser transmitidos a longas distâncias pela rede telefônica pública.

HUBS

O uso de cabos de pares trançados conectados individualmente a cada equipamento da rede local faz com que se tenha uma arquitetura de ligação no formato estrela. O hub é ligado em todos os cabos e é a ponte central, funcionando como um barramento centralizado que isola as portas, ou seja, se a ligação de uma estação é rompida, não afeta as demais que estão ligados no hub.

Uma das principais funções do equipamento hub, ou concentrador de conexões, é a de isolar problemas que ocorrem nos equipamentos ou nos cabos de uma rede local. Como cada elemento de uma rede local (também chamado de nós de rede local) é ligado diretamente ao hub num formato estrela, no caso de falha de um equipamento ou de um cabo, não ocorre interferência nos outros, assim, isolam-se e detectam-se defeitos com mais segurança.

SWITCH

Um comutador, ou switch, é um dispositivo utilizado em redes de computadores para reencaminhar módulos (frames) entre os diversos nós.


Diferença entre Hubs e Switches

Um hub simplesmente retransmite todos os dados que chegam para todas as estações conectadas a ele, como um espelho, causando o famoso broadcast que ocasiona muitos conflitos de pacotes e faz com que a rede fique muito lenta.

O switch em vez de, simplesmente, encaminhar os pacotes para todas as estações, encaminha apenas para o destinatário correto, pois ele identifica as máquinas pelo seu endereço MAC, que é estático.

ROUTER (ROTEADOR)

O roteador é, basicamente, um equipamento que encaminha os pacotes de dados por uma rede WAN até que atinjam seu destino. Os dados vão passando nó por nó da rede, sendo que, em cada nó da rede, há um roteador e, por um endereço que é tratado pelo protocolo de rede, atinge o seu destino.

O papel fundamental do roteador é o de poder escolher um caminho para o datagrama chegar até seu destino. Em redes grandes, pode haver mais de um caminho, e o roteador é o elemento responsável por tomar a decisão de qual deles percorrer. Em outras palavras, o roteador é um dispositivo responsável por interligar redes diferentes, inclusive podendo interligar redes que possuam arquiteturas diferentes.



VPN

VPN (Virtual Private Network), ou Rede Privada Virtual, é uma rede de comunicações privada normalmente utilizada por uma empresa ou um conjunto de empresas e/ou instituições, construída em cima de uma rede de comunicações pública (como, por exemplo, a Internet).

Uma VPN é uma conexão estabelecida sobre uma infraestrutura pública ou compartilhada, usando tecnologias de tunelamento e criptografia para manter seguros os dados trafegados. VPNs seguras usam protocolos de criptografia por tunelamento, que fornecem a confidencialidade, autenticação e integridade necessárias para garantir a privacidade das comunicações requeridas. Quando adequadamente implementados, estes protocolos podem assegurar comunicações seguras por meio de redes inseguras.

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