Universo da Informática: Conhecendo as Redes de Computadores

Conceito de Redes:

A rede de computadores é um grupo de computadores de funcionamento independente do outro e interconectados por cabos de rede. A rede permite o compartilhamento de softwares, informações, arquivos e demais serviços.

A rede pode atuar em computadores, em periféricos (impressoras, scanners, e outros equipamentos), e em máquinas de linha de produção. A rede de computadores reduz custo com a aquisição de softwares, minimiza processos de envio de projetos, significa economia de tempo e melhor desempenho operacional numa empresa.

A primeira tentativa de implemento de uma rede ocorreu em setembro de 1940, através dos trabalhos de George Stibitz, que utilizou uma máquina de teletipo para envio de instruções de sua Model K situada na Faculdade de Dartmouth para uma calculadora na cidade de Nova York.

Em 1964, desenvolveram o Sistema de Compartilhamento de Tempo de Dartmouth para vários usuários situados em trabalhos de sistemas de computadores. Na época, a General Eletric e a Bell Labs conseguiram rotear conexões telefônicas através do computador Dec´s PDP-8.

Os conhecimentos em rede aumentou significativamente na década de 90, atualmente há vários tipos específicos de redes, as mais conhecidas são:

LAN – Local Area Network – é uma rede local situada num domicílio, sala comercial ou lan house;

MAN – Metropolitan Area Network – utilizada entre duas cidades;

WAN – Wide Area Network- Utilizada entre pontos intercontinentais, como por exemplo, o sistema bancário internacional;

RAN- Regional Area Network- rede presente em determinada região delimitada.

Uso Comercial e Doméstico:

As redes de computadores possuem diversas aplicações

comerciais e domésticas

Comercial:

As aplicações comerciais proporcionam

· Compartilhamento de recursos: impressoras, licenças de

software, etc.

· Maior conﬁabilidade por meio de replicação de fontes de

dados

· Economia de dinheiro: telefonia IP (VoIP), vídeo

conferência, etc.

· Meio de comunicação eﬁciente entre os empregados da

empresa: e-mail, redes sociais, etc.

· Comércio eletrônico

Doméstico:

As aplicações domésticas proporcionam

· Acesso a informações remotas: jornais, bibliotecas digitais, etc.

· Comunicação entre as pessoas: twitter, orkut, facebook, messenger, etc.

· Entretenimento interativo: distribuição de músicas, ﬁlmes, etc.

· Comércio eletrônico

· Jogos

Classificações das redes

LAN é o acrónimo de Local Area Network, é o nome que se dá a uma rede de carácter local, e cobrem uma área geográfica reduzida, tipicamente um escritório ou uma empresa, e interligam um número não muito elevado de entidades. São usualmente redes de domínio privado;

MAN significa em inglês Metropolitan Area Network. Esta rede de carácter metropolitano liga computadores e utilizadores numa área geográfica maior que a abrangida pela LAN mas menor que a área abrangida pela WAN. Uma MAN normalmente resulta da interligação de várias LAN, cobrindo uma área geográfica de média dimensão, tipicamente um campus ou uma cidade/região, podem ser redes de domínio privado ou público. Pode estar inclusivamente ligada a uma rede WAN;

WAN significa Wide Area Network, e como o nome indica é uma rede de telecomunicações que está dispersa por uma grande área geográfica. A WAN distingue-se duma LAN pelo seu porte e estrutura de telecomunicações. As WAN normalmente são de carácter público, geridas por um operador de telecomunicações.

Classificação das redes sem fio

Wlan(Wireless Area Network) é uma conexão sem fio que utiliza as ondas de rádio para realizar a conexão com a internet ou entre a rede, ao contrário da conexão ADSL ou TV que utiliza cabos. Sua principal aplicação é em lugares públicos(universidades, aeroportos,shopping,particulares), com o foco de diminuição de custos. O principal problema desse tipo de rede é a frequência, uma vez que operando em 2.4 Ghz (802.11b), pode conduzir a interferência de telefones sem fio.

Wman (Wireless Metropolitan Area Network) ou rede sem fio metropolitana, são redes de uso corporativo que atravessam cidades e estados. Essa conexão é utilizada pelos provedores de acesso e seus pontos de distribuição. O padrão Wi-Max (802.16) é o mais utilizado definido pelo IEEE. O padrão Wi-Max tem como objetivo estabelecer a infra-estrutura final da parte da conexão oferendo conectividade para os mais fins diversos: doméstico, hotspost, empresarial.

As redes Wwan são basicamente as tradicionais tecnologias do nosso famoso Telefone Celular de voz e alguns serviços de dados (Wireless Data Services). Temos as seguintes tecnologias nessa categoria começando pela sigla TDMA que vem do inglês Time Division Multiple Access, que quer dizer "Acesso Múltiplo por Divisão de Tempo". O TDMA é um sistema de celular digital que funciona dividindo um canal de freqüência em até seis intervalos de tempo distintos.

Arquitetura de rede

Cliente/Servidor

A tecnologia cliente/servidor é uma arquitetura na qual o processamento da informação é dividido em módulos ou processos distintos. Um processo é responsável pela manutenção da informação (servidores) e outros responsáveis pela obtenção dos dados (os clientes).

Os processos cliente enviam pedidos para o processo servidor, e este por sua vez processa e envia os resultados dos pedidos.

Nos sistemas cliente/servidor o processamento tanto do servidor como o do cliente são equilibrados, se for gerado um peso maior em um dos dois lados, provavelmente, esse não é um sistema cliente/servidor.

Geralmente, os serviços oferecidos pelos servidores dependem de processamento específico que só eles podem fazer. O processo cliente, por sua vez, fica livre para realizar outros trabalhos. A interação entre os processos cliente e servidor é uma troca cooperativa, em que o cliente é o ativo e o servidor reativo, ou seja o cliente requisita uma operação, e neste ponto o servidor processa e responde ao cliente.

Redes ponto-a-ponto

A rede em ponto-a-ponto tem como característica a disposição em série dos equipamentos, fazendo com que os dados passem por todas as estações que estiverem conectadas, mas apenas a receptora poderá reconhecê-los. São redes montadas para compartilhar dispositivos ou dados e não serviços. Também designadas por store-and-forward. Neste tipo de redes estabelece-se um caminho entre 2 nós, podendo utilizar nós intermédios, os quais ignoram a mensagem

1. Comutação de Linha/Circuito. Uma vez estabelecida a ligação tudo se passa como se tratasse de uma linha dedicada.

Vantagens: Tempo de transito desprezável.

Inconvenientes: Um recurso atribuído a uma ligação não pode ser usado por outra.

2. - Comutação de Mensagem/Pacote. As mensagens/pacotes são enviadas através da rede quando for possível. Circuito virtual: A cada ligação é atribuído um percurso fixo, analogamente ao que se passa na rede telefónica. A ideia é evitar a escolha de um novo caminho para cada um dos pacotes. Quando uma ligação é estabelecida, o caminho da origem e do destino é memorizada no setup. Cada pacote contém o número de circuito virtual. Datagramas: Não existem à partida caminhos definidos. Cada mensagem/pacote é enviado pelo melhor percurso no momento, independentes uns dos outros. Cada pacote contém a indicação de destino e da fonte. Permite uma melhor adaptação a falhas.

Vantagens: Bom aproveitamento de recursos. Conversão de velocidades de transmissão.

Inconvenientes: Tempo de transito significativo.

Topologias de rede

As redes de computadores possibilitam que indivíduos possam trabalhar em equipes, compartilhando informações, melhorando o desempenho da realização de tarefas, e estão presentes no dia-a-dia de todos nós. São estruturas sofisticadas e complexas, que mantém os dados e as informações ao alcance de seus usuários. É a topologia de redes que descreve como as redes de computadores estão interligadas, tanto do ponto de vista físico, como o lógico. A topologia física representa como as redes estão conectadas (layout físico) e o meio de conexão dos dispositivos de redes (nós ou nodos). Já a topologia lógica refere-se à forma com que os nós se comunicam através dos meios de transmissão.

Topologias Físicas

A topologia física pode ser representada de várias maneiras e descreve por onde os cabos passam e onde as estações, os nós, roteadores e gateways estão localizados. As mais utilizadas e conhecidas são as topologias do tipo estrela, barramento e anel.

Ponto a Ponto

A topologia ponto a ponto é a mais simples. Une dois computadores, através de um meio de transmissão qualquer. Dela pode-se formar novas topologias, incluindo novos nós em sua estrutura.

Barramento

Esta topologia é bem comum e possui alto poder de expansão. Nela, todos os nós estão conectados a uma barra que é compartilhada entre todos os processadores, podendo o controle ser centralizado ou distribuído. O meio de transmissão usado nesta topologia é o cabo coaxial.

Anel ou Ring

A topologia em anel utiliza em geral ligações ponto-a-ponto que operam em um único sentido de transmissão. O sinal circula no anel até chegar ao destino. Esta topologia é pouco tolerável à falha e possui uma grande limitação quanto a sua expansão pelo aumento de "retardo de transmissão" (intervalo de tempo entre o início e chegada do sinal ao nó destino).

Estrela

A topologia em estrela utiliza um nó central (comutador ou switch) para chavear e gerenciar a comunicação entre as estações. É esta unidade central que vai determinar a velocidade de transmissão, como também converter sinais transmitidos por protocolos diferentes. Neste tipo de topologia é comum acontecer o overhead localizado, já que uma máquina é acionada por vez, simulando um ponto-a-ponto.

Árvore

A topologia em árvore é basicamente uma série de barras interconectadas. É equivalente a várias redes estrelas interligadas entre si através de seus nós centrais. Esta topologia é muito utilizada na ligação de Hub's e repetidores.

Estrutura Mista ou Híbrida

A topologia híbrida é bem complexa e muito utilizada em grandes redes. Nela podemos encontrar uma mistura de topologias, tais como as de anel, estrela, barra, entre outras, que possuem como características as ligações ponto a ponto e multiponto.

Grafo (Parcial)

A topologia em garfo é uma mistura de várias topologias, e cada nó da rede contém uma rota alternativa que geralmente é usada em situações de falha ou congestionamento. Traçada por nós, essas rotas têm como função rotear endereços que não pertencem a sua rede.

Topologias Lógicas

A topologia lógica descreve o fluxo de dados através da rede. Os dois tipos de topologias lógicas mais comuns são o Broadcast e a passagem Token. Na primeira o nó envia seus dados a todos os nós espalhados pela rede (Ethernet). Já na passagem de Token, um sinal de Token controla o envio de dados pela rede (Token Ring).

Protocolos de rede

TCP/IP

O TCP/IP é um conjunto de protocolos de comunicação entre computadores em rede ,(também chamado de pilha de protocolos TCP/IP). Seu nome vem de dois protocolos: o TCP (Transmission Control Protocol - Protocolo de Controle de Transmissão) e o IP (Internet Protocol - Protocolo de Interconexão). O conjunto de protocolos pode ser visto como um modelo de camadas, onde cada camada é responsável por um grupo de tarefas, fornecendo um conjunto de serviços bem definidos para o protocolo da camada superior. As camadas mais altas estão logicamente mais perto do usuário (chamada camada de aplicação) e lidam com dados mais abstratos, confiando em protocolos de camadas mais baixas para tarefas de menor nível de abstração.

O TCP/IP sempre foi considerado um protocolo bastante pesado, exigindo muita memória e hardware para ser utilizado. Com o desenvolvimento das interfaces gráficas, com a evolução dos processadores e com o esforço dos desenvolvedores de sistemas operacionais em oferecer o TCP/IP para as suas plataformas com performance igual ou às vezes superior aos outros protocolos, o TCP/IP se tornou um protocolo indispensável. Hoje ele é tido como “The Master of the Network” (O Mestre das Redes), pois a maioria das LANs exige a sua utilização para acesso ao mundo externo. O TCP/IP oferece alguns benefícios, dentre eles:

· Padronização: Um padrão, um protocolo roteável que é o mais completo e aceito protocolo disponível atualmente. Todos os sistemas operacionais modernos oferecem suporte para o TCP/IP e a maioria das grandes redes se baseia em TCP/IP para a maior parte de seu tráfego.

· Interconectividade: Uma tecnologia para conectar sistemas não similares. Muitos utilitários padrões de conectividade estão disponíveis para acessar e transferir dados entre esses sistemas não similares, incluindo FTP (File Transfer Protocol) e Telnet (TerminalEmulation Protocol).

· Roteamento: Permite e habilita as tecnologias mais antigas e as novas se conectarem à Internet. Trabalha com protocolos de linha como PPP (Point to Point Protocol) permitindo conexão remota a partir de linha discada ou dedicada. Trabalha como os mecanismos IPCs e interfaces mais utilizados pelos sistemas operacionais, como Windows Sockets e NetBIOS.

· Protocolo robusto: Escalável, multiplataforma, com estrutura para ser utilizada em sistemas operacionais cliente/servidor, permitindo a utilização de aplicações desse porte entre dois pontos distantes.

· Internet: É através da suíte de protocolos TCP/IP que obtemos acesso a Internet. As redes locais distribuem servidores de acesso a Internet (proxy servers) e os hosts locais se conectam a estes servidores para obter o acesso a Internet. Este acesso só pode ser conseguido se os computadores estiverem configurados para utilizar TCP/IP

IPX/SPX

Este protocolo de rede, que foi desenvolvido pela Novell, para ser usado em seu Novell Netware. Como o Netware acabou tornando-se muito popular, outros sistemas operacionais de rede (incluindo o Windows), passaram a suportar este protocolo. O IPX/SPX é tão rápido quanto o TPC/IP (apesar de não ser tão versátil) e suporta roteamento, o que permite seu uso em redes de médio ou grande porte.

As versões recentes do Novell Netware oferecem a opção de usar o IPX/SPX ou o TCP/IP, sendo o uso do TCP/IP mais comum, já que é mais fácil interligar máquinas de várias plataformas à rede.

No Netware, além do módulo principal (instalado no servidor), é fornecido um módulo cliente, que deve ser instalado em todas as estações de trabalho. Além da versão principal do Netware, existe a versão Personal, um sistema de rede ponto a ponto, que novamente roda sobre o sistema operacional. Esta versão do Netware é bem fácil de usar, porém nunca foi muito popular, pois o Windows sozinho já permite a criação de redes ponto a ponto muito facilmente, desde o 3.11.

Atualmente é muito comum utilizar servidores Linux, rodando o Samba, substituindo servidores Windows NT, 2000 ou 2003 Server. No início de 2003, a Novell comprou a SuSE, uma das maiores distribuições Linux na Europa e, em seguida, a Ximian, que entre outras coisas desenvolve soluções de interoperabilidade entre servidores Linux e Windows. Isso mostra que as futuras soluções da Novell devem ser baseadas em Linux.

NetBEUI

NetBEUI é um acrônimo para NetBIOS Extended User Interface (Interface de Usuário Estendida NetBIOS). Ele é uma versão melhorada do protocolo NetBIOS usado por sistemas operacionais de rede tais como LAN Manager, LAN Server, Windows for Workgroups, Windows 95 e Windows NT. Systek desenvolveu o NetBIOS para a IBM PC Network. NetBEUI foi estendida pela IBM para seu PC LAN Program e a Microsoft para o MS-NET em 1985. Mais tarde em 1987 a Microsoft e a Novell o estenderam para seus sistemas operacionais de rede LAN Manager e Netware.

No início e na terminologia da IBM o protocolo foi chamado NetBIOS. NetBEUI tem sido trocado pelo TCP/IP nas redes modernas.

Ao contrário do TCP/IP, o NetBEUI foi concebido para ser usado apenas em pequenas redes, e por isso acabou tornando-se um protocolo extremamente simples, que tem um bom desempenho e não precisa de nenhuma configuração manual, como no TCP/IP. Em compensação, o NetBEUI pode ser usado em redes de no máximo 255 micros e não é roteável, ou seja, não é permitido interligar duas redes com ele. É possível manter o NetBIOS activo junto com o TCI/IP ou outros protocolos, neste caso os clientes tentarão se comunicar usando todos os protocolos disponíveis.

Apesar de suas limitações, o NetBEUI ainda é bastante usado em pequenas redes, por ser fácil de instalar e usar, e ser razoavelmente rápido.

FTP

O protocolo FTP (File Transfer Protocol) é, como o seu nome o indica, um protocolo de transferência de ficheiro.

A aplicação do protocolo FTP data de 1971, na mesma data em que um mecanismo de transferência de ficheiros (descrito no RFC 141) entre as máquinas do MIT (Massachussetts Institute of Technology) foi criado. Numerosos RFC trouxeram seguidamente melhorias ao protocolo básico, mas as maiores inovações datam de Julho de 1973.

O protocolo FTP actualmente é definido pelo RFC 959 (File Transfer Protocol (FTP) - Especificações).

O papel do protocolo FTP

O protocolo FTP define a maneira segundo a qual os dados devem ser transferidos numa redeTCP/IP.

O protocolo FTP tem como objectivos:

· Permitir uma partilha de ficheiros entre máquinas distantes

· Permitir uma independência dos sistemas de ficheiros das máquinas clientes e servidor

· Permitir transferir dados de maneira eficaz

O modelo FTP

O protocolo FTP inscreve-se num modelo cliente-servidor, ou seja, uma máquina envia ordens (o cliente) e a outra espera pedidos para efectuar acções (o servidor).

Aquando de uma conexão FTP, dois canais de transmissão estão abertos :

· Um canal para os comandos (canal de controlo)

· Um canal para os dados

Assim o cliente, tal como o servidor, possui dois processos que permitem gerir estes dois tipos de informação:

· O DTP (Data Transfer Process) é o processo encarregado de estabelecer a conexão e gerir o canal de dados. O DTP do lado do servidor chama-se SERVER-DTP, o DTP lado cliente é denominado USER-DTP

· O PI (Protocol Interpreter) é o intérprete de protocolo que permite comandar o DTP com a ajuda de comandos recebidos no canal de controlo. É diferente no cliente e no servidor:

· O SERVER-PI está encarregado de ouvir os comandos que provêm de uma PI no canal de controlo numa porta dada, estabelecer a conexão para o canal de controlo, receber neste os comandos FTP da GASTAR-PI, responder-lhes e pilotar o SERVER-DTP

· O USER-PI está encarregado de estabelecer a conexão com o servidor FTP, enviar os comandos FTP, receber as respostas do SERVER-PI e de controlar USER-DTP se necessário.

Quando da conexão de um cliente FTP a um servidor FTP, o USER-PI inicia a conexão ao servidor de acordo com o protocolo Telnet. O cliente envia comandos FTP ao servidor, este último interpreta, pilota o seu DTP, seguidamente devolve uma resposta standard. Quando a conexão é estabelecida, o servidor-Pi dá a porta para a qual os dados serão enviados ao Cliente DTP. O cliente DTP ouve então na porta especificada os dados provenientes do servidor.

É importante observar que, sendo as portas de controlo e de dados canais separados, é possível enviar os comandos a partir de uma máquina e receber os dados a partir de outra. Assim, é por exemplo possível transferir dados entre dois servidores FTP passando por um cliente para enviar as instruções de controlo e transferindo as informações entre dois processos servidores conectados na porta certa.

Nesta configuração, o protocolo impõe que os canais de controlo permaneçam abertos durante toda a transferência de dados. Assim, um servidor pode parar uma transmissão se o canal de controlo for cortado aquando da transmissão.

WAP

O WAP usa, sempre que possível, os protocolos desenvolvidos para a Internet. Entretanto, nem sempre esses padrões são adequados às características das redes sem fio dos sistemas celulares. As comunicações HTTP são sempre do tipo comando - resposta, sem a preocupação de manter um controle de estado ou de sessão, devido a boa qualidade das redes que compõem a Internet. Mesmo com a adoção dos "cookies" como forma de manter alguma informação no computador do usuário, esta solução não é a mais adequadas para o terminais móveis.

O padrão WAP teve que adequar-se as características das redes sem fio, e implementar o controle de manutenção e recuperação de sessões e ainda a possibilidade de manter informações de sessão do usuário para uso posterior.