Por Jackson Laskoski
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INTRODUÇÃO
Rede de computadores é um conjunto de nodos, interligados entre si através de elos, em um ambiente definido (topologia). Uma rede de computadores consiste basicamente da interligação de equipamentos computacionais através de um sistema de comunicação de dados, objetivando a troca de informações entre si. Este sistema de comunicação constitui-se de um arranjo topológico que interligam os vários computadores (terminais – estações – nós), e de um conjunto de regras, de forma a organizar a comunicação. A conexão pode ser feita por fio de cobre, fibras óticas, microondas e satélites de comunicação.
Para que possamos interligar dois ou mais computadores em uma rede, possibilitando a estes se comunicarem, compartilharem recursos e informações, faz-se necessário a configuração/escolha de alguns aspectos: protocolos de comunicação, interfaces de redes envolvidas, sistemas operacionais, dispositivos de conexões, topologia, necessidades de ambiente, segurança etc..
Podemos dividir as redes de computadores em basicamente três tipos:
LAN (Local Area Network): São pequenas redes, geralmente de uso e manutenção privada, que interligam nodos dentro de uma pequena distância (esta distância pode variar, geralmente, de 01 m à 25 Km). Muito utilizada para conectar computadores pessoais e estações de trabalho em escritórios e instalações industriais, permitindo o compartilhamento de recursos e informações, As redes locais se diferem das demais pelo seu tamanho, tecnologia e velocidade (muito maior) de transmissão e topologia.
MAN (Metropolitan Area Network): Chamada também de Rede Metropolitana, é uma versão ampliada de uma LAN, pois basicamente os dois utilizam tecnologias semelhantes. Uma MAN pode abranger um grupo de escritórios vizinhos ou uma cidade inteira e pode ser privada ou pública. Uma MAN tem apenas um ou dois cabos e não contém elementos de comutação, capazes de transmitir pacotes através de uma série de linhas de saída. A ausência desses elementos simplifica a estrutura. As redes metropolitanas possuem um padrão especial que é o DQDB (Distributed Queue Dual Bus) que consiste em dois barramentos (cabos) aos quais todos os computadores são conectados. Cada barra tem um head-end, um dispositivo que inicia a atividade de transmissão. O tráfego destinado a um computador localizado à direita do emissor utiliza o barramento superior. O tráfego à esquerda do emissor utiliza o barramento inferior. As MANs tem velocidade de transmissão inferior as LANs, por questões de dispositivos de conexões, distâncias entre os nodos e tecnologias dos elos.
WAN (Wide Area Network): Uma rede Geograficamente distribuída, ou WAN, abrange uma ampla área geográfica, com freqüência um país ou continente. Ela contém um conjunto de máquinas cuja finalidade é executar os programas do usuário, podemos chamar essas máquinas de Host ou end system. Os Hosts são conectados por uma sub-rede de comunicação ou simplificando, uma sub-rede, onde sua tarefa é transportar mensagens de um host para outro. Esta estrutura de rede é altamente simplificada, pois separa os aspectos de comunicação pertencente à rede (a sub-rede) dos aspectos de aplicação (os Hosts). Na maioria das redes geograficamente distribuídas, a sub-rede consiste em dois componentes distintos: linha de transmissão e elementos de comutação. As linhas de transmissão (também chamadas de circuitos, canais ou troncos) transportam os bits entre as máquinas. Os elementos de comutação são computadores especializados usados para conectar duas ou mais linhas de transmissão. Podemos também chamar esses computadores de comutação de roteadores. Os Hosts em geral estão conectados a uma LAN em que há um roteador, embora em alguns casos um host possa estar diretamente conectado a um roteador. O conjunto de linhas de comunicação e roteadores (sem os Hosts) forma a sub-rede. O Exemplo mais prático de uma WAN é a internet, a maior rede de computadores do mundo. Nas WANs a velocidade de transmissão/recepção de dados é muito menor (no contexto geral) no que nas LANs, por exemplo. Para vivificar esta realidade basta analisarmos as conexões e velocidade de tráfego na internet.
De uma forma genérica podemos ainda subdividir as redes de computadores (LANs, MANs ou WANs) em basicamente dois tipos bem distintos:
Redes de difusão: Possui apenas um canal de comunicação, compartilhado por todas as máquinas. As mensagens curtas, pacotes, enviadas por uma máquinas são recebidas por todas as outras. Um campo de endereço dentro do pacote especifica seu destinatário. Quando recebe um pacote, uma máquina analisa o campo de endereço. Se o pacote tiver sido endereçado à própria máquina, ela o processará, senão será ignorado. Também há a possibilidade de endereçar um pacote a todos os destinatários por meio de um código especial contido no campo de endereço. Esse modo de operação é chamado de difusão (broadcasting). Alguns sistemas de difusão também suportam transmissão para um subconjunto das máquinas, multidifusão (multicasting). Um exemplo prático deste tipo de rede são as LANs que fazem uso de Hubs como centralizadores de conexões.
Redes ponto a ponto: Consistem em muitas conexões entre pares individuais de máquinas. para ir da origem ao destino, talvez um pacote desse tipo de rede tenha de visitar uma ou mais máquinas intermediárias. Como em geral é possível ter diferentes rotas com diferentes tamanhos, os algoritmos de roteamento desempenham um importante papel nas redes ponto a ponto. Embora haja algumas exceções, geralmente as redes menores tendem a usar os sistemas de difusão e as maiores, os sistemas ponto a ponto. Um exemplo prático deste tipo de abordagem é a conexão feita pelo um host para o seu provedor de internet, onde um computador disca (via modem, por exemplo) para o seu provedor de internet usando o protocolo ppp (point to point protocol – Protocolo ponto a ponto).
PADRÕES DE REDE:
Ethernet
Ethernet é a topologia de rede mais utilizada. O método de acesso Ethernet utiliza o CSMA/CD (Acesso Múltiplo Sensível a Portador com Detecção de Colisão). Neste método, múltiplas estações de trabalho acessam o meio de transmissão (Acesso Múltiplo), ouvindo, até que nenhum sinal seja detectado (Sensor de Portadora). Então, elas transmitem e verificam se mais de um sinal está presente (Detecção de Colisão). Cada estação tenta transmitir quando ela “acredita” que a rede está livre. Se houver uma colisão, cada estação tenta retransmitir após uma espera predefinida, que é diferente para cada estação de trabalho. Se uma colisão é detectada, um sinal de “congestionamento” é propagado para todos os nós. Cada estação que detectar a colisão deverá esperar um certo período de tempo e, em seguida, tentar novamente. Por padrão de engenharia e mercado o modelo de rede Ethernet permite tráfego a 10 Mbit/s. Entretanto existem pelo menos duas variações deste padrão. O Fast Ethernet (que trafega até 100 Mbit/s) e o Gigabit Ethernet (que trafega dados até um 1 Gigabit/s.
FDDI
Características:
* Taxa de Transmissão: 100Mbps
* Topologia elétrica: anel
* Protocolos : TCP/IP – DECnet
* FDDI – Fiber Distributed Data Interface, é definida como uma rede de duplo anel, usando FO (fiber optic) como meio físico para transmitir a uma taxa de 100Mbps até 200Km.
* O custo dessa tecnologia é muito alto.
* A maior vantagem no FDDI está na velocidade. Usa somente fibra ótica com velocidade de 100 Mbps.
ATM
O ATM consiste em uma tecnologia de comunicação de dados orientada a conexão que se diferencia das outras por possuir grande enfoque na qualidade de servico que o sistema pode oferecer. Inicialmente utilizada na telefonia, o ATM foi projetado para a transmissão de vários tipos de dados diferentes tais como vídeo, imagem, som e voz. O ATM trabalha com hierarquia e com um sistema inteligente de roteamento o que o torna uma tecnologia expansível e, talvez, a tecnologia mais complexa para a comunicação de dados já criada. O ATM trabalha, basicamente, com comunicações ponto-a-ponto tendo como “ilhas” switches ATM e, nas pontas, computadores ou até mesmo aparelhos dedicados. Inicialmente quando é estabelecida a conexão física entre dois pontos é estabelecido primeiro a primeira VP (Virtual Path ou caminho virtual) que nada mais é do que uma banda por onde vai passar toda a comunicação entre os dois pontos. Dentro dos VPs são criados os VCs (Virtual Conexion ou conexão virtual) que são bandas alocadas tanto dinamicamente (SVCs) quanto de maneira manual via configuração do switch (PVCs).
OUTROS CONCEITOS IMPORTANTES:
* Nós e Roteadores
Em redes roteáveis como é o caso de redes Ethernet baseadas no protocolo TCP/IP, existem dois níveis de dispositivos bem definidos e distintos: os nós de extremidade e os roteadores. De acordo Grupta e Parihar (2002), os nós de extremidade são dispositivos manipulados por usuários normativos que interagem com os mesmos em suas atividades cotidianas, são estações de trabalho clientes. Já os roteadores são dispositivos com a responsabilidade de estabelecer conexões entre redes isoladas muitas vezes física e logicamente e, são conectados a duas ou mais redes distintas. Para pertencer a uma determinada rede cada dispositivo deve possuir o mesmo número de rede e um número de host diferente dos demais dispositivos daquela rede. Assim sendo, os roteadores precisam utilizar endereçamentos distintos para cada uma das redes que possui contato.
O roteador é um equipamento mais do que útil em redes roteáveis. Podemos afirmar que na grande maioria dos casos, quando as redes subdividem-se em redes menores/departamentais, o roteador torna-se um equipamento indispensável no gerenciamento, envio e recepção de informações. Pode ser um equipamento específico, adquirido junto aos diversos fornecedores de equipamentos para redes de comunicação/computadores do mercado, ou pode ser um simples PC, munido de um sistema operacional que suporte o protocolo em questão e duas ou mais interfaces de rede conectadas simultaneamente. “Geralmente, o roteamento é uma tarefa que faz uso intensivo da CPU e pode influenciar de modo significativo no desempenho do equipamento, realizando outras tarefas além do roteamento. Por isso, muitos roteadores são equipamentos dedicados” (Arnett, et. al, 1997, p. 57).
Um dos principais objetivos da utilização de roteadores em redes que precisam ser “quebradas” física e logicamente em partes menores, é manter o isolamento político. Os roteadores unidos as redes roteáveis possibilitam que dois nós se comuniquem entre si e, ao mesmo tempo, continuem fisicamente e logicamente isolados (Arnett et. al, 1997).
Resumidamente, quando um nó de extremidade possui um pacote IP e deseja enviá-lo a outro nó, ele analisa o cabeçalho do pacote e verifica o endereço de destino. Caso o nó de destino esteja na mesma rede, ou seja, no mesmo fio (no mesmo cabo ou em cabos diferentes conectados através de pontes), o nó de origem usa o protocolo ARP para descobrir o endereço MAC do nó de destino e, desta forma, envia o pacote diretamente ao seu local fim. No caso do nó de destino estar em uma rede lógica e fisicamente distinta, o nó de transmissão encapsula o pacote IP e o envia ao seu respectivo roteador, que repetirá o processo novamente, ou seja, avaliará o cabeçalho do pacote e, se ele (roteador) conhecer o destino, o enviará diretamente ao seu fim, do contrário manda o referido pacote para o seu roteador padrão (Grupta e Parihar, 2002). Em suma podemos dizer que um nó comum em uma rede Ethernet baseada no protocolo de comunicação TCP/IP “faz” duas perguntas básicas ao pacote que lhe foi enviado e, baseado na resposta toma uma decisão:
pacote é meu? (caso a resposta seja negativa segue adiante)
Eu conheço quem é o dono deste pacote? (caso a resposta seja negativa segue adiante)
Então o meu roteador deve saber… (conclusão óbvia no caso das duas questões anteriores serem negativas)
* Elo
Um Elo, ramo ou meio, é uma trajetória de comunicação entre dois nodos. Trata-se do meio pelo qual os hosts interligam-se durante a concepção de uma rede de computadores. O termo elo é usado como sinônimo de canal e circuito, e pode ser de vários tipos:
1 – Rádio
2 – Fibra ótica
3 – Satélite
4 – Cabo coaxial
5 – Linha telefônica
* Topologia
A grosso modo poderíamos dizer que a topologia está para a rede de computadores, assim como a planta baixa está para a futura casa a ser construída, ou seja, trata-se do desenho da rede. Em outras palavras significa dizer que topologia é a forma pela qual os hosts/nodos se dispõe geograficamente dentro do complexo computacional em relação aos centralizadores de conexões, elos, servidores, etc… Existem uma gama muito grande de topologias conhecidas, contudo, podemos dizer que as mais implementadas/conhecidas são:
Topologia Estrela;
Topologia Anel;
Topologia Barramento;
Malha (internet);
* Pacotes
Na esmagadora maioria das redes de comunicação, tais como as redes TCP/IP e Token-Ring, as informações são quebradas em partes menores chamadas pacotes (datagramas) para serem enviadas de um ponto ao outro. Isto ocorre para evitar que uma determinada transação ocupe todo o tempo, performance e banda do complexo de rede.
Neste sentido, segundo Grupta e Parihar (2002), uma rede funciona como uma linha compartilhada. No caso de dois dispositivos quererem compartilhar um grande volume de informações, seria injusto que estes o fizessem com exclusividade da banda de rede, impedindo que informações talvez mais urgentes fossem transmitidas. Quando as informações são quebradas em partículas menores, cada uma delas é enviada de forma individual, possibilitando, desta maneira, o cruzamento de pacotes no mesmo meio físico e lógico, permitindo o uso do meio de rede por mais de uma transação (inter-comunicação).
Existe ainda um segundo motivo muito forte para a utilização de pacotes nos meios de transmissão de redes, a detecção e tratamento de erros. As redes de comunicação são basicamente constituídas de meios de transmissão (ondas de rádio, raios luminosos, etc..) que estão permanentemente sujeitos a interferências que podem danificar ou retardar o processo de envio/recebimento, como exemplo podemos citar ruídos, tensão elétrica, altas ou baixas temperaturas, dentre outros. Na verdade, grande parte da complexidade de uma interligação em rede envolve o tratamento de cenários de simulação de danos. Várias técnicas de detecção de erros são baseadas em somas de verificação: quando um emissor transmite informações (como bytes de dados), uma totalização ativa incluindo todos os dados enviados é mantida e, então, enviada no final da transmissão. O receptor computa o total de dados recebidos e o compara com a totalização transmitida. Se houver uma diferença entre o total de bytes recebidos e aquele computado, então houve um problema de danificação dos dados ou do total. Nesse caso, o emissor receberá orientação para retransmitir os dados (Arnett, et. al, 1997, p. 55).
* Protocolos
Para que haja comunicação efetiva em uma rede de computadores, é necessário uma infra-estrutura condizente que possibilite a conversação entre seus nós de forma transparente e ordenada. Assim sendo, requisitos como interfaces de rede, inter-conexões e sistemas de comunicação são indispensáveis para que um complexo de rede possa assumir de fato o seu papel, possibilitar a comunicação e o compartilhamento de informações entre seus respetivos nós de forma segura, transparente e ininterrupta.
Seguindo esta linha de raciocínios podemos dizer que um outro requisito se faz indispensável quando da concepção de redes de computadores, o protocolo de comunicação. Imaginemos que todos os nós de uma determinada rede transmitissem com regras distintas, seria como se reuníssemos um Russo, um Árabe, um Americano e um Brasileiro em uma mesma sala, sem que nenhum deles falasse outra língua que não fosse sua língua natal e sem a presença de um interprete. Com toda a certeza haveriam muitas dificuldades no entendimento, na fala e consequentemente na comunicação destas pessoas. É isto que ocorreria se por ventura não existissem protocolos de comunicação nas redes de computadores, certamente a comunicação se tornaria rara ou talvez impossível. O protocolo desempenha o papel do interprete no complexo de comunicação.
Como já disse Arnett, et. al (1997, p. 55), “um protocolo é um conjunto de regras que define o formato dos pacotes e a semântica de utilização desses pacotes”. No caso do TCP/IP, a grande maioria destas regras e especificações estão disponíveis na internet como RFCs (Requests For Comments). Estas informações na sua grande maioria são úteis para engenheiros e técnicos interessados na implementação de protocolos da família.
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