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Redes de Computadores

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Conteúdo Programático: Introdução Conceitos Básicos de Redes de Computadores Modelos de Referência Arquitetura TCP/IP Composição de uma Rede de Computadores Topologias Banda Gerenciamento Matemática das Redes Meios físicos para redes Acesso sem-fio (wireless) Cabeamento para redes locais e WANs Conceitos Básicos de Ethernet Tecnologias Ethernet Comutação e domínios Ethernet Conjunto de Protocolos TCP/IP e endereçamento IP Conceitos Básicos de Roteamento e de Sub-redes Camada de Transporte TCP/IP A Camada de Aplicação TCP/IP Bibliografia/Links Recomendados

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Introdução

1. Introdução 1.1. Visão geral do mercado de trabalho O mercado de trabalho para o profissional da área de redes tem crescido muito nos últimos anos.

As principais empresas que buscam esses profissionais no mercado são:

· Operadoras de Telecomunicações; · Fabricantes de equipamentos de rede; · Provedores de Serviço; · Consultorias; · Empresas de Treinamento. O perfil exigido para o profissional de rede é cada vez mais complexo. As empresas procuram profissionais com boa formação acadêmica, fluência em idiomas (principalmente inglês e espanhol), certificações profissionais, com facilidade e interesse em aprender novas tecnologias e preparados para enfrentar desafios.

As principais atividades dos administradores e técnicos de rede são:

· desenvolvimento de serviços · planejamento

· projeto

· implantação

· operação

· manutenção

· monitoração

· treinamento

· consultoria

· suporte técnico

1.2. Histórico e evolução das Redes de Computadores Para conhecer um pouco do avanço da tecnologia da área de redes, vamos pensar na definição do termo "Teleprocessamento".Teleprocessamento significa processamento à distância, ou seja, podemos gerar informações

em um equipamento e transmiti-las para outro equipamento para serem processadas.

A necessidade da comunicação à distância levou, em 1838, a invenção do telégrafo por Samuel F. B. Morse. Esse evento deu origem a vários outros sistemas de comunicação como o telefone, o rádio e a televisão.

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Na década de 1950, com a introdução de sistemas de computadores, houve um grande avanço na área de processamento e armazenamento de informações.

O maior avanço das redes de computadores aconteceu com a popularização da Internet. Essa grande rede mundial, onde hoje podemos ler nossos e-mails, acessar páginas Web, entrar em grupos de discussão, comprar os mais diversos artigos, ver vídeos, baixar músicas, etc., passou por vários processos até atingir este estágio e a sua tendência é evoluir cada vez mais.

A arquitetura denominada TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) é uma tecnologia de conexão de redes resultante da pesquisa financiada pela Agência de Defesa dos Estados Unidos, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), por volta dos anos 60. Várias universidades e empresas privadas foram envolvidas na pesquisa. Esse investimento foi devido ao receio do governo norte-americano de um ataque soviético a suas instalações, e a necessidade de distribuir suas bases de informação. Em 1969, iniciou-se uma conexão, com circuitos de 56 kbps, entre 4 localidades (Universidades da Califórnia, de Los Angeles e Santa Bárbara, Universidade de Utah e Instituto de Pesquisa de Stanford). Essa rede foi denominada ARPANET, sendo desativada em 1989.

A partir deste fato, várias universidades e institutos de pesquisa começaram a participar e contribuir com inúmeras pesquisas durante a década de 70, contribuições estas que deram origem ao protocolo TCP/IP.

Em 1980, a Universidade da Califórnia de Berkeley, que desenvolveu o sistema operacional UNIX, escolheu o protocolo TCP/IP como padrão.

Como o protocolo não é proprietário, o crescimento da utilização do TCP/IP foi extraordinário entre universidades e centros de pesquisa.

Em 1985, a NFS (National Science Foundation) interligou os supercomputadores de seus centros de pesquisa, a NFSNET. No ano seguinte, a NFSNET foi interligada a ARPANET, dando origem à Internet. No Brasil, em 1988, a Internet chegou por iniciativa de institutos de pesquisa de São Paulo (FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e do Rio de Janeiro (UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro e LNCC – Laboratório Nacional de Computação Científica).

Várias empresas iniciaram suas pesquisas, entre elas as operadoras de telecomunicações: Embratel, Telesp, Telebahia, Telepar, etc.. Sendo que no final de 1995, a Telebrás (holding que controlava as telecomunicações no Brasil) autorizou a Embratel a lançar o serviço de acesso à Internet, dando início à Internet comercial no Brasil.

Conceitos Básicos de Redes de Computadores

2. Conceitos Básicos de Redes de Computadores

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2.1.Definições 2.1.1. Gerais Uma Rede de Computadores é: um conjunto de dispositivos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação.

2.1.2. Classificação segundo a extensão geográfica 2.1.2.1. Rede Local (LAN) Rede de Área Local (LAN – Local Area Network), ou simplesmente Rede Local, é um grupo de dispositivos processadores interligados em uma rede em mesmo ambiente co-localizado.

2.1.2.2. Rede de Longa Distância (WAN) Rede de Longa Distância (WAN – Wide Area Network) é a rede de interligação de diversos sistemas de computadores, ou redes locais, localizados em regiões fisicamente distantes.

2.1.2.3. Rede Metropolitana (MAN) Rede Metropolitana (MAN – Metropolitan Area Network) é uma rede dentro de uma determinada região, uma cidade, onde os dados são armazenados em uma base comum. Exemplo: Uma rede de farmácias de uma mesma cidade.

2.1.2.4. Rede de Campus (CAN) Rede de Campus (CAN – Campus Area Network) é uma rede que compreende uma área mais ampla que uma rede local, que pode conter vários edifícios próximos. Exemplo: Um Campus Universitário.

2.1.2.5. Rede de Armazenamento (SAN) Rede de Armazenamento (SAN - Storage Area Network) é uma rede que compartilha uma base de dados comum em um determinado ambiente.

2.1.3. Conceitos importantes

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Figura – Redes e acessos

2.1.3.1. Internet É o conjunto de redes de computadores interligadas pelo mundo inteiro. Utiliza a arquitetura TCP/IP, e disponibiliza o acesso a serviços, permite a comunicação e troca de informação aos usuários do planeta.

2.1.3.2. Intranet É a rede de computadores de uma determinada organização, baseada na arquitetura TCP/IP. Fornece serviços aos empregados, e permite a comunicação entre os mesmos e, de forma controlada, ao ambiente externo (à Internet). Também é conhecida como Rede Corporativa.

2.1.3.3. Extranet É um conceito que permite o acesso, de funcionários e fornecedores de uma organização, aos recursos disponibilizados pela Intranet. Podemos dizer que é uma extensão da Intranet. Dessa maneira, podemos disponibilizar um padrão unificado entre as diversas empresas, filiais, do grupo.

2.1.3.4. VPN (Rede Privada Virtual) VPN é uma rede virtual estabelecida entre dois ou mais pontos, que oferece um serviço que permite o acesso remoto, de funcionários ou fornecedores a uma determinada rede, a fim de executarem suas tarefas. Muito utilizada por funcionários, para terem acesso aos e-mails corporativos via Intranet, ou para as

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equipes de suporte técnico solucionarem problemas em seu sistema de maneira remota.

Modelos de Referência

2.2. Modelos de Referência

2.2.1. Modelo OSI O modelo OSI (Open Systems Interconnection) foi desenvolvido pela ISO (International

Standard Organization) com o objetivo de criar uma estrutura para definição de padrões para a conectividade e interoperabilidade de sistemas heterogêneos. Define um conjunto de 7 camadas (layers) e os serviços atribuídos a cada uma. O modelo OSI é uma referência e não uma implementação.

O objetivo de cada camada é:

· Fornecer serviços para a camada imediatamente superior. · Esconder da camada superior os detalhes de implementação dos seus serviços. · Estabelecer a comunicação somente com as camadas adjacentes de um sistema.

Figura – Modelo de Referência OSI 2.2.1.1. Descrição funcional da camadas 2.2.1.1.1. Camada 1 – Física Transmissão transparente de seqüências de bits pelo meio físico.

Contém padrões mecânicos, funcionais, elétricos e procedimentos para acesso a esse meio físico.

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Especifica os meios de transmissão (satélite, coaxial, radiotransmissão, par metálico, fibra óptica, etc.).

Tipos de conexão:

· Ponto-a-ponto ou multiponto · Full ou half duplex

· Serial ou paralela

2.2.1.1.2. Camada 2 – Enlace Esconde características físicas do meio de transmissão.

Transforma os bits em quadros (frames). Provê meio de transmissão confiável entre dois sistemas adjacentes.

Funções mais comuns:

· Delimitação de quadro · Detecção de erros · Seqüencialização dos dados · Controle de fluxo de quadros Para redes locais é dividido em dois subníveis: LLC (Logical Link Control) e MAC (Media Access Control).

2.2.1.1.3. Camada 3 – Rede Provê canal de comunicação independente do meio.

Transmite pacotes de dados através da rede.

Os pacotes podem ser independentes (datagramas) ou percorrer uma conexão pré-estabelecida (circuito virtual).

Funções características:

· Tradução de endereços lógicos em endereços físicos

· Roteamento · Não propaga broadcast de rede · Não possuem garantia de entrega dos pacotes

2.2.1.1.4. Camada 4 – Transporte Nesta camada temos o conceito de comunicação fim-a-fim.

Possui mecanismos que fornecem uma comunicação confiável e transparente entre dois computadores, isto é, assegura que todos os pacotes cheguem corretamente ao destino e na ordem correta.

Funções:

· Controle de fluxo de segmentos · Correção de erros · Multiplexação

2.2.1.1.5. Camada 5 – Sessão

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Possui a função de disponibilizar acessos remotos, estabelecendo serviços de segurança, verificando a identificação do usuário, sua senha de acesso e suas características (perfis). Atua como uma interface entre os usuários e as aplicações de destino.

Pode fornecer sincronização entre as tarefas dos usuários.

2.2.1.1.6. Camada 6 – Apresentação Responsável pelas transformações adequadas nos dados, antes do seu envio a camada de sessão. Essas transformações podem ser referentes à compressão de textos, criptografia, conversão de padrões de terminais e arquivos para padrões de rede e vice-versa.

Funções:

· Formatação de dados · Rotinas de compressão · Compatibilização de aplicações: sintaxe · Criptografia

2.2.1.1.7. Camada 7 - Aplicação É responsável pela interface com as aplicações dos computadores (hosts). Entre as categorias de processos de aplicação podemos citar:

· Correio eletrônico: X400 · Transferência de arquivos: FTAM · Serviço de diretório: X500 · Processamento de transações: TP · Terminal virtual: VT · Acesso à banco de dados: RDA · Gerência de rede

Arquitetura TCP/IP

2.2.2. Arquitetura TCP/IP A arquitetura TCP/IP é composta por 4 camadas (formando a pilha da estrutura do protocolo) conforme mostra a figura abaixo:

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Figura – Arquitetura TCP/IP 2.2.2.1. Camada de Acesso à Rede A camada inferior da arquitetura TCP/IP tem as funcionalidades referentes às camadas 1 e 2 do Modelo OSI.

Esta camada pode ser denominada, em outras literaturas, como Física ou até mesmo ser dividida em 2 camadas (Física e Enlace), o que leva a arquitetura a possuir 5 camadas.

2.2.2.2. Camada Internet A camada Internet, também conhecida como de Rede ou Internetwork, é equivalente a camada 3, de Rede, do Modelo OSI. Os protocolos IP e ICMP(ping) estão presentes nesta camada.

2.2.2.3. Camada de Transporte A camada de Transporte equivale à camada 4 do Modelo OSI. Seus dois principais protocolos são o TCP e o UDP.

2.2.2.4. Camada de Aplicação A camada superior é chamada de camada de Aplicação equivalente às camadas 5, 6 e 7 do Modelo OSI. Os protocolos mais conhecidos são: HTTP, FTP, Telnet, DNS e SMTP.

Composição de uma Rede de Computadores

2.3. Composição de uma Rede de Computadores Uma rede de computadores é composta por 3 grupos: Computadores, Infraestrutura e Dispositivos de Rede.

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2.3.1. Computadores Equipamentos utilizados para processamento de dados. Na visão de rede, podem ser divididos como estações de trabalho (ou clientes), e servidores. Devemos considerar que o conceito não é fixo, ou seja, em um determinado momento, para determinada aplicação, o computador é considerado como servidor e para outra aplicação ele é considerado como cliente. Veremos mais detalhes quando abordarmos o assunto sobre aplicações que usam a

arquitetura cliente-servidor. Um computador é composto por: Hardware, Software e Firmware. 2.3.1.1. Hardware

Um computador é formado por:

· Unidade de Processamento: Processador ou UCP (Unidade Central de Processamento – CPU, em inglês). · Unidades de Armazenamento: Memórias (RAM, ROM, etc.), Unidades de Disco (Unidades de Disco Rígido ou HD –Hard Disk, também conhecido como Winchester, Unidades de Disco Flexível ou Floppy Disk, Unidades de CD –Compact Disk, Unidades de DVD, etc). · Dispositivos de Entrada e Saída: Monitor, Teclado, Impressora, Mouse, Plotter, etc.

2.3.1.2. Software Podemos considerar nesta categoria: o Sistema Operacional e os Aplicativos.

2.3.1.3. Firmware É o programa instalado na memória de inicialização do computador, contendo as instruções básicas do computador (BIOS – Basic Input/Output System).

2.3.2. Infra-estrutura É o recurso básico para utilização e interligação dos componentes de uma rede.

2.3.2.1. Meio Físico O meio físico estabelece a forma de interconexão entre os componentes da rede. Exemplos: · Cabeamento: - Par metálico - Fibra óptica · Ar (sem fio – wireless)

2.3.2.2. Alimentação A alimentação pode ser por: · Corrente Contínua - Baterias - Pilhas · Corrente Alternada

- Rede Elétrica

2.3.2.3. Estrutura Física de Instalações

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Para acomodar os computadores e os dispositivos de rede devemos planejar e adequar o ambiente de acordo com as funções dos equipamentos.

Devemos considerar: · o espaço físico que será ocupado. · o mobiliário adequado (bastidores / racks, móveis de escritório, etc.). · a temperatura da sala. · o acesso físico aos equipamentos.

2.3.3. Dispositivos de Rede Os dispositivos de rede estão classificados de acordo com a sua funcionalidade.

2.3.3.1. Repetidor (Repeater) Os repetidores são dispositivos usados para estender as redes locais além dos limites especificados para o meio físico utilizado nos segmentos.

Operam na camada 1 (Física) do modelo OSI e copiam bits de um segmento para outro, regenerando os seus sinais elétricos.

2.3.3.2. Concentrador (Hub) Os Hubs são os dispositivos atualmente usados na camada 1 (Física) e substituem os repetidores. São repetidores com múltiplas portas.

2.3.3.3. Ponte (Bridge) São dispositivos que operam na camada 2 (Enlace) do modelo OSI e servem para conectar duas ou mais redes formando uma única rede lógica e de forma transparente aos dispositivos da rede.

As redes originais passam a ser referenciadas por segmentos.

As bridges foram criadas para resolver problemas de desempenho das redes. Elas resolveram os problemas de congestionamento nas redes de duas maneiras: · reduzindo o número de colisões na rede, com o domínio de colisão. · adicionando banda à rede. Como as bridges operam na camada de enlace, elas "enxergam" a rede apenas em termos de endereços de dispositivos (MAC Address). As bridges são transparentes para os protocolos de nível superior. Isso significa que elas transmitem os "pacotes" de protocolos superiores sem transformá-los.

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As bridges são dispositivos que utilizam a técnica de store-and-forward (armazena e envia). Ela armazena o quadro (frame) em sua memória, compara o endereço de destino em sua lista interna e direciona o quadro (frame) para uma de suas portas. Se o endereço de destino não consta em sua lista o quadro (frame) é enviado para todas as portas, exceto a que originou o quadro (frame), isto é o que chamamos de flooding.

2.3.3.4. Comutador (Switch) Os switches também operam na camada 2 (Enlace) do modelo OSI e executa as mesmas funções das bridges, com algumas melhorias. Os switches possuem um número mais elevado de portas.

2.3.3.5. Roteador (Router) O Roteador é o equipamento que opera na camada 3 (Rede) do modelo OSI, e permite a conexão entre redes locais ou entre redes locais e de longa distância.

Suas principais características são:

· filtram e encaminham pacotes · determinam rotas · segmentam pacotes · realizam a notificação à origem Quanto a sua forma de operação, as rotas são determinadas a partir do endereço de rede da estação de destino e da consulta às tabelas de roteamento. Essas tabelas são atualizadas utilizando-se informações de roteamento e por meio de algoritmos de roteamento.

Tais informações são transmitidas por meio de um protocolo de roteamento.

2.3.3.6. Modem Dispositivo eletrônico utilizado para a conversão entre sinais analógicos e digitais. A palavra tem como origem as funções de modulação e demodulação. São geralmente utilizados para estabelecer a conexão entre computadores e redes de acesso.

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Topologias

2.4.Topologias

2.4.1. Anel (ring) Topologia em Anel

2.4.2. Barramento (bus) Topologia em Barramento

2.4.3. Estrela (star) Topologia em Estrela

2.4.4. Malha (mesh) Topologia em Malha

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2.4.5. Ponto-a-ponto (point-to-point) Topologia Ponto-a-Ponto

2.4.6. Árvore (tree) Topologia em Árvore

Banda

2.5. Banda

2.5.1. Largura de Banda Largura de banda é uma propriedade física relativa a faixa de freqüências transmitidas sem serem fortemente atenuadas e é medida em Hertz (Hz). Em telecomunicações, o termo banda se refere a faixa disponível para a transmissão de dados. A velocidade usada para transmitir os dados é chamada de taxa de transmissão de dados e sua unidade de medida é bits por segundo (bps).

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Gerenciamento

2.6.Gerenciamento 2.6.1. Necessidades As principais necessidades de gerenciamento de redes são:

· Detectar, diagnosticar, registrar e prevenir a ocorrência de eventos de anormalidades. · Poder acessar, alterar ou restaurar as configurações da rede, mantendo a sua confiabilidade. · Controlar e contabilizar o acesso aos recursos da rede. · Estabelecer limites para o envio de alarmes a fim de inicializar processos operacionais, para efeito de manutenção ou simplesmente informações para auxílio de análises sobre os serviços da rede. · Monitorar e garantir a segurança da rede.

2.6.2. Modelos Funcionais Podemos destacar os principais modelos funcionais de gestão como:

· Gestão de Falhas · Gestão de Configuração · Gestão de Contabilização · Gestão de Desempenho · Gestão de Segurança

2.6.3. SNMP O SNMP (Simple Network Management Protocol - Protocolo Simples de Gerência de Rede) é um protocolo de gestão típica de redes TCP/IP, da camada de aplicação, que facilita a troca de informações entre os elementos de uma rede. Permite aos administradores de rede realizar a gestão da rede, monitorando o desempenho, gerando alarmes de eventos, diagnosticando e solucionando eventuais problemas, e fornecendo informações para o planejamento de expansões da planta.

Para a gestão de uma rede, de forma geral, precisamos de um conjunto de elementos, conforme descritos abaixo.

· Elementos gerenciados · Agentes · Gerentes ou Gestores · Banco de Dados · Protocolos · Interfaces para programas aplicativos · Interface com o usuário O conjunto de todos os objetos SNMP é coletivamente conhecido como MIB (Management Information Base).

2.7.Sinais Analógicos X Digitais

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Entendemos por analógica a variação contínua de uma variável. As grandezas físicas (corrente elétrica, tensão, resistência, temperatura, velocidade, etc.) variam de forma analógica, ou seja, para atingir um determinado valor a variação é contínua, passando por todos os valores intermediários, até o valor final.

Pode ser melhor compreendido por meio do gráfico abaixo:

O sinal digital possui como característica uma variação em saltos, ou seja, em um determinado instante encontra-se em um nível e no instante seguinte em outro nível sem passar pelos níveis intermediários, conforme figura a seguir:

Sinal Digital

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Podemos dizer que os sinais analógicos possuem infinitos valores, enquanto os sinais digitais possuem valores finitos.

Matemática das Redes

2.8. Matemática das Redes O objetivo deste tema é rever os conceitos dos sistemas de numeração a fim de fornecer condições para a compreensão da estrutura e dos cálculos referentes ao endereçamento IP.

2.8.1. Representação da informação, bits e bytes Os computadores utilizam sinais digitais para estabelecer a comunicação. A menor unidade estabelecida nesta comunicação é denominada bit (Dígito Binário, Binary Digit). O conjunto de 8 bits é conhecido como byte.

2.8.2. Sistemas de Numeração O ser humano criou vários sistemas de numeração para representação das suas grandezas numéricas.

Estudaremos os sistemas: binário, decimal e hexadecimal.

Para fixar o conceito de um sistema de numeração, vamos pensar como contar

utilizando outros símbolos, por exemplo:

Repare que sempre começamos utilizando um símbolo, a seguir o próximo ... e o próximo, até acabarem todos os símbolos.

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Reiniciamos a contagem inserindo o segundo símbolo a frente dos demais e, novamente variamos os demais até utilizarmos todos, e variamos o segundo símbolo a frente dos demais, até utilizarmos todos.

Esse é o processo de formação de um sistema de numeração.

Vamos utilizar o nosso exemplo (base 3, pois possui três símbolos) e compará-lo com o sistema decimal.

Com esse conceito podemos compreender qualquer formação de um sistema de numeração.

2.8.2.1. Sistema Decimal O sistema decimal é o mais utilizado pelos humanos para representar suas grandezas: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Como possuem 10 algarismos, dizemos

que é um sistema de base 10, e sua notação é

2.8.2.2. Sistema Binário O sistema binário, utilizado pelos computadores, é representado por 2 algarismos: 0 e 1. Por isso dizemos que é um sistema de base 2, e

representamos como

2.8.2.3. Sistema Hexadecimal O sistema hexadecimal, utilizado na representação do endereço físico dos elementos de rede e em várias linguagens de programação de baixo nível, é composto por 16 algarismos (entre letras e numerais): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F. Trata-se de um sistema de base 16, é representado por

2.8.2.4. Conversões 2.8.2.4.1. Binário para Decimal A regra básica para converter um número de uma base qualquer para decimal é a seguinte:

· Realizar a somatória de cada algarismo correspondente multiplicado pela base (2) elevada pelo índice relativo ao posicionamento do algarismo no número. Por exemplo:

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Quando convertemos um número decimal para outra base, utilizamos a seguinte regra:

· Dividimos o número, e seus quocientes, sucessivamente pela base que desejamos converter, até que o quociente seja menor que o divisor. O resultado é composto pelo último quociente e os demais restos das divisões realizadas. Exemplo:

2.8.2.4.3. Hexadecimal para Decimal Para esta conversão utilizamos a regra básica,ou seja, usamos a base 16.

Devemos lembrar que:

Exemplo:

2.8.2.4.4. Decimal para Hexadecimal Para a conversão de decimal para hexadecimal utilizamos a regra básica, da divisão sucessiva, com base 16.

Exemplo:

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2.8.2.4.5. Binário para Hexadecimal De binário para hexadecimal, dividimos os números binários em grupos de quatro bits, da direita para a esquerda, e fazemos a conversão como utilizando a regra básica.

Exemplo:

De hexadecimal para binário, utilizamos a regra básica porém a apresentação dos números binários devem possuir 4 bits.

Exemplo:

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2.8.3. A lógica booleana (binária) Em 1854, o matemático inglês George Boole apresentou um sistema matemático de análise lógica que ficou conhecido como álgebra de Boole ou álgebra booleana.

Entre as principais funções lógicas temos:

· NÃO (NOT) · OU (OR) · NOU (NOR) · E (AND) · NE (NAND) · OU Exclusiva (XOR) · Coincidência (XAND)

2.8.3.1. NÃO (NOT)

2.8.3.2. OU (OR)

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2.8.3.3. NOU (NOR)

2.8.3.4. E (AND)

2.8.3.5. NE (NAND)

2.8.3.6. OU Exclusiva (XOR)

2.8.3.7. Coincidência (XAND)

2.8.4. Apresentação do Endereçamento IP (IPv4)

O endereço IP é formado por 32 bits, divididos em 4 blocos de 8 bits, representados no sistema decimal (0-255). Exemplos:

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10.12.208.25

207.12.1.37

200.201 68.5

Meios físicos para redes

3. Meios físicos para redes 3.1.Meios em cobre

3.1.1. Noções de eletricidade Para uma melhor compreensão das especificações técnicas dos cabos são necessários alguns conceitos básicos de eletricidade.

Eletricidade é um fenómeno físico originado por cargas elétricas. Com a movimentação das cargas negativas (elétrons), de maneira ordenada, sobre um elemento condutor, ocorre a produção do que chamamos corrente elétrica (i), e sua unidade é o Ampere (A).

O deslocamento das cargas elétricas por um elemento condutor (por exemplo, um fio de cobre) é provocado pela diferença de potencial (ddp) entre os pontos do elemento. Denominamos esse efeito de tensão elétrica (U), e sua unidade é chamada de Volt (V).

O produto da corrente elétrica pela tensão elétrica é chamado de potência, e sua unidade é Watt(W).

A resistência elétrica (R) que um material oferece para a passagem da corrente elétrica é medida em Ohm (Ω).

É conhecida como lei de Ohm a relação entre resistência, tensão e corrente elétrica: U = R . i.

Consideramos condutortodomaterial com características que permitem a passagem de corrente elétrica. Isolante é o material que dificulta, ou impede a passagem de corrente elétrica. A resistividade eléctrica ρ de um material é dada por: ρ = R . S / l onde: ρ é a resistividade estática (em ohm metros, Ωm); R é a resistência eléctrica de um condutor uniforme do material(em ohms, Ω); l é o comprimento do condutor (medido em metros); S é a área da seção do condutor (em metros quadrados, m²) Outro conceito importante são as unidades métricas.

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3.1.2. Especificações de cabos Existem várias organizações, grupos empresariais e entidades governamentais que constituem institutos para especificar e regulamentar os tipos de cabos usados em redes. Podemos citar entre tais organizações internacionais a EIA/TIA (Electronic Industry Association e Telecommunications Industries Association), o IEEE (Institute

of Electrical and Electronic Engineers), a UL (Underwriters Laboratories), ISO/IEC (International

Standards Organization / International Electrotechnical Commission). Além de criar os códigos e gerar as especificações dos materiais utilizados no cabeamento, também definem os padrões de instalação. O padrão EIA/TIA-568 reconhece os seguintes tipos de cabo para a utilização:

3.1.3. Cabo coaxial O cabo coaxial tem melhor blindagem que os cabos de par trançado, com isso pode se estender por distâncias maiores em velocidades mais altas. Dois tipos de cabo coaxial são muito usados:

· cabo de 50 ohms. · cabo de 75 ohms. O cabo de 50 ohms, é muito utilizado em transmissões digitais, já o cabo de 75 ohms, é usado em transmissões analógicas e, principalmente, em ambientes de televisão.

Um cabo coaxial é formado por um fio de cobre colocado na parte central, envolvido por um material isolante. O isolante é envolvido por uma malha sólida entrelaçada. O condutor externo, que tem a função de diminuir o efeito de ruídos sobre o sinal transmitido, é coberto por uma camada plástica protetora.

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3.1.4. Cabos de par-trançado (STP e UTP) A utilização mais comum do par trançado é o sistema telefônico. Geralmente, os telefones são conectados à central telefônica por meio de um cabo de par trançado. Os pares trançados podem se estender por diversos quilômetros sem amplificação mas, quando se trata de distâncias maiores, existe a necessidade de utilizarmos os dispositivos repetidores.

Os pares trançados podem ser utilizados na transmissão de sinais analógicos ou digitais. A largura de banda e a taxa de transmissão dependem da espessura do fio e da distância percorrida mas, em muitos casos, é possível alcançar taxas altas, na ordem de alguns Mbps por alguns quilômetros. Muitas interferências podem ser provocadas se os pares não forem trançados. Devido ao custo e ao desempenho obtidos, os pares trançados são usados em larga escala e é provável que assim permaneçam nos próximos anos.

Denominamos de UTP (Unshielded Twisted Pair) os cabos que não possuem blindagem e STP (Shielded Twisted Pair) os que possuem blindagem. Abaixo podemos verificar a divisão dos cabos por categoria e sua aplicação:

3.2. Meios ópticos 3.2.1. Noções de óptica A óptica é um segmento da física que estuda a luz e seus efeitos. A óptica explica os fenômenos de reflexão, refração e difração, ou seja, a interação entre a luz e o meio.

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Dizemos que os raios de luz são linhas orientadas que representam, graficamente, a direção e o sentido da propagação da luz.

Os fenômenos ópticos, reflexão e refração da luz, são os principais fatores para o estudo da transmissão de dados por meios ópticos. · Reflexão regular: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície plana e lisa, retorna ao meio e se propaga mantendo o seu paralelismo. · Reflexão difusa: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície irregular, retorna ao meio e se propaga espalhando-se em várias direções. · Refração da luz: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície, se propaga em um segundo meio. Um sistema de transmissão óptica possui 3 componentes fundamentais: o gerador de luz, o meio de transmissão e o receptor. Seu funcionamento consiste na instalação de um gerador de luz em uma das extremidades e o receptor na outra. O gerador, ou fonte, de luz recebe um pulso elétrico e envia o sinal de luz através do meio de transmissão para o receptor. O receptor, ao entrar em contato com a luz, emite um pulso elétrico. Adota-se por convenção que a presença de luz equivale a um bit 1, e o bit 0 representa a ausência de luz. As fibras ópticas são constituídas por três camadas: o núcleo, a casca e o revestimento externo.

O núcleo e a casca são produzidos a partir do vidro, ou de materiais a base de sílica ou plástico, e possuem diferentes índices de refração.

A atenuação da luz através do meio depende do comprimento de onda da luz.

As principais vantagens da fibra óptica são: · Baixa atenuação · Elevada largura de banda · Imunidade à interferência eletromagnética · Baixo peso · Pequena dimensão

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· Sigilo · Isolação elétrica

3.2.2. Fibras Multimodo e Monomodo, e outros componentes ópticos Entre os mais usuais tipos de fibras ópticas podemos destacar: · Fibra monomodo · Fibra multimodo de índice degrau · Fibra multimodo de índice gradual A diferença está no modo de operação entre elas. A fibra monomodo possui um modo de propagação enquanto as multimodos podem ter vários modos de propagação.

Entre as fibras multimodo a diferença está na composição do material e os respectivos índices de refração. Enquanto na gradual temos uma variação gradativa no índice de refração, devido a várias camadas de materiais, na fibra de índice degrau temos uma única composição de forma que temos um índice de refração constante.

3.2.3. Características de desempenho em Fibras Ópticas Neste item vamos falar sobre alguns fatores que afetam o desempenho das fibras ópticas.

Estudaremos os efeitos de atenuação e dispersão.

3.2.3.1. Atenuação Chamamos de atenuação a perda da potência de um sinal luminoso em uma fibra óptica. Sua unidade de medida é em decibéis por quilômetro (dB/km).

Essa perda depende do comprimento de onda da luz e do material usado e ocorre por causa da limitação de distância entre a origem e o término da transmissão. Os principais fatores que geram a atenuação são: a absorção, o espalhamento e a curvatura.

A atenuação é medida pela seguinte fórmula:

3.2.3.1.1. Absorção Na absorção uma parcela da energia luminosa é absorvida pelo material devido a alguns fatores como: presença de impurezas, contaminação no processo de fabricação, variação na densidade do material, presença de moléculas de água dissolvidas no vidro ou no polímero, etc.

3.2.3.1.2. Espalhamento As perdas por espalhamento ocorrem devido ao desvio do fluxo dos raios de luz em várias direções. Dois parâmetros que contribuem para essa perda é a densidade do material da fibra e a estrutura da fibra.

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3.2.3.1.3. Curvatura As perdas podem ocorrer devido a curvaturas. Quando as curvaturas são muito grandes (quando os ângulos gerados pela deformação causarem a refração do sinal) ou muito pequenas (quando são próximas do raio do núcleo da fibra) podem afetar o sinal luminoso.

3.2.3.2. Dispersão A dispersão é o alargamento do sinal luminoso ao longo do percurso da fibra óptica e limita a capacidade de transmissão, alterando os sinais transmitidos. As dispersões mais comuns são: dispersão modal, material e do guia de onda.

3.2.3.2.1. Dispersão modal A dispersão modal se refere ao fato de que cada modo de propagação, passando por caminhos distintos, tendo assim diferentes velocidades de propagação, para um mesmo comprimento de onda.

3.2.3.2.2. Dispersão material A dispersão material retrata a influência da matéria-prima empregada na composição da fibra, também é chamada de dispersão cromática.

3.2.3.2.3. Dispersão do guia de onda A dispersão do guia de onda ocorre devido a variação dos índices de refração do núcleo e da casca ao longo da fibra.

3.2.4. Instalação, Cuidados e Testes de Fibras Ópticas É muito importante que as conexões das fibras sejam muitos bem realizadas na instalação dos cabos de fibras ópticas.

As conexões podem ser realizadas através de conectores ou emendas.

Qualquer um dos modos de conexão gera um determinada perda no sinal. Desse modo devemos observar que um grande número de conexões pode comprometer o desempenho do sistema.

Para minimizar as perdas devemos sempre observar dois fatores:

· fatores intrínsecos: inerentes às fibras (diâmetro do núcleo/da casca, ovalização do núcleo/da casca, etc.).

· fatores extrínsecos: condições externas (deslocamento lateral, separação das extremidades, desalinhamento angular, etc.).

Para a instalação devemos possuir alguns acessórios, tais como: o clivador, os removedores de revestimentos, o desencapador e a máquina de polir.

Os principais testes realizados nas fibras são:

· teste de tração

teste de curvatura · teste de compressão · teste de impacto · teste de potência

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Acesso sem-fio (wireless)

3.3. Acesso sem-fio (wireless) O acesso sem fio (wireless) teve seu início quando em 1901, o físico italiano Guglielmo Marconi realizou uma demonstração do funcionamento de um telégrafo sem fio. A transmissão foi realizada a partir de um navio por código morse. Atualmente, o acesso sem fio tem avançado muito e facilitado a vida de vários usuários. Podemos dividir as redes sem fio em três categorias:

1. Interconexão de sistemas. 2. 2. LANs sem fios. 3. 3. WANs sem fios.

A interconexão de sistemas significa conectar computadores e periféricos usando uma faixa de alcance limitado. Normalmente, os computadores possuem conexão aos seus periféricos por meio de cabos.

Uma tecnologia utilizada atualmente em computadores, celulares, fones de ouvido, pdas, etc. para estabelecer a comunicação entre sistemas é o Bluetooth. As LANs sem fio consiste em uma rede local sem a necessidade de cabos físicos, ou seja, podemos estabelecer a comunicação entre vários computadores e dispositivos de rede sem o uso de cabeamento. Por meio de um switchsem fio e placas de rede sem fio podemos implementar esse tipo de rede. As LANs sem fios estão se tornando cada vez mais comuns em pequenos escritórios e em residências, principalmente onde existe a dificuldade para a passagem de cabeamento,

Um exemplo de rede WAN sem fio é a rede utilizada para telefonia celular. Atualmente conseguimos transmitir voz, dados e imagem para um aparelho celular. Os principais pontos que diferem uma rede LAN sem fio de uma WAN sem fio são: a distância de alcance, a capacidade de transmissão e a potência dos equipamentos e dos sinais gerados. Hoje, as LANs sem fio podem transmitir a taxas de 100 Mbps, à distâncias na ordem de metros. Enquanto as WANs sem fio funcionam à taxas 1 Mbps, em um raio de vários quilômetros.

3.3.1. Padrões e Organizações de Redes Locais sem fio A seguir temos as principais organizações que normatizam o assunto.

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O padrão para as LANs sem fio que está sendo mais utilizado é o IEEE 802.11. Ele possui as seguintes divisões:

* Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 802.11b

** Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

3.3.2. Topologias e Dispositivos sem-fio Os principais dispositivos de uma rede sem fio (wireless) são os APs (access points).

Podemos dividir as redes sem fio em: IBSS, BSS e ESS.

3.3.3. Como as Redes Locais sem-fio se comunicam

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Pelos sinais de portadoras de rádio ou infravermelho, as WLANs estabelecem a comunicação entre os pontos da rede. Os dados são modulados na portadora de rádio e transmitidos por intermédio de ondas eletromagnéticas.

Em um mesmo ambiente podem existir vários sinais de portadoras de rádio sem que haja afetação entre elas. Para se conectar, o receptor sintoniza numa determinada freqüência e rejeita as outras, que são diferentes.

Consideramos um cliente wireless, qualquer dispositivo wireless que se associa a um AP para usar uma determinada WLAN. Para ser um cliente WLAN, o dispositivo necessita de uma placa WLAN que suporte o mesmo padrão do AP. A placa inclui um rádio, o qual sintoniza as frequências usadas pelos padrões WLAN suportados, e uma antena.

Os APs possuem vários parâmetros de configuração, mas geralmente a maioria deles já são configurados pordefault, porém o usuário deve tomar cuidado com a parte de segurança, pois esses parâmetros não costumam ser configurados de fábrica e é de extrema importância que o administrador da rede os configure.

3.3.4. Autenticação Quando uma rede sem fio é ativada, sem proteções de segurança, qualquer dispositivo pode se associar à mesma. Para que isso ocorra é necessário configurar o nome de identificação da rede ou SSID (Service Set Identifier). O SSID pode ser adquirido através de pacotes do tipo BEACON. Estes pacotes não possuem criptografia e são enviados periodicamente pelo AP. Outras informações sobre a rede também são ou podem ser fornecidas pelo AP, tais como: a taxa de transmissão, endereço IP, DNS, default gateway, etc.

3.3.5. Os espectros de radiofreqüência e de microondas O espectro eletromagnético é representado pela figura abaixo:

Espectro Eletromagnético

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3.3.6. Sinais e ruídos em uma WLAN As redes sem fio podem sofrer interferências de várias maneiras. As ondas de rádio transitam através do espaço, e devem passar direto por barreiras na área de cobertura, incluindo paredes, pisos e tetos.

Ao atravessar esses obstáculos o sinal pode ser parcialmente absorvido, diminuindo a potência do sinal, conseqüentemente, a área de cobertura. Alguns materiais causam a dispersão do sinal, causando buracos sem cobertura. Outro ponto que influencia na transmissão de uma rede sem fio é a interferência de ondas de rádio, isso pode causar retransmissão de dados e até descarte da informação.

3.3.7. Segurança para redes sem-fio A seguir apresento os principais modelos de segurança para as redes sem fio.

O WEP (Wired Equivalent Privacy), foi criado com o objetivo de dar segurança durante o processo de autenticação na comunicação de redes sem fio. O algoritmo utilizado é o RC4 (Ron’s code 4), inventado pelo engenheiro Ron Rivest, do MIT. Seu funcionamento consiste em passar parâmetros (uma chave e um vetor de inicialização). O algoritmo gera uma seqüência criptografada. Porém, como no WEP a chave secreta é a mesma utilizada por todos os usuários de uma mesma rede sem fio, devemos ter um vetor de inicialização diferente para cada pacote com o objetivo de evitar a repetição. Essa repetição de seqüência é extremamente indesejável possibilita ataques e invasões a sistemas.

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Por isso, é muito importante a troca das chaves secretas periodicamente para diminuir o risco à segurança da rede. Muitas vezes esta prática não é realizada pelos administradores por ser feita manualmente, principalmente quando temos redes com um grande número de usuários.

A sua principal vulnerabilidade é o fato do vetor ser enviado sem encriptação, no quadro da mensagem, facilitando a sua captura.

Temos abaixo as principais vulnerabilidades do protocolo WEP:

- Chaves WEP estáticas

O uso da mesma chave por longo período. - Autenticação unilateral

Apenas a estação remota se autentica no AP. - Não existe autenticação de usuário

A autenticação só é executada pela estação. Um invasor utilizando a estação de um usuário permitido pode

acessar a rede e informação confidenciais. - Vetor de inicialização sem criptografia

O vetor de inicialização no WEP possui 24 bits e são enviados sem criptografia para o AP. IMAGEM

- O vetor de inicialização é parte da chave usada pelo RC4

Este fato facilita a descoberta da chave usada pelo RC4 na criptografia das mensagens. - Integridade dos dados de baixa qualidade

O fato do CRC (Cyclic Redundancy Check) ser criptografado apenas pela chave compartilhada facilita a quebra da chave. O WPA (Wi-Fi Protected Access) é um protocolo de comunicação que foi criado por membros da Wi-Fi Aliança e do IEEE para tentar solucionar os problemas de vulnerabilidade do WEP. Pode-se utilizar WPA numa rede híbrida que tenha WEP instalado.

Melhorias do WPA sobre o WEP. O WPA trouxe várias vantagens comparando-se com o WEP.

Podemos citar:

- a melhoria da criptografia dos dados Utilizando um protocolo de chave temporária (TKIP), que possibilita a criação de chaves por pacotes, e possui a função de detecção de erros utilizando um vetor de inicialização de 48 bits, ao invés de 24 como no WEP, e um mecanismo de distribuição de chaves.

- a melhoria no processo de autenticação de usuários Essa autenticação usa o padrão 802.11x e o EAP (Extensible Authentication Protocol), que por meio de um servidor de autenticação central realiza a autenticação de cada usuário antes deste ter acesso a rede.

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- tecnologia aprimorada de criptografia e de autenticação de usuário Cada usuário tem uma senha exclusiva, que deve ser digitada no momento da ativação do WPA. No decorrer da sessão, a chave de criptografia será trocada periodicamente e de forma automática. Assim, torna-se infinitamente mais difícil que um usuário não-autorizado consiga se conectar à rede sem fio. A chave de criptografia dinâmica é uma das principais diferenças do WPA em relação ao WEP, que usa a mesma chave, evitando também a

necessidade da mudança manual das chaves, como ocorre no WEP. O WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2), ou IEEE 802.11i, foi criado como uma evolução do protocolo WPA. Sua principal preocupação é em relação a segurança das redes sem fio. Ele proporcionou a implementação de um sistema mais completo e seguro que os seus antecessores, e manteve a compatibilidade com os mesmos.

Funciona utilizando um sistema de criptografia conhecido por AES (Advanced

Encription Standard).

Cabeamento para redes locais e WANs

4. Cabeamento para redes locais e WANs 4.1. Camada física de rede local

4.1.1. Ethernet A rede Ethernet nasceu de pesquisas da Xerox e alguns anos depois ela se uniu à DEC e à Intel para criar em 1978 um padrão para uma rede de 10 Mbps, chamado padrão DIX. Em 1983, com duas modificações, o DIX se tornou o padrão IEEE 802.3.

Anos mais tarde, surgiu a 3Com, fornecendo equipamentos adaptadores Ethernet destinados a computadores pessoais. A 3Com vendeu mais de 100 milhões desses equipamentos nos primeiros anos de existência.

O desenvolvimento da Ethernet é permanente. Novas versões surgiram como a FastEthernet (100 Mbps), a GigabitEthernet (1000 Mbps ou 1 Gbps) e a velocidades ainda mais altas, como 10 Gbps.

Os tipos mais comuns de cabos para uma rede local Ethernet são:

Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo IEEE 802

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Esse modelo, o IEEE 802, abrange as duas camadas inferiores do modelo OSI.

Conforme já vimos na descrição do modelo OSI, a camada física tem como função a especificação da características mecânicas (pinagem, tipo de conector, etc.), físicas (elétrica, eletromagnética, óptica, etc.), funcionais (função e descrição de cada pino) e dos tipos de transmissão (analógica ou digital, síncrona ou assíncrona, modulação, codificação, etc.).

Lembrando que esta camada é responsável pela transmissão de bits através de vários meios distintos.

A camada de enlace do modelo OSI é subdividida em duas camadas no modelo IEEE 802: a LLC (Logical Link Control) e a MAC (Media Access Control)

4.1.2. Meios Ethernet, requisitos de conectores e meios de conexão A subdivisão da camada física consiste em:

DTE (Data Terminal Equipment) – Equipamento onde é terminada a conexão física para uma transmissão de dados. Dependendo da função exercida pelo equipamento, podemos dar como exemplo roteadores ou computadores. MAU (Medium Attachment Unit) – É um dispositivo acoplado entre um DTE e o meio de transmissão de uma rede local. PLS (Physical Signaling Sublayer) – responsável pelo acoplamento lógico e funcional da

camada MAC com a MAU. AUI (Attachment Unit Interface) – interliga a MAU ao DTE (se estiverem separados). Consiste em cabos, circuitos lógicos e conectores. PMA (Physical Medium Attachment) – É a parte lógica da MAU. MDI (Medium-Dependent Interface) – É a interface física, seja elétrica, óptica ou mecânica, que liga o meio à MAU.

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Quanto ao tipo de conector mais utilizados, atualmente, podemos dizer que é o RJ-45.

4.1.3. Implementação de cabos UTP Os cabos UTP (Unshielded Twisted Pair) são amplamente utilizados nas redes ethernet. Possuem 8 fios fixados a um conector RJ-45, em cada uma das suas extremidades.

Agora veremos as configurações mais utilizadas para rede.

4.1.3.1. Cabo Direto (Straight-Through) O cabo direto possui este nome devido a sua pinagem, interliga o pino 1 de uma extremidade ao pino 1 da outra, e assim sucessivamente. Conforme figura abaixo:

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Ele é utilizado para interligar os seguintes equipamentos: Roteador ao Switch ou Hub. Computador ao Switch ou Hub.

4.1.3.2. Cabo Cruzado (Crossover)

O cabo crossover é utilizado para interligar os seguintes equipamentos:

· Roteador ao Roteador. · Computador ao Computador. · Switch ao Switch.(*)

· Hub ao Hub.(*) (*) Para esses dispositivos existem, em alguns modelos, a opção de uma porta especial que aceita o cabo direto.

4.1.3.3. Cabo Rollover

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O cabo Rollover é utilizado na porta console dos dispositivos, quando queremos realizar uma configuração ou manutenção local no equipamento (roteadores, switches, computadores, etc.).

4.1.4. Repetidores e Hubs Como já mencionamos, esses dispositivos tem a função de amplificar e regenerar o sinal.

Atuam na camada Física do modelo OSI e na camada de Acesso à Rede na arquitetura TCP/IP.

Geralmente, são utilizados para diminuir as restrições de distância, ocorridas pelas perdas do meio físico.

São transparentes à camada MAC.

Não isolam o tráfego, portanto são vulneráveis à colisões.

4.1.5. Acesso Sem-fio A conectividade por meio de uma rede sem fio necessita de uma placa de rede sem fio e um AP (Access Point), compatíveis entre si.

4.1.6. Pontes (Bridges) e Comutadores (Switches) Permitem interconectar redes independentemente do meio de transmissão.

Atuam na camada de Enlace do modelo OSI e na camada Acesso à Rede na arquitetura TCP/IP.

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Possuem a capacidade de isolar o tráfego, evitando a ocorrência de colisões, criando o conceito de domínios de colisão. Enquanto um hub possui um domínio de colisão, um switch pode criar vários domínios de colisão, assunto que será visto em detalhes no capítulo 7. Vantagens das bridges: · Conversão de formato do quadro, para tecnologias diferentes. · Compatibilização entre redes que operam com o mesmo tipo de quadro em taxas de transmissão diferentes. · Segurança entre os segmentos de rede, através do controle de endereços físicos. · Capacidade de prover caminhos redundantes. Os switches recebem os quadros (frames) por uma porta, armazena-os, consulta a sua tabela, e encaminha-os para a porta de destino. Possuem a característica de divisão de banda por porta. Ao contrário de um hub, que compartilha a banda entre suas portas, o switch reserva uma banda para cada porta. Suas principais características são:

· Tecnologia da porta: Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet, Token Ring, FDDI, etc.)

· Características de Armazenamento (Buffers): Para operar com taxas de transmissão distintas, o switch necessita realizar o armazenamento temporários dos dados. · Métodos de encaminhamento de pacotes: O Store-and-forward e o Cut-through são dois exemplos. No método Store-and-forward todo quadro é armazenado e é analisada a integridade do dado, se correto é realizada a consulta à tabela de

endereços MAC ( MAC address table) para determinar a porta de destino. No caso de erro, o quadro é descartado. No método Cut-through a consulta à tabela é iniciada no recebimento do quadro e o envio é imediato. O que pode causar o envio de quadros com erros, e retransmissões pela camada de transporte. · Arquitetura de Backplane: Pelo barramento central do switch (Backplane) trafegam os dados provenientes das portas. Para controlar esse tráfego existem dois métodos: o Round-robin (varredura seqüencial das portas) e o de Prioridade.

4.1.7. Conectividade do Host Host é o nome que damos ao computador, seja ele uma estação de trabalho ou um servidor. Para estabelecermos a conectividade de um host a uma rede necessitamos que o mesmo possua uma interface de rede, seja por cabo ou wireless, dependendo da estrutura da rede a qual se quer conectar. A interligação de um host com um switch ou um hub é feita por meio de um cabo direto (Straight-Through).

4.1.8. Comunicação Ponto-a-Ponto e Cliente/Servidor A comunicação ponto-a-ponto (peer-to-peer) é realizada por intermédio de cabos crossover, seja host-a-host ou roteador-a-roteador.

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A estrutura Cliente/Servidor consiste em que um host que possui aplicações capazes de fornecer serviços, servir (o servidor) enquanto o outro host (o cliente) se conecta ao servidor, acessa e faz uso desses serviços. Exemplo: HTTP (para acesso a páginas Web), FTP (para transferência de arquivos), DNS (para resolução de nomes da Internet), SMTP/POP3 (para acesso aos e-mails), etc..

4.2. Cabeamento de WANs 4.2.1. Camada física de WAN A camada física utilizada em uma WAN possui uma gama muito grande de possibilidades.

Temos vários tipos de redes WAN, disponibilizadas comercialmente pelas operadoras de telecomunicações.

As tecnologias mais conhecidas são: Frame-Relay, ATM, SDH, RDSI (ISDN), ADSL e Cable TV.

Portanto, para decidirmos qual meio físico será utilizado deveremos antes decidir qual tecnologia é a mais adequada para a empresa e o serviço que será prestado por meio dela.

Dentre os cabeamentos mais utilizados para a comunicação de redes de longa distância, atualmente, a fibra óptica se destaca.

4.2.2. Conexões seriais de WAN A seguir temos uma tabela com as estruturas de transmissão.

ANSI – American National Standards Institute

ETSI – European Telecommunications Standards Institute

ITU-T – International Telecommunications Union - Telecommunication Standardization Sector

UNI – User Network Interface

NNI – Network to Network Interface

PDH - Plesiochronous Digital Hierarchy

SDH - Synchronous Digital Hierarchy

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Para as comunicações seriais, podemos ligar um roteador a um modem e este a rede de uma operadora de telecomunicações através de uma ligação ponto-a-ponto por meio de uma LP (Linha Privativa, Leased Line), ou diretamente a uma rede de serviços da operadora (por exemplo, uma rede Frame-Relay).

4.2.3. Roteadores e Conexões Seriais, ISDN BRI, DSL e CableTV Para as comunicações seriais ponto-a-ponto os cabos mais utilizados entre o roteador e o modem (CSU/DSU -Channel Service Unit/Data Service Unit) são os seguintes: EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, V.35, X.21 e EIA-530. Os protocolos mais utilizados para esse tipo de conexão são: o PPP (Point-to-Point Protocol), padrão de mercado, e o HDLC (High-Level Data Link Control), protocolo proprietário da Cisco. Quando é contratado o serviço de uma rede é realizada toda gestão da comunicação de dados pela operadora de telecomunicações (controle de tráfego, banda, prioridade, taxa de erro, etc.).

Denominamos essas ligações, entre os dispositivos, de links. Em um link de baixa taxa de transmissão, teremos uma conexão ponto-a-ponto até a central telefônica, no chamado POP (Point of Presence, ponto de presença) onde a rede da operadora trata e encaminha os dados. Em um link de alta taxa de transmissão a conexão pode ocorrer através de fibra óptica, por exemplo, sem a necessidade do uso de um modem. A seguir temos figuras com essas representações.

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Continuando, podemos exemplificar outros tipos de conexões como: as redes RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados, ISDN-Integrated Services Digital Network), DSL (Digital Subscriber Line), e redes de TV a cabo (Cable TV).

Conceitos Básicos de Ethernet

5. Conceitos Básicos de Ethernet

5.1. Introdução à Ethernet A história da rede Ethernet começou na década de 1970, no Havaí, quando pela necessidade de pesquisadores em se comunicarem de Honolulu até algumas ilhas distantes. A solução encontrada foi por meio de um rádio de ondas curtas. Cada estação de usuário possuía um pequeno rádio com 2 freqüências: uma ascendente (até o computador central) e outra descendente (a partir do computador central). O usuário enviava um quadro com dados no canal ascendente. Se ninguém mais estivesse transmitindo no momento, o quadro chegava no computador central e era transmitido um sinal de confirmação no canal descendente. Quando havia concorrência pela utilização do canal ascendente, a estação não receberia o sinal de confirmação e enviaria o quadro novamente. Como havia somente um transmissor no canal descendente, que era o computador central, as colisões nesse canal não ocorriam. Foi denominada ALOHANET.

Como já foi comentado, no capítulo 4 item 1.1, a rede Ethernet, como conhecemos, surgiu de pesquisas da Xerox e da comercialização da 3com.

5.1.1. Regras de nomenclatura da Ethernet IEEE O modelo de camadas para redes locais foi definido pelo comitê IEEE 802 (IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos). A organização do padrão IEEE 802 consiste em:

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● 802.1

• Descrição da arquitetura geral do padrão IEEE 802

• Definições de gerenciamento

• Definições de adaptação da subcamada Método de Acesso e camada Física. • Especificação da metodologia para a realização de testes de conformidade dos padrões IEEE para LANs e MANs. ● 802.2

• Especificações do LLC (Logical Link Control) ● 802.3

O esquema de nomenclatura é: <taxa de transmissão, Mbps> <tecnologia> <comprimento máximo/100 em metros> Os principais padrões são:

• 802.3a

■ Ethernet tipo 10Base2, que usa segmentos de 185m (arredondando teremos 200m) de cabo coaxial fino. Utilizados para pequenas instalações. Conhecido por Thinnet (cabo fino) ou Cheapernet (mais barato). Usa conectores tipo T. • 802.3i ■ Ethernet tipo 10BaseT, utiliza cabos de par trançado de até 100m. Usado em redes CSMA/CD multi-segmentadas. Possui taxa de transmissão de 10Mbps. • 802.3u

■ FastEthernet tipos: 100BaseT4 (par trançado 4 fios), 100BaseTX (par trançado 4 pares de fios) e 100BaseFX (fibra óptica). Distância máxima de 100m. Usado em redes CSMA/CD multi-segmentadas. Possui taxa de transmissão de 100Mbps. • 802.3z

■ GigabitEthernet tipo 1000BASE-X. Utiliza fibra óptica a uma taxa de 1 Gbps. • 802.3ab

■ GigabitEthernet tipo 1000BASE-T. Utiliza cabo de par trançado a uma taxa de transmissão de 1 Gbps. • 802.3ae

■ 10 GigabitEthernet tipos: 10GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW. Utiliza fibra óptica a uma taxa de transmissão de 10 Gbps. • 802.3an

■ 10 GigabitEthernet tipo 10GBASE-T. Utiliza cabo UTP a uma taxa de transmissão de 10 Gbps.

5.1.2. Ethernet e o modelo OSI Conforme já vimos a camada de enlace do modelo OSI é dividida em duas sub-camadas no modelo IEEE 802, a sub-camada LLC (Logical Link Control) e a sub-camada MAC (Media Access Control).

A figura a seguir mostra mais detalhes dessa subdivisão

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Modelo IEEE 802 IMAGEM 5.1.3. Quadros da camada 2 A estrutura da sub-camada LLC é composta por quatro campos: Endereços de origem e destino de serviço (SSAP e DSAP), controle e informação.

SSAP (Source Service Access Point): 8 bits – indica o endereço de origem do serviço, e o bit C/R indica se é comando ou resposta.

DSAP (Destination Service Access Point): 8 bits – indica o endereço de destino do serviço, e o bit I/G indica se é um endereço individual ou em grupo.

Controle: 8 ou 16 bits – Identifica a PDU e especifica parâmetros de controle. Informação: 8 * M – contém dados do usuário LLC ou informações de controle. A estrutura da sub-camada MAC é composta por oito campos: Preâmbulo, SFD, DA, SA, Tamanho, Dados LLC, PAD e FCS. Descritos, em detalhes, a seguir.

5.1.4. Estrutura do quadro Ethernet Estrutura do quadro da subcamada MAC

5.1.5. Campos de um quadro Ethernet Definição dos campos: Preâmbulo – responsável pelo sincronismo. SFD (Start Frame Delimiter) – identificação do início do quadro. DA (Destination Address) – Endereço de Destino. SA (Source Address) – Endereço de Origem. Tamanho – Número de octetos (bytes) do campo de dados do LLC. Dados – PDU da sub-camada LLC (0 – 1500 bytes). PAD – campo de enchimento – número aleatório a fim de garantir um tamanho mínimo do quadro (64 bytes). FCS (Frame Check Sequence) – calcula erros por CRC (Cyclic Redundancy Check)

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5.2. Operação da Ethernet

5.2.1. Media Access Control (MAC) O formato do endereço MAC é o seguinte:

5.2.2. Regras MAC e detecção de colisões As funções da sub-camada MAC são as seguintes:

● Preparar o quadro para transmissão

○ Receber os dados da sub-camada LLC

○ Acrescentar bits PAD para garantir o tamanho mínimo do quadro Ethernet. ○ Realizar o cálculo do CRC ● Entregar o quadro à camada física

○ Fornecer a seqüência de bits para a camada física. ○ Verificar a condição do canal ○ Atrasar a transmissão a fim de evitar colisões

○ Encerrar uma transmissão, no caso de detecção de colisão

○ Calcular o tempo de espera

○ Gerar sinal jam (rajada informando existência de colisão) ● Receber o quadro da camada física

○ Receber a seqüência de bits da camada física

○ Excluir seqüências incompatíveis com o tamanho mínimo ● Preparar o quadro na recepção

○ Verificar erros por meio do cálculo do CRC

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○ Verificar o endereço de destino contido no quadro

○ Entregar o dado à sub-camada LLC Para o controle da alocação do canal e detecção de erros é utilizado o procedimento CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

O CSMA/CD funciona da seguinte forma: 1 – O host, que deseja transmitir, verifica a situação do canal, se há portadora. 2 – A transmissão será iniciada quando o canal estiver livre. 3 – A verificação da condição do canal é realizada também durante a transmissão. 4 – No caso de detecção de colisão, a transmissão é abortada e é enviado um sinal jam. 5 – O host aguarda um tempo aleatório, baseado em algoritmos, e reinicia o processo.

5.2.3. Temporização Ethernet e backoff A temporização da Ethernet é o tempo que um bit leva para atravessar uma distância de um cabo UTP.

O algoritmo backoff é calculado de modo a tentar evitar colisões.

Se o tempo de espera fosse igual para todos os elementos transmissores as colisões continuariam a ocorrer.

O tempo de espera para a n-ésima tentativa de transmissão é dado por:

Tespera = random (i) x St.

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Onde, i = número que varia de 0 a 2k, e k= min(n,10), n= número de tentativas. St = slot time, tempo necessário para transmitir 64 bytes. Após 10 tentativas sem sucesso, o tempo de espera não é aumentado, e depois de 16 tentativas é gerada uma mensagem de erro.

5.2.4. Espaçamento entre quadros (Interframe spacing) e delimitação de quadros O espaçamento entre quadros (Interframe spacing) é utilizado para definir o tempo mínimo entre o término da transmissão de um quadro e o início da transmissão de outro.

Os limites dos quadros podem ser determinados pela utilização de quatro métodos possíveis.

– Contagem de caracteres

– Caracteres delimitadores

– Utilização de flags

– Violação de códigos do nível físico

5.2.5. Tratamento de erros O principal erro é proveniente de colisões, logo podemos ter em mente alguns procedimentos para evitá-lo.

São eles:

● Diminuindo o comprimento da rede. ● Aumentando o tamanho da mensagem.

5.2.6. Tipos de colisão Podemos definir colisão como o evento decorrente do fato de se transmitir dois ou mais quadros no mesmo instante, no mesmo meio físico. Suas principais premissas são:

● Todas as estações podem detectar colisões. ● Um quadro que tenha sofrido colisão deverá ser retransmitido. Classificamos as colisões em: simples ou múltipla.

● Colisão Simples: que foi detectada mas o quadro foi transmitido com sucesso na tentativa seguinte. ● Colisão Múltipla: ocorrência de várias colisões para o mesmo quadro, com sucesso na última transmissão. Os tipos de colisão podem ser:

● Local: no cabeamento. ● Remota: quadro com comprimento inferior ao mínimo. ● Tardia: após os 64 bytes do quadro.

5.2.7. Erros da Ethernet Os erros mais comuns são:

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● Colisão ou ¨runt¨: Transmissão simultânea que ocorre antes do slot time. ● Colisão tardia: Transmissão simultânea que ocorre depois do slot time. ● Jabber, quadros longos: Transmissão de comprimento proibido. ● Quadros pequenos: Transmissão de comprimento proibido. ● Erro de FCS: Transmissão com dados corrompidos. ● Erro de alinhamento: Número incorreto de bits transmitidos. ● Erro de tamanho: Diferença entre o número real e o relatado. ● Fantasma: Preâmbulo longo.

5.2.8. Autonegociação da Ethernet A autonegociação é utilizada para garantir, automaticamente, a compatibilidade de parâmetros de interfaces de rede, como: taxa de transmissão (10 / 100 / 1000 Mbps) e modo de transmissão (Half ou Full-duplex).

5.2.9. Estabelecimento de um link, full-duplex e half-duplex Os modos de operação de uma conexão Ethernet podem ser:

● Half-duplex: conexão que permite o tráfego nos dois sentidos, mas apenas em um sentido de cada vez. ● Full-duplex: conexão que permite tráfego em ambos os sentidos, simultaneamente.

Tecnologias Ethernet

6. Tecnologias Ethernet 6.1. Ethernet 10 Mbps e 100 Mbps

6.1.1. Ethernet 10 Mbps A Ethernet de 10 Mbps foi criada em 1978 e foram desenvolvidos alguns padrões que serão tratados a seguir.

6.1.1.1. 10BASE5 O tipo 10BASE5 possui as seguintes características:

• Padrão 802.3c. • Taxa de transmissão de 10 Mbps. • Sinalização em banda base. • Usa cabo coaxial grosso, com comprimento máximo de 500m, por segmento. • Conector AUI. • Opera no modo half-duplex. • Utiliza a codificação Manchester. • Topologia de barramento.

6.1.1.2. 10BASE2 O tipo 10BASE2 possui as seguintes características:

• Padrão 802.3a. • Taxa de transmissão de 10 Mbps.

50

• Sinalização em banda base. • Usa cabo coaxial fino, mais leve, flexível e de custo menor. Com comprimento máximo de 185 metros (arredondamento 200m). • Conector BNC. • Opera no modo half-duplex. • Utiliza codificação Manchester. • Topologia de barramento.

6.1.1.3. 10BASE-T O tipo 10BASE-T foi introduzido em 1990 e possui as seguintes características:

• Padrão 802.3i. • Taxa de transmissão de 10 Mbps. • Sinalização em banda base. • Usa cabo de par-trançado UTP, que também é flexível e de baixo custo. Com comprimento máximo de 100 metros, amplamente utilizado. • Conector RJ-45. • Pode operar nos modos half-duplex ou full-duplex. • Utiliza o procedimento CSMA/CD. • Utiliza topologia em estrela com um hub central. • Sua grande vantagem refere-se ao fato de que uma falha no cabo afeta somente uma estação.

6.1.1.4. Cabeamento e arquitetura do 10BASE-T

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1. O comprimento do cabo UTP, por segmento, é normalmente de 1 a 100 metros entre a estação de trabalho e o hub.

2. O comprimento do cabo UTP, por segmento, também é normalmente de 1 a 100 metros entre hubs. Cada hub é considerado um repetidor multiportas, a distância entre os hubs contam na direção do limite do repetidor. 3. Os dois hubs stackable (¨empilháveis¨), com backplanes interconectados, contam como apenas um hub(repetidor).

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6.1.2. Ethernet 100 Mbps A Ethernet 100 Mbps é conhecida por FastEthernet, padrão IEEE 802.3u. A principal característica da Ethernet 100 Mbps é sua taxa de transmissão, dez vezes maior que o padrão 10BASE-T.

Os principais padrões da tecnologia Ethernet 100 Mbps são:

• 100BASE-TX, meio físico de cabo de cobre UTP

• 100BASE-FX, meio físico de fibra óptica multimodo.

6.1.2.1. 100BASE-TX Suas características são:

• Taxa de transmissão de 100 Mbps. • Sinalização em banda base. • Usa cabo de par trançado UTP (cat5). Com comprimento máximo de 100 metros, amplamente utilizado. • Conector RJ-45. • Pode operar nos modos half-duplex ou full-duplex. • Utiliza o procedimento CSMA/CD. • Utiliza topologia em estrela ou barramento.

6.1.2.2. 100BASE-FX Suas características são:

• Taxa de transmissão de 100 Mbps. • Sinalização em banda base. • Usa cabo de fibra óptica de duas vias. • Conector ST ou SC.

6.1.2.3. Arquitetura Fast Ethernet

A arquitetura Fast Ethernet para cabeamento par trançado segue as mesmas especificações da Ethernet 10 Mbps.

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Quanto a 100Base-FX, a pinagem é a seguinte:

6.2. Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet

6.2.1. Ethernet 1000 Mbps A Ethernet 1000 Mbps ou Gigabit Ethernet utiliza cabeamento de cobre (par trançado) e

fibra óptica. A seguir temos os padrões da Ethernet 1000 Mbps:

• 1000BASE-X, IEEE 802.3z, opera a uma taxa de transmissão de 1 Gbps, no modo fullduplex, com cabo de fibra óptica. • 1000BASE-T

• 1000BASE-TX

• 1000BASE-SX

• 1000BASE-LX

6.2.1.1. 1000BASE-T Especificação IEEE 802.3ab, usa cabo de par trançado (categoria 5, ou maior).

6.2.1.2. 1000BASE-TX, SX e LX As especificações 1000BASE-TX, 1000BASE-SX e 1000BASE-LX usam os mesmos parâmetros de temporização e um tempo de bit de 1 nanosegundo.

6.2.1.3. Arquitetura Gigabit Ethernet

1 – O cabeamento pode ser em cobre (par trançado) ou fibra óptica. Normalmente, é usado UTP devido ao custo.

2 - O cabeamento pode ser em cobre (par trançado) ou fibra óptica.

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Normalmente, é usada a fibra óptica.

6.2.2. Ethernet 10 Gigabit • 10GBASE-SR: destinado a curtas distâncias através de fibras multimodo já instaladas, suporta uma distância entre 26 m e 82 m. • 10GBASE-LX4: utiliza WDM (Wavelength Division Multiplexing), suporta distâncias de 240 m a 300 m através das fibras multimodo já instaladas, e 10 km através de fibras monomodo. • 10GBASE-LR e 10GBASE-ER: suporta de 10 km a 40 km através de fibra monomodo. • 10GBASE-SW, 10GBASE-LW e 10GBASE-EW: conhecidos de forma genérica como 10GBASE-W são destinados a funcionar com equipamentos OC-192 STM (Synchronous Transport Module) SONET/SDH para WAN.

6.2.2.1. Arquiteturas 10 Gigabit Ethernet

6.2.2.2. Futuro da Ethernet O futuro dos meios físicos de rede:

• Cobre (atualmente 1 Gbps, provavelmente cresça). • Fibra óptica (atualmente 10 Gbps e em breve atingirá taxas maiores). • Sem fio (aproximadamente 100 Mbps, e deve crescer).

Comutação e domínios Ethernet

7. Comutação e domínios Ethernet 7.1. Comutação Ethernet 7.1.1. Bridging da Camada 2 Com o aumento do número de hosts (estações de trabalho ou servidores) em uma rede local, temos um acréscimo na probabilidade de ocorrência de colisões e, conseqüentemente, no número de retransmissões, o que causa uma lentidão na rede.

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A solução encontrada é dividir a rede em segmentos menores. A esta divisão da rede em segmentos, a fim de diminuirmos o número de ocorrência de colisões, denominamos domínio de colisão. Os equipamentos capazes de realizar esta função são as bridges e os switches. Outro conceito importante é o domínio de broadcast, área onde o sinal enviado é recebido por todos os dispositivos nela conectados.

7.1.2. Comutação da Camada 2 As bridges possuem duas portas, ou seja, dividem o domínio de colisão em duas partes, sem ter efeito sobre o domínio de broadcast. Os switches possuem mais portas. Para saber para onde deve enviar o quadro recebido, utiliza uma tabela de comutação de quadros, denominada tabela MAC.

7.1.3. Operação de um Switch Os switches examinam o cabeçalho para escolher como processar o quadro. Normalmente, os switches decidem enviar e filtrar os quadros, aprendem os endereços MAC e utilizam o protocolo STP (Spanning Tree Protocol) para evitar loops. A seguir temos a descrição das atividades de operação de um switch:

Atividade 1 - Os switches encaminham os quadros baseando-se no endereço de destino: 1 - Se o endereço de destino é um endereço de broadcast, multicast ou um unicast não listado na sua tabela, oswitch envia um sinal de flood, sinal enviado para todas a portas exceto a de origem do quadro. 2 - Se o endereço de destino é um endereço de unicast conhecido, ou seja, já consta da sua tabela, o switch realiza as seguintes operações: a) Se a interface de saída listada na tabela MAC é diferente da interface de origem do quadro, o switch encaminha o quadro para a porta de saída conforme indicação da tabela. b) Se a interface de saída listada na tabela MAC é igual à interface de origem do quadro, o switch ignora o quadro. Atividade 2 - Lógica de construção da tabela MAC. 1 - Para cada quadro recebido, o switch anota o endereço MAC e a porta por onde foi recebido o quadro.

a) Se não consta na tabela, faz a associação do endereço MAC à porta, e coloca (¨seta¨) o temporizador de inatividade em zero.

b) Se já consta na tabela, e reinicializa (¨reseta¨) o temporizador de inatividade em zero.

Atividade 3 – Os switches utilizam o protocolo STP, o que causa o bloqueio de algumas interfaces para receber ou enviar quadros. Esse mecanismo serve para evitar loops na rede.

7.1.4. Latência Denominamos latência ao atraso que um quadro sofre para ir da origem até o destino.

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Os parâmetros que influenciam na latência de uma rede são:

• o meio físico

• a capacidade de processamento dos dispositivos, ao longo do caminho

• os atrasos causados pelas decisões de comutação

• os atrasos causados por retransmissões dos quadros,

7.1.5. Modos de um switch No capítulo 4, já vimos alguns métodos de encaminhamento de quadros. Neste capítulo

acrescentamos mais alguns modos de encaminhamento de quadros. Então podemos

descrever:

● Store-and-forward

● Cut-through

● Fragment Free No método Store-and-forward todo quadro é armazenado e é analisada a integridade do dado, se correto é realizada a consulta à tabela de endereços MAC ( MAC address

table) para determinar a porta de destino. No caso de erro, o quadro é descartado. No método Cut-through a consulta à tabela é iniciada no recebimento do quadro e o envio é imediato. O que pode causar o envio de quadros com erros, e retransmissões pela camada de transporte. No método Fragment-free os primeiros 64 bytes são lidos (incluindo o cabeçalho do quadro) e a comutação se inicia antes que sejam lidos todo o campo de dados e o checksum. Este modo verifica a maioria dos erros e possui baixa latência.

7.2. Domínios de Colisão e Domínios de Broadcast 7.2.1. Ambiente de meios compartilhados Podemos verificar pelos estudos realizados até o momento que os computadores compartilham o meio físico para transmitir seus dados.

Vimos também que com o aumento do número de equipamentos transmitindo seus dados nesse ambiente compartilhado a chance de ocorrer uma colisão aumenta.

Vamos analisar agora a diferença entre domínios de colisão e de broadcast e como construílos de maneira a melhorar a performance da rede.

7.2.2. Domínios de colisão Os domínios de colisão são áreas segmentadas pelos dispositivos de camada 2 (bridges e switches) de forma a diminuir os efeitos das colisões de quadros sobre o desempenho da rede.

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7.2.3. Segmentação Como vimos na figura anterior, a rede foi segmentada (ou dividida) em 4 domínios de colisão:

● As estações ligadas ao hub concorrem entre si dentro do primeiro domínio. ● A estação ligada à bridge compõe um segundo domínio. ● O switch criou mais dois domínios de colisão.

7.2.4. Broadcasts da Camada 2 O Broadcast da camada 2 é uma forma de uma estação se comunicar com todas as demais de uma só vez. Quando as estações de trabalho precisam localizar um endereço MAC que não está na sua tabela MAC, fazem uma solicitação broadcast por meio do protocolo ARP (Address Resolution Protocol). Para encaminhar dados para todos os domínios de colisão, são enviados quadros com o endereço FF-FF-FF-FF-FF-FF.

7.2.5. Domínios de broadcast

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7.2.6. Fluxo de dados O fluxo de dados se refere ao caminho dos dados por meio dos dispositivos das camadas 1, 2 e 3, após a transmissão pela estação de origem até a chegada a estação de destino. • Dispositivo da Camada 01: sincroniza, amplifica e transmite o dado (seqüência de bits). • Dispositivo da Camada 02: encaminha ou filtra os dados (quadros) com base no endereço físico (no caso, endereço MAC). • Dispositivo da Camada 03: encaminha ou filtra os dados (pacotes) com base no endereço lógico (no caso, endereço IP).

7.2.7. Segmento de rede

O conceito de segmento de rede significa é uma subdivisão da rede. Não devemos confundir com a definição de segmento da camada de transporte que indica a PDU da camada 4.

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Conjunto de Protocolos TCP/IP e endereçamento IP

8. Conjunto de Protocolos TCP/IP e endereçamento IP

8.1. Introdução ao TCP/IP

8.1.1. História e futuro do TCP/IP Conforme vimos no início da apostila, a arquitetura TCP/IP (Transmission Control

Protocol / Internet Protocol) é nasceu da pesquisa financiada pela Agência de Defesa dos Estados Unidos, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), e evoluiu muito com o desenvolvimento do sistema operacional UNIX. A Internet expandiu devido aos fatos do protocolo TCP/IP não ser proprietário e ser de fácil implementação.

As regras de implementação da arquitetura TCP/IP são normatizadas pelas RFCs (Requests for Comments). A tendência é evoluir ainda mais, provendo serviços cada vez mais interativos.

8.1.2. Camada de Aplicação A camada de Aplicação tem a função de prover uma interface entre os programas de usuários (aplicativos) e as redes de comunicação de dados

A camada de Aplicação é equivalente às camadas 5, 6 e 7 do Modelo OSI. Os protocolos mais conhecidos são:

● HTTP – HyperText Transfer Protocol - protocolo responsável pela comunicação via páginas WWW (World Wide Web) ou, simplesmente, Web. Por um programa navegador (browser), usando o protocolo HTTP, um usuário pode acessar informações contidas em um servidor Web. ● FTP – File Transfer Protocol – protocolo responsável pela transferência de arquivos entre computadores. ● Telnet – Terminal de acesso remoto – protocolo que permite o acesso a um equipamento distante. Permite que possamos dar comando e rodar aplicações remotamente. ● DNS – Domain Name System – aplicação responsável pela tradução de endereços IP em nomes e vice-versa. ● SMTP – Simple Mail Transfer Protocol – protocolo responsável pelo armazenamento e envio de e-mails (Eletronic Mail - Correio Eletrônico).

8.1.3. Camada de Transporte A principal função da camada de transporte é prover uma comunicação fim-a-fim entre as aplicações de origem e destino, de forma transparente para as camadas adjacentes.

O nome dado à PDU (Protocol Data Unit) desta camada é segmento. Ela é equivalente à camada 4 do Modelo OSI. Seus dois principais protocolos são o TCP e o UDP.

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O TCP (Transmission Control Protocol) é um protocolo orientado a conexão. Fornece um serviço confiável, com garantia de entrega dos dados. Suas principais funções são:

● Compatibilidade do tamanho dos segmentos

● Confiabilidade da integridade dos dados

● Multiplexação

● Seqüenciamento

● Controle de fluxo

● Janelamento O UDP (User Datagram Protocol) é um protocolo não orientado a conexão. Fornece um serviço, não confiável, sem garantia de entrega dos dados. Um datagrama pode se perder, sofrer atrasos, ser duplicado ou ser entregue fora de seqüência. Não executa nenhum mecanismo de controle e nem envia mensagens de erro.

8.1.4. Camada Internet A função da camada Internet é prover a conectividade lógica realizando a comutação de pacotes, ou roteamento, de forma a encontrar o melhor caminho para a transmitir pacotes, datagramas, através da rede.

Como vimos, a camada Internet, pode ser chamada de Rede ou Internetwork, é equivalente a camada 3, de Rede, do Modelo OSI.

Os protocolos principais desta camada são:

● IP (Internet Protocol)

● ICMP (Internet Control Message Protocol) (popular ping)

● ARP (Address Resolution Protocol)

● RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

8.1.5. Camada de Acesso à Rede A função da camada Acesso à Rede é prover uma interface entre a camada Internet e os elementos físicos da rede.

A camada inferior da arquitetura TCP/IP tem as funcionalidades referentes às camadas 1 e 2 do Modelo OSI.

8.1.6. Comparação do modelo OSI com o modelo TCP/IP

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Principais pontos de comparação:

• OSI é um modelo de referência, TCP/IP é uma arquitetura de implementação

• Ambos são divididos em camadas. • As camadas de Transporte são equivalentes. • A camada de Rede do Modelo OSI equivalente à camada Internet do TCP/IP. • As camadas de Aplicação, Apresentação e Sessão do Modelo OSI são equivalentes à camada de Aplicação do TCP/IP. • As camadas de Enlace e Física do Modelo OSI são equivalentes à camada Acesso à Rede do TCP/IP.

8.1.7. Arquitetura da Internet A Internet é uma rede, baseada na arquitetura TCP/IP, que permite a comunicação de dados entre hosts do mundo inteiro e disponibiliza uma enorme quantidade de serviços e informações aos seus usuários.

A Internet é a interligação de redes, daí o nome (Inter – entre, net – redes). Possui uma estrutura extremamente complexa, pois interliga redes dos vários países do planeta. Porém toda essa complexidade é transparente ao usuário.

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Os elementos chave dessa estrutura são os roteadores, responsáveis por transmitirem os pacotes que circulam na rede.

8.2. Endereços de Internet

8.2.1. Endereçamento IP O endereçamento IP é o endereço lógico da arquitetura TCP/IP, e amplamente utilizado na Internet.

Cada host da Internet possui, pelo menos, um endereço IP.

Atualmente, a grande maioria das redes que compõem a Internet utilizam a versão 4 do protocolo IP (IPv4), porém devido a limitação dos endereços utilizados nesta versão foi desenvolvida a versão 6 (IPv6) que, entre outras vantagens, resolve este problema.

8.2.2. Endereçamento IPv4 O endereço IP, na versão 4, é formado por 32 bits, divididos em 4 blocos de 8 bits, representados no sistema decimal (0-255).

0-255.0-255.0-255.0-255

Exemplo: 10.235.18.129, 172.29.244.5, 200.207.10.188.

O endereço IP é constituído por dois componentes: a identificação da rede (netid) e a identificação do host dentro da rede (hostid).

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8.2.3. Endereços IP classes A, B, C, D e E Classes de Endereços IP

Para a associação do hostid e do netid utilizamos a máscara de rede (netmask).

Classe A: é destinada uma faixa de endereços para empresas com um grande número de hosts, onde o primeiro octeto representa a parte da rede e os demais octetos representam a parte do host. O primeiro bit de um endereço classe A deve ser 0.

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Classe B: é destinada uma faixa de endereços para empresas com número intermediário de hosts, onde os dois primeiros octetos representam a parte da rede e os dois últimos octetos representam a parte do host. Os primeiros dois bits de um endereço classe B devem ser 10. Classe C: é destinada uma faixa de endereços para empresas com um número pequeno de hosts, onde os três primeiros octetos representam a parte da rede e o último octeto representa a parte do host. Os primeiros três bits de um endereço classe C devem ser 110. Classe D: é a faixa destinada ao serviço de multicast, onde o endereço de rede direciona os pacotes de destino para grupos específicos. Classe E: a IETF reserva os endereços dessa faixa para pesquisas.

Comparação do número de redes e hosts das classes A, B e C.

8.2.4. Endereços IP reservados Existem endereços reservados que não podem ser utilizados em nenhum host ou dispositivo de rede. Para cada bloco de endereços IP, são reservados o primeiro endereço (Endereço da rede) e o último (endereço debroadcast). O endereço 127.0.0.1 é o endereço de localhost (endereço da própria máquina). O endereço 0.0.0.0 não é usado.

8.2.5. Endereços IP públicos e privados Os endereços IPs utilizados na Internet são denominados públicos ou válidos e são administrados por determinadas entidades. O controle central cabe ao IANA, já o bloco de endereços destinados ao Brasil era controlado pela FAPESP e atualmente é controlado pelo Comitê Gestor da Internet no Brasil.

Existem alguns blocos de endereçamento que foram reservados para utilização dentro de redes privadas, muito usados em Intranets ou redes de gerenciamento. A esses blocos damos o nome de endereços privados ou inválidos. São eles:

Endereços Privados

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Os Endereços IP Privados auxiliam no contorno do problema de escassez de IPs, pois as redes privadas não conectadas diretamente à Internet podem usar qualquer endereço. E para obter o acesso à Internet usamos a técnica de NAT (Network Address Translation) para converter endereços privados em públicos.

8.2.6. Conceitos de Classfull e Classless A implementação que forneceu à Internet uma solução paliativa para o problema da escassez de endereçamento IP foi o CIDR (Classless InterDomain Routing). A idéia básica do CIDR é alocar os endereços IP em blocos de tamanho variável, sem levar em consideração as classes. Ou seja, denominamos Classfull ao sistema tradicional de endereçamento IP, dividido em classes. E Classless, o sistema de endereçamento que independe da classe.

8.2.7. Introdução às sub-redes O conceito de sub-redes consiste em criar um maior número de divisões além das realizadas

por meio das classes. A sub-rede é criada pela associação do endereço IP com a máscara de

sub-rede.

8.2.8. Noções de IPv6 O IPv6 foi desenvolvido principalmente para equacionar o problema da escassez de endereçamento IP.

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Possui 128 bits, formado oito blocos de 16 bits, sendo representados por quatro dígitos hexadecimais.

A estrutura IPv6 define três tipos de endereços: Unicast, Multicast e Anycast. As especificações do IPv6 trazem as seguintes mudanças em relação ao IPv4:

● Capacidades de endereçamento e roteamento foram expandidas. ● Simplificação do formato do cabeçalho. ● Inserção da funcionalidade de Qualidade de Serviço (QoS). ● Suporte a autenticação, integridade dos dados e confidencialidade.

8.3. Obtenção de um endereço IP

8.3.1. Obtendo um endereço da Internet Para um provedor de serviço adquirir uma faixa de endereços IP, necessita enviar uma solicitação a uma entidade controladora, como o Comitê Gestor, enviando as características do projeto de expansão que demonstrem claramente a necessidade.

Os provedores de serviço, como as Operadoras de Telecomunicações, repassam blocos destes endereços para os seus clientes (empresas). E utilizam parte da faixa recebida para prover serviços como IP sobre ADSL, IP discado, etc..

Para o usuário final, basta configurar a sua estação com a opção de configuração automática (utilizando o protocolo DHCP).

8.3.2. Atribuição estática do endereço IP Podemos atribuir manualmente um endereço IP a um host. Vários tipos de equipamentos suportam esta configuração, a diferença está na forma de executar a entrada dos dados. Alguns sistemas operacionais permitem a configuração gráfica e outros através de linha de comando. Normalmente, os parâmetros mais comuns a serem configurados são:

● Endereço IP

● Máscara

● Default Gateway

● Servidor de DNS Para o sistema operacional Windows temos:

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8.3.3. Atribuição de endereço IP utilizando RARP O RARP (Reverse Address Resolution Protocol) envia um datagrama em broadcast à rede, respondido pelo servidor RARP, que preenche os campos ausentes ou desconhecidos do remetente. É utilizado principalmente para estações diskless.

8.3.4. Atribuição de endereço IP BOOTP O protocolo BOOTP é uma forma alternativa de atribuição de endereços para estações diskless. Com propósito similar ao protocolo RARP, o BOOTP pode configurar as estações a partir do boot (inicialização da máquina). O seu funcionamento consiste em:

● A estação envia uma solicitação de BOOTP em broadcast. ● O servidor responde à solicitação com todas as informações necessárias para o funcionamento da estação. A vantagem do BOOTP, em relação ao ARP, é que pode disponibilizar muito mais informações às estações.

O BOOTP pertence a camada de Aplicação do TCP/IP.

8.3.5. Gerenciamento de Endereços IP com uso de DHCP O protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) é utilizado para prover as configurações básicas de endereçamento IP e proporcionar o controle da utilização dos endereços. Facilita a configuração das estações de trabalho, principalmente em redes com grande número de hosts.

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8.3.6. Problemas de resolução de endereços Os problemas mais freqüentes encontrados, no que diz respeito ao endereçamento, são relativos à atribuição de máscaras incorretas às estações e nós da rede, configuração incorreta de gateways, ou parâmetros de roteamento dinâmicos (principalmente classless e classfull).

8.3.7. Protocolo de Resolução de Endereços (ARP) O ARP (Address Resolution Protocol) é o protocolo usado para descobrir o endereço MAC associado a um determinado endereço IP. Seu funcionamento consiste em enviar um datagrama por broadcast com o endereço IP da máquina de destino. A resposta da máquina que possui tal endereço IP acrescenta o endereço MAC.

Conceitos Básicos de Roteamento e de Sub-redes

9. Conceitos Básicos de Roteamento e de Sub-redes 9.1. Protocolo roteado

9.1.1. Protocolos roteados e de roteamento É muito importante realizarmos a distinção de definições de termos parecidos.

Chamamos de roteamento a técnica utilizada na identificação do caminho mais eficiente para transmitir um pacote entre dois pontos da rede. Esta função é realizada pelo roteador. O roteamento pode ser:

● Direto: quando dois nós estão diretamente conectados no mesmo domínio de broadcast, ou seja, o endereço IP pertence a esse domínio. ● Indireto: quando o endereço de destino não faz parte do mesmo domínio de broadcast. Tabela de roteamento: Tabela construída a partir das informações contidas no cabeçalho IP dos pacotes que passam pelo nó, e utilizada para se determinar o melhor caminho para o envio do pacote. R1#show ip route

Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP

D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area

N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2

E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP

i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area

* - candidate default, U - per-user static route, o - ODR

P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is 172.16.3.2 to network 0.0.0.0

172.16.0.0/24 is subnetted, 3 subnets

C 172.16.1.0 is directly connected, FastEthernet0/0

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C 172.16.3.0 is directly connected, Serial0/1

S* 0.0.0.0/0 [1/0] via 172.16.3.2 Um protocolo roteado define o tipo do pacote encaminhado, ou roteado, através da rede, fornecendo as informações necessárias para a transferência de dados entre dispositivos. Exemplo: IP, IPX, AppleTalk, e DECnet.

Um protocolo de roteamento aprende rotas e as insere na Tabela de Roteamento. Identificando, dinamicamente por meio de parâmetros, o melhor caminho para o envio dos pacotes pela rede. Exemplo: RIP, OSPF, IS-IS, IGRP, EIGRP e BGP.

9.1.2. IP como protocolo roteado O protocolo IP é um protocolo não orientado à conexão, ele é transmitido pela rede pelos roteadores, que decidem o melhor caminho analisando a sua tabela de roteamento.

9.1.3. Propagação de pacotes e comutação em um roteador Para descrever o processo de envio e pacotes por uma rede necessitamos definir mais um elemento, o Gateway. Denominamos Gateway como qualquer computador capaz de escolher um caminho para a transmissão do pacote. Para estabelecer uma comunicação com redes externas definimos um gateway padrão (default gateway). O processo para a transmissão de pacotes consiste em:

1 – Quando o dado chega a camada Internet, o protocolo IP identifica o endereço de destino e analisa.

a) Se o endereço IP pertence a sua rede. A1) Verifica se o endereço físico do host existe em sua tabela MAC. 1. Se positivo, encaminha o quadro para o host de destino. 2. Se negativo, utiliza o protocolo ARP para descobrir o endereço MAC, associado ao endereço IP de destino. Após receber o endereço MAC, encaminha o quadro ao host de destino. b) Se o endereço IP não pertence a sua rede. B1) Encaminha o pacote para o default gateway. B2) O gateway consulta a sua tabela de roteamento e encaminha o pacote para o próximo nó da rede. B3) O próximo nó, gateway, recebe o pacote, analisa com base na tabela de roteamento e encaminha para o próximo nó, com a melhor rota para o endereço IP de destino. Continuando este processo até chegar no gateway da rede de destino. B4) Quando o pacote chega ao gateway da rede de destino, o pacote é analisado, conforme processo a.

9.1.4. Internet Protocol (IP)

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O protocolo IP é um protocolo não orientado à conexão, que busca fornecer a melhor entrega possível, porém não é confiável, ou seja, não garante a entrega.

O conceito de ―protocolo não orientado à conexão" significa que não existe uma conexão estabelecida antes da transmissão. Por causa desse fato o pacote pode ser extraviado, não garantindo a entrega do mesmo.

A busca da melhor entrega é realizada a partir da análise das informações contidas no cabeçalho do protocolo, que formam a tabela de roteamento.

Na camada Internet, são acrescentadas informações, que compõem o cabeçalho do protocolo IP, aos dados recebidos dos protocolos de camada superior.

No cabeçalho do protocolo IP estão informações sobre versão, endereçamento, tempo de vida do pacote, protocolo, e outros campos de controle.

O IP não trata os dados passados pelas camadas superiores, somente adiciona o cabeçalho e o encaminha para a camada inferior.

O protocolo IP usa a técnica de fragmentação (técnica de divisão dos pacotes em várias partes) para adequar o tamanho do pacote, ou datagrama, ao MTU (Maximum Transfer Unit) do quadro da tecnologia usada na camada Acesso à Rede. O padrão Ethernet especifica MTU de 1500 bytes.

9.1.5. Estrutura de um pacote IP

Descrição dos campos: VERS: (4 bits) Versão do protocolo IP. HLEN: (4 bits) Comprimento do cabeçalho. Tipo de Serviço: (8 bits) Fornece uma indicação dos parâmetros de qualidade

desejada (delay, throughput, confiabilidade, custo). Comprimento Total: (16 bits) Indica o tamanho total do pacote. Identificação: (16 bits) Identifica cada pedaço de um pacote IP fragmentado. Flag: (3 bits) Para controle de fragmentação. Bit 0: reservado

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Bit 1: 0 = permite fragmentação. 1 = não permite fragmentação. Bit 2: 0 = último fragmento. 1 = mais fragmentos. Offset do fragmento: (13 bits) Indica a posição do fragmento dentro do pacote. TTL - Time to Live (Tempo de Vida): (8 bits) Indica o tempo máximo que o pacote

pode trafegar na rede. Cada roteador decrementa esse valor, ao chegar em zero o

pacote é descartado. Protocolo: (8 bits) Indica o protocolo cujos dados estão sendo transportados. ICMP = 1, TCP = 6, UDP = 17. Checksum do cabeçalho: (16 bits) Verifica a integridade do cabeçalho. No caso de

ocorrência de erro o pacote é descartado. Endereço IP de origem: (32 bits) Endereço IP do host que enviou o pacote. Endereço IP de destino: (32 bits) Endereço IP do host que receberá o pacote. Padding: (variável) Para garantir que o comprimento do cabeçalho seja múltiplo de 32 bits.

9.2. As mecânicas da divisão em sub-redes 9.2.1. Classes de endereços IP de rede Conforme descrito anteriormente, as classes de endereços IP são: A, B, C, D e E. Sendo que as utilizadas para comunicação unicast são as classes A, B e C.

9.2.2. Introdução e razão para a divisão em sub-redes Para a criação de uma sub-rede, parte dos bits destinados aos host são utilizados. As principais vantagens associadas ao uso de sub-redes são a segmentação da rede, evitando tráfego desnecessário de broadcast, e o controle de segurança, limitando o acesso aos segmentos por meio do uso de listas de acesso.

9.2.3. Estabelecimento do endereço da máscara de sub-rede A utilização da máscara de sub-rede permite a criação de um número maior de pequenas

redes. Possui duas formas de notação:

● Decimal pontuada: Como no endereço IP (W.X.Y.Z). Exemplo: 255.0.0.0, 255.255.0.0, 255.255.255.0, 255.255.240.0 ou 255.255.255.248.

● Prefixo (Número de bits): representada por /N, onde N indica o número de bits 1 da máscara. Exemplo: /8, /16, /24, /20, ou /29.

A máscara de sub—rede indica o limite entre a parte destinada ao host e à rede em um endereço IP. É uma seqüência de 1s consecutivos partindo dos bits mais significativos. Por ex.: a representação da máscara 255.240.0.0 ou /12 indica (11111111.11110000.00000000.00000000).

9.2.4. Aplicação da máscara de sub-rede Para aplicarmos uma máscara de sub-rede devemos realizar um AND lógico entre o endereço IP e a máscara associada.

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Exemplo: Endereço IP: 192.168.14.34

Máscara: /28 ou 255.255.255.240 Convertemos os números para binário.

(11000000.10101000.00001110.00100010) AND

(11111111.11111111.11111111.11110000)

___________________________________

(11000000.10101000.00001110.00100000) Convertendo para decimal temos o endereço da sub-rede. Endereço IP da sub-rede: 192.168.14.32 /28 ou (255.255.255.240) Isso indica que teremos os seguintes endereços IP disponíveis para os hosts: 192.168.14.X onde X: (de 33 até 46), conforme a tabela abaixo.

9.2.5. Divisão de redes das classes A, B e C em sub-redes

9.2.6. Cálculos de sub-redes Para determinarmos qual a melhor máscara que devemos utilizar na segmentação de uma rede, ou seja, na criação de sub-redes, devemos planejar o número de hosts e sub-redes que teremos em nosso ambiente, prevendo sempre possíveis expansões.

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Tendo esse valores disponíveis, basta adaptá-los às possíveis configurações de números de hosts e sub-redes.

O cálculo é o seguinte:

Para hosts (independente do tipo Classfull ou Classless)

(2 elevado ao número de bits de hosts) –2 = número de hosts. Para sub-redes Classfull: (2 elevado ao número de bits da sub-rede) –2 = número de sub-redes. Para sub-redes Classless: (2 elevado ao número de bits da sub-rede) = número de sub-redes. No caso de necessitarmos implementar em uma empresa 5 sub-redes, com no máximo 25 hosts em cada sub-rede.

A princípio vamos realizar os cálculos para Classfull: O processo é o seguinte:

Passo 1 - Determinar a classe (A, B ou C).

Passo 2 - Converter, se necessário, a máscara no formato de prefixo.

Passo 3 - Determinar o número de bits de hosts necessários para atender ao número decimal de hosts desejado. Passo 4 - Subtrair o número de bits encontrado da porção do número de bits da sub-rede. Passo 5 - Calcular as possíveis sub-redes, construindo uma tabela com a seqüência numérica binária.

Passo 6 Escolher as sub-redes e implantar a solução.

Para o nosso exemplo temos:

Passo 1 - Determinar a classe (A, B ou C). Considerando as classes A, B e C podemos verificar que a classe C se adapta a estas necessidades, sem muito desperdício de endereços IP.

Podemos, neste caso, utilizar um endereçamento IP privado para criar a nossa rede interna, corporativa, uma Intranet.

Vamos trabalhar com o nosso exemplo, que pertence a classe C: 192.168.14.0.

Passo 2 - Converter, se necessário, a máscara no formato de prefixo. A máscara padrão para uma classe C é /24 (255.255.255.0).

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Passo 3 - Determinar o número de bits de hosts necessários para atender ao número decimal de hosts

desejado. O número de bits mais próximo ao desejado é 5. Pois 25 = 32 > 25 e o imediatamente inferior (4 bits) não atenderia, pois 24 = 16 < 25.

Passo 4 - Subtrair o número de bits encontrado da porção do número de bits da sub-rede. De acordo com a figura abaixo podemos concluir que para a classe C temos 8 bits para o número de hosts, sendo que necessitamos de 5. Portanto, 8 – 5 = 3 bits.

Passo 5 - Calcular as possíveis sub-redes, construindo uma tabela com a seqüência numérica binária.

Temos que 23 -2 = 6 sub-redes. Obs.: Para Classless: 23 = 8 sub-redes.

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As 5 sub-redes são:

192.168.14.32 /27

192.168.14.64 /27

192.168.14.96 /27

192.168.14.128 /27

192.168.14.192 /27 Observação: 27 = 24 + 3 = máscara de rede + máscara de sub-rede.

Para Classless consideramos as duas sub-redes (0 e 7), totalizando 8.

Passo 6 Escolher as sub-redes e implantar a solução. Por exemplo poderíamos escolher utilizar a rede 192.168.14.32 e distribuir os endereços da seguinte maneira:

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Camada de Transporte TCP/IP

10. Camada de Transporte TCP/IP 10.1. Introdução à camada de transporte A principal função da camada de Transporte é fornecer a garantia de uma comunicação fim-a-fim, usando mecanismos de controle de fluxo, de janelamento, e fornecer confiabilidade por meio da numeração seqüencial e respostas de confirmação de recebimento do dados (segmentos, PDU da camada de Transporte).

Outro ponto importante nesta camada é o conceito de serviço orientado ou não orientado à conexão.

Como já vimos, o IP é um protocolo não orientado à conexão, da camada 3 do modelo OSI. Da mesma forma, o UDP é um protocolo não orientado à conexão, da camada 4 do modelo OSI.

Portanto temos que:

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● TCP (Transmission Control Protocol): Protocolo orientado à conexão. ● UDP (User Datagram Protocol): Protocolo não orientado à conexão.

10.1.1. Controle de fluxo O protocolo TCP realiza o controle de fluxo pelo envio de um valor de ―janela‖ ao transmissor, definindo o número de bytes que o transmissor pode transmitir dentro dessa janela.

Dessa forma, é evitada a sobrecarga do buffer do receptor. Quando o receptor está ocupado ele fecha a janela.

10.1.2. Visão geral de estabelecimento, manutenção e término de sessões Podemos classificar os modos de estabelecimento de uma conexão em:

Passive Open - permite a uma aplicação informar ao TCP para aguardar por uma por uma solicitação de conexão de sistemas remotos. Active Open – permite a uma aplicação solicitar o estabelecimento de um conexão. O processo para estabelecimento de uma conexão consiste na execução de uma aplicação executar uma função de sistema operacional (no modo Passive

Open) para aguardar uma conexão de rede. O sistema operacional assinala uma porta para esse tipo de conexão.

A aplicação, da outra estação, solicita o estabelecimento da conexão por uma função do sistema operacional (no modo Active Open). Após o estabelecimento da conexão, as aplicações podem trocar informações, transmitindo seus dados.

Para o estabelecimento, manutenção e finalização de uma sessão o TCP utiliza os seus campos:

● Número de Seqüência

● Número de Reconhecimento

● Flags

10.1.3. Handshake triplo Para estabelecer uma conexão, o TCP envia, para a máquina remota, um segmento com o flag SYN setado (1), para a porta de destino na qual deseja se conectar. A esse segmento é associado um número seqüencial.

A máquina de destino recebe esta requisição e envia ao solicitante um número seqüencial, um número de reconhecimento (com o número recebido +1) e os flags SYN e ACK setados (1), para que seja estabelecido o sincronismo.

A máquina de origem recebe a solicitação de sincronismo e a responde, com o número de reconhecimento acrescido de 1, o número seqüencial e o flag ACK setado (1).

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Na troca de informações os números seqüenciais vão se modificando da seguinte maneira:

1 – Se não houver dados o número de reconhecimento é acrescido de 1. 2 – No caso de existirem dados, é acrescido o tamanho dos dados ao número de reconhecimento. (ACK = SEQ + Dados) Verifique que o próximo número seqüencial é o número do último reconhecimento.

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10.1.4. Janelamento O Janelamento possibilita a transmissão de vários pacotes antes de receber uma resposta de reconhecimento.

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A técnica conhecida como Slide Window (Janela Deslizante), consiste na transmissão de vários pacotes antes de receber uma resposta de reconhecimento. Quando o host de origem recebe um reconhecimento para o primeiro pacote, a janela desliza e envia o próximo pacote.

O tamanho da janela pode ser variável, controlando a vazão dos dados (throughput).

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10.1.5. Confirmação O host transmissor registra cada segmento enviado e aguarda uma confirmação. Ao enviar o dado, dispara um contador de tempo (timer). Se a confirmação não chegar antes que o tempo expire, o segmento é retransmitido. No host de destino, o protocolo TCP agrupa e analisa os segmentos recebidos, pelo número seqüencial, em uma mensagem completa. Se um número de seqüência estiver faltando na série, aquele segmento será retransmitido.

10.1.6. Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) O protocolo TCP é um protocolo orientado à conexão, ou seja, o aplicativo deve solicitar o estabelecimento de uma conexão, antes de iniciar a transmissão dos dados.

Controla o estado de cada conexão existente.

Ele também garante a confiabilidade da transferência dos dados, por meio do envio seqüencial de números e controle das respostas de reconhecimento de recepção dos dados, enviados pela estação de destino.

Os protocolos da camada de Aplicação que utilizam o TCP são:

• FTP (File Transfer Protocol)

• HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

• Telnet (Terminal de Acesso Remoto) A estrutura do protocolo TCP é a seguinte:

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Porta de Origem – (16 bits): Identifica o protocolo de origem da camada de Aplicação. Porta de Destino – (16 bits): Identifica o protocolo de destino da camada de Aplicação. Número seqüencial – (32 bits): Identifica o número de seqüência do primeiro octeto do segmento. Número de reconhecimento – (32 bits): identifica o próximo octeto que o destino espera receber. HLEN – (4 bits): indica o tamanho do cabeçalho. Reservado: Não usado. Flags – (6 bits):

Tamanho da Janela – (16 bits): Indica o tamanho da janela. Checksum – (16 bits): Verificação de erros. Urgent Pointer – (16 bits): Indica o bloco, dentro do segmento, onde está a informação urgente. Opções: Geralmente usado para indicar o MSS (Maximum Segment Size). Padding: Destinado a garantir que o tamanho do cabeçalho do segmento seja múltiplo de 32 bits. Dados: Informação da camada de Aplicação.

10.1.7. Protocolo de Datagrama de Usuário (UDP) O protocolo UDP (User Datagram Protocol) fornece um meio pelo qual possibilita a algumas aplicações enviarem datagramas para outras aplicações. Assim, podemos dizer que embora o UDP não garante a entrega dos dados, embora pertença a camada de Transporte. Porém permite uma transmissão mais rápida do que o TCP.

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Para a comunicação com a camada superior, ele fornece portas para fazer a distinção entre as aplicações que são executadas na mesma máquina.

Utiliza a camada Internet, pelo protocolo IP, para enviar os dados para outro dispositivo.

Formato do datagrama UDP:

Os protocolos da camada de aplicação que utilizam o UDP são:

• DHCP (Dynamic Host Control Protocol)

• DNS (Domain Name System) (*)

• SNMP (Simple Network Management Protocol)

• TFTP (Trivial File Transfer Protocol) Obs.: O DNS normalmente usa UDP, mas também utiliza TCP para determinadas situações.

10.1.8. Números de portas TCP e UDP Existem portas que são reservadas para determinadas aplicações. Dizemos que são as portas conhecidas. Estas portas são fixas, porém existem portas assinaladas dinamicamente.

A seguir apresento uma relação de portas conhecidas.

A Camada de Aplicação TCP/IP

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11. A Camada de Aplicação TCP/IP 11.1. Introdução à camada de aplicação TCP/IP Neste capítulo veremos as principais aplicações utilizadas na arquitetura TCP/IP.

11.2. DNS Como o protocolo IP somente trabalha com números (endereços IP) e para um ser humano fica bem mais fácil identificar um host por nomes ao invés de números, foi criado um sistema que converte números em nomes.

No início da Internet, a forma de identificar e registrar o nome dos hosts era realizada pela elaboração e manutenção de arquivos texto, arquivos hosts. Cada administrador de rede criava uma relação das máquinas conhecidas, acessíveis pela rede, e as inseria neste arquivo. Com o tempo, esses arquivos eram trocados entre os administradores de rede, para completar as suas listas. Em uma segunda fase, foram criados repositórios para a atualização das informações e compartilhamento das mesmas, entre os administradores.

Devido ao enorme crescimento da rede, se tornou muito difícil a atualização e manutenção das informações.

Surgiu, então, a criação de um sistema que pudesse compartilhar as informações e garantir a sua confiabilidade.

O DNS (Domain Name System) é um sistema criado para a conversão de endereços IP em nomes e vice-versa, que opera em uma estrutura hierárquica, e com manutenção distribuída. A estrutura hierárquica tem como origem o ponto (.), raiz (root). A partir deste ponto raiz, temos a divisão por países: (ar) Argentina, (br) Brasil, (ch) Suiça ,(cl) Chile, (de) Alemanha, (es) Espanha, (fr) França, (it) Itália, (pt) Portugal, (uk) Reino Unido, etc..

A identificação definida para os Estados Unidos é (us), porém como a Internet surgiu lá e a normatização foi criada posteriormente, muitas organizações americanas não se adaptaram as normas internacionais, e não utilizam o sufixo do país. Além dos Estados Unidos, organizações internacionais ou multinacionais também operam sem o sufixo.

Em seguida, vem a finalidade da organização: (com) fins comerciais, (mil) militares, (edu) educacionais, (gov) governamentais, (net) provedor de rede, etc..

Para um melhor entendimento demonstro a sua estrutura:

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Exemplos de domínios: unisantanna.br, fei.edu.br, usp.br, cisco.com, telefonica.com.es, microsoft.com, telesp.net.br, sun.com, fazenda.gov.br, etc..

Cada domínio é registrado em um órgão regulador (registro.br), e controlado por um administrador de rede, responsável técnico pelo domínio. Além da responsabilidade técnica, existe a responsabilidade administrativa (um executivo da organização), a responsabilidade financeira (responsável pelo pagamento do domínio) e uma pessoa responsável por problemas de segurança relativos ao domínio.

Abaixo dessa estrutura podemos:

1 – Inserir os nomes dos hosts.

A identificação do host é definido pelos administradores da rede, e geralmente são atribuídos de acordo com a sua função: www, ftp, smtp, etc. Mas podem ser escolhidos quaisquer nomes: frutas (caju, pera, mamao, etc.), cores (azul, verde, amarelo, etc.), flores (rosa, margarida, violeta, etc.).

2 – Criar subdomínios.

Para uma subdivisão dentro de uma organização, podem ser criados os subdomínios: exatas.unisantanna.br, cienciacomputacao.exatas.unisantanna.br, humanas.unisantanna.br, biologicas.unisantanna.br, etc. Funcionamento do DNS:

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Supondo que os servidores de DNS não possuam a informação armazenada em cache, de maneira simplificada, teremos as seguintes etapas:

1 – O usuário digita, no seu navegador Web (browser), o site que deseja acessar. Essa requisição vai para o servidor de DNS do provedor de serviço.

2 – O servidor DNS do provedor de serviço pergunta ao servidor raiz: – Quem é www.empresaX.com.br ?

O servidor de DNS raiz responde: – Não conheço www.empresaX.com.br, mas quem possui autoridade sobre o domínio .com.br é o servidor registro.br. 3 – O servidor DNS do provedor de serviço pergunta ao servidor registro.br: – Quem é www.empresaX.com.br ?

O servidor de DNS registro.br responde: – Não conheço www.empresaX.com.br, mas quem possui autoridade sobre o domínio empresaX.com.br é o servidor dns.empresaX.com.br. 4 - O servidor DNS do provedor de serviço pergunta ao servidor dns.empresaX.com.br: – Quem é www.empresaX.com.br ?

O servidor de DNS dns.empresaX.com.br responde: – O host www.empresaX.com.br é o X.Y.W.Z (ex. 200.123.123.123). 5 – O servidor de DNS do provedor de serviço repassa a informação ao computador do usuário.

6 – O usuário consegue acessar o servidor Web e navegar por suas páginas.

11.3. FTP O serviço de FTP (File Transfer Protocol) permite a transferência de dados entre dois hosts, usando o modelo cliente/servidor. Suas características são:

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● Acesso interativo

● Especificação do formato

● Controle de autenticação

O acesso via FTP pode ser feito pelo sistema operacional, através de linha de comando. Porém existem várias ferramentas que facilitam essa operação.

11.4. Telnet A aplicação Telnet é utilizada para acessar equipamentos remotamente.

Permite estabelecer uma conexão TCP, por meio de login (usuário e senha), a um servidor remoto.

Depois de logado no sistema o usuário pode digitar comando como se estivesse na própria máquina remota.

É muito utilizado para realizar configurações em servidores, estações e dispositivos de rede distantes.

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11.5. HTTP A grande popularidade da Internet se deve à criação do protocolo HTTP (HyperText

Transfer Protocol). Antes da sua criação a navegação era realizada pelo Gopher, uma navegação baseada em caracteres. Hoje em dia, o HTTP já faz parte da vida de cada um de nós. Para a navegação utilizamos os chamados browsers, tais como: Internet Explorer, Netscape, etc.. Como servidores temos: O IIS (Internet Information Server – da Microsoft), Apache, Netscape Server, etc.. Inicialmente as páginas WWW (World Wide Web) foram criadas a partir da linguagem HTML

(HyperText Markup Language). Depois dele foram criadas várias linguagens, ferramentas e módulos de configuração que proporcionam cada vez mais uma maior interatividade entre o usuário (cliente) e o fornecedor da informação (servidor). Entre as quais

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podemos citar: Java, Javascript, ASP, Vbscript, Perl, PHP, CSS, Cold Fusion, etc..

A transação é realizada em 4 etapas:

1 – Conexão: O cliente (browser) estabelece uma conexão TCP na porta conhecida de um servidor remoto (porta 80). 2 – Solicitação de Informação: O cliente envia a solicitação da informação desejada (arquivo html, vídeo, imagem, animação, etc.) ao servidor.

3 – Resposta: O servidor encaminha as informações solicitadas.

4 – Encerramento da conexão: A conexão TCP pode ser encerrada pelo cliente ou pelo servidor.

URL (Universal Resource Locator) fornece informações sobre o protocolo e a porta que estão sendo usados e a localização do arquivo. Exemplo: http://www.unisantanna.br/exatas/cc/arquivo1.html.

11.6. SMTP O protocolo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) é utilizado para o também popular correio eletrônico (e-mail: Eletronic Mail). Trabalha em conjunto com o POP3 (Post Office Protocol) para a transmissão de uma correspondência virtual. Para o envio e recebimento de um e-mail, são necessários:

● conta de e-mail ● programa de correio eletrônico, ou acesso via Web. ● servidor de e-mail O mecanismo de funcionamento é o seguinte:

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O usuário envia o seu e-mail ao destinatário, por meio de sua conta em um servidor de email (Servidor A).

O servdor A inicia a transferência mapeando o nome da máquina no endereço IP destino.

Estabelece uma conexão TCP com o servidor de e-mail do domínio de destino (Servidor B) e envia a mensagem ao servidor de destino, que armazena em uma área local (caixa postal).

O usuário de destino, quando quiser, pode acessar o seu servidor (Servidor B) e ler suas mensagens

11.7. SNMP O SNMP (Simple Network Management Protocol) é um protocolo destinado ao gerenciamento de redes. Para a gestão de uma rede, de forma geral, precisamos de um conjunto de elementos, conforme descritos abaixo.

· Elementos gerenciados

· Agentes

· Gerentes ou Gestores

· Banco de Dados

· Protocolos

· Interfaces para programas aplicativos

· Interface com o usuário Tendo estes elementos ativos e funcionais podemos realizar as atividades para a gestão da rede.

O processo para gestionarmos uma rede consiste em:

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· coleta

· tratamento

· análise

· ação A coleta dos dados pode ser realizada de maneira ativa, acessando o elemento gerenciado e solicitando as informações ou passiva, recebendo as informações quando ocorrer um evento. Dessa forma, o elemento gerenciado, por meio de seu agente, envia um alarme ao gestor avisando a ocorrência do evento.

Após o recebimento dos dados, o gestor trata o mesmo. Ou seja, o "dado bruto" passa por processos estatísticos provendo informações para a etapa seguinte.

Na fase seguinte, da análise, o dado tratado é comparado com parâmetros previamente estabelecidos, que determinam o nível de criticidade do alarme e sua correlação.

Finalmente, é adotada a ação dentre as possíveis alternativas existentes para o evento em questão.

A MIB (Management Information Base - Base de Informação de Gerenciamento) é uma base de informação sobre um objeto gerenciado. Os objetos de uma MIB são especificados utilizando a Notação Sintática Abstrata (Abstract Syntax Notation One – ASN.1). O Tipo do Objeto (Object Type) é composto por um nome, uma sintaxe e uma codificação. Outro conceito importante é o Identificador do Objeto (Object Identifier), ou simplesmente, OID, que identifica de forma única um objeto. A OID é representada por uma seqüência numérica. Por exemplo: 1.3.6.1.4.1.49.1.1.2 .3.1.

Os principais comandos de operações SNMP são:

Get- request: O Servidor solicita uma informação ao elemento gerenciado. Get – response: O elemento gerencia responde a uma requisição do servidor. Set: O Servidor altera o valor de uma variável do objeto gerenciado. Snmpwalk: É realizada uma varredura na estrutura da MIB a partir de um determinado ponto. Trap: Alarme gerado pelo elemento gerenciado em virtude da ocorrência de um evento.

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Concluindo, temos a seguinte distribuição na Arquitetura Internet (TCP/IP):

Bibliografia/Links Recomendados

● 3com. Disponível em: <http://www.3com.com>. ● Alcatel-Lucent. Disponível em: <http://www.alcatel-lucent.com>. ● Check Point. Disponível em: <http://www.checkpoint.com>. ● Cisco System. Disponível em: <http://www.cisco.com>.

93

● GASPARINI, Anteneu F. L., TCP/IP: solução para conectividade / Anteneu Fabiano Lúcio Gasparini, Francisco Eugênio Barrella, - São Paulo, Ed. Érica, 2a. edição, 1993. ● Huawei. Disponível em: <http://<www.huawei.com>. ● Comitê Gestor da Internet no Brasil. Disponível em: <http://<www.cgi.br>. ● IDOETA, Ivan V. ., Elementos de Eletrônica Digital / Ivan Valeije Idoeta, Francisco Gabriel Capuano, Ed. Érica, 25a edição, 1997. ● IETF RFC's. Disponível em: <http://<www.ietf.org/rfc.html>

● ITU. Disponível em: <http://<www.itu.int>

● Juniper Networks. Disponível em: <http://<www.juniper.net>

● KOVACH, Stephan, Arquitetura TCP/IP. Curso de Comunicação de Dados. LARC - PCS – EPUSP, 1997, apostila. ● KOVACH, Stephan, Redes Locais / Stephan Kovach, Tereza Cristina M. de Brito

Carvalho. Curso de Comunicação de Dados. LARC – PCS – EPUSP, 1998, apostila. ● Nokia-Siemens. Disponível em: <http://<www.nokiasiemensnetworks.com>

● Odom, Wendell. CCENT/CCNA ICND1 Official Exam Certification Guide, Second Edition, Cisco System, Inc., 2007. ● RAMALHO JR., Francisco, Os fundamentos da física: vol. 2, Termologia, geometria da luz e ondas / Francisco Ramalho Junior, José Ivan Cardoso dos Santos, Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo Antônio de Toledo Soares, São Paulo, Ed. Moderna, 1a. Edição, 1976. ● SOARES, Luiz Fernando G., Redes de Computadores: das LANs, MANs e WANs às Redes ATM / Luiz Fernando Gomes Soares, Guido Lemos, Sérgio Colcher, - Rio de Janeiro, Ed. Campus, 1995. ● TABINI, Ricardo, Fibras Ópticas / Ricardo Tabini, Denizard Nunes da Silva Jr. – São Paulo, Ed. Érica, 4a. Edição, 1991. ● TANENBAUM , Andrew S., Redes de Computadores. 4. edição, Rio de Janeiro, Ed. Campus, 2003. ● Wikipedia. Disponível em: <http://<www.wikipedia.org>.