fundamentos de redes de computadores

Curso Superior de Sistemas para Internet

Juliana Fonseca Antunes

Cuiab 2011

Fundamentosde Redes de

Computadores

GOVERNO FEDERAL

Dilma Rousseff Presidente do Brasil

Fernando HaddadMinistro da Educao

Jorge Almeida GuimaresPresidente da Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES)

Jos Carlos Teatini ClimacoDiretor de Educao a Distncia da Universidade Aberta do Brasil (UAB) na CAPES

IFMT - INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DE MATO GROSSO

Jos Bispo BarbosaReitor

Willian Silva de PaulaPr Reitor de Ensino

Alexandre Jos SchumacherCoordenador Geral UAB/IFMT

Claudete Galvo de Alencar PedrosoCoordenadora Adjunta UAB/IFMT

Alexandro Uguccioni RomoEditorao eletrnica Luisa do Amparo Carvalho PatatasReviso de portugus

Coordenao da UAB/IFMTInstituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do Mato Grosso (IFMT) - Campus Bela Vista - Avenida Juliano Costa Marques S/N, CEP: 78.050-560, Bela Vista, Cuiab/MT - Brasil

A produo deste material didtico obteve financiamento no mbito do Programa Universidade Aberta do Brasil, CAPES/FNDE/MEC.Autoriza-se o uso e a reproduo da obra no mbito do Sistema UAB e o IFMT desde que citada a fonte. vedado o uso desta obra para fins de comercializao.

Ficha Catalogrfica

Antunes Juliana Fonseca, . . Juliana Fonseca Antunes.Cuiab: Publicao do IFMT, 2011.118p.; 21 x 29,7 cm.

Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de Computadores 2

Unidade I Introduo a Redes de Computadores

Conceito Histrico e Evoluo Servios Classificao (LANs, MANs e WANs) Topologias de Redes

[Objetivos Especficos da Unidade I]

Aps ter concludo esta unidade o aluno ser capaz de identificar e conhecer redes de computadores, descrevendo os tipos e servios encontrados em uma rede de computadores.


[Texto Bsico da Unidade I] Introduo s Redes de Computadores praticamente impossvel hoje em dia no pensar em redes quando o assunto

informtica. Basta lembra que grande parte das pessoas compra computadores para ter acesso maior das redes existentes a internet.

Mesmo fora do ambiente explcito da informtica, todos ns temos contato com algum tipo de rede em maior ou menor grau. Caixas eletrnicos de bancos so o maior exemplo: cada terminal no passa de um computador ligado a um computador central que armazena as informaes de sua conta. Quem vive nos grandes centros se depara com redes de computadores em supermercados, farmcias e inmeros outros lugares na maioria das vezes nem mesmo percebendo que esta diante de uma rede de computadores.

Em um supermercado cada caixa registradora pode ser um computador, que, alm de estar somando o total a ser pago, est automaticamente diminuindo do controle de estoque os produtos que voc est comprando. O funcionrio responsvel pelo estoque tem acesso, em tempo real, lista exata de mercadorias que tem dentro do supermercado, assim como o responsvel pelas finanas tem acesso ao fluxo de caixa daquele momento, facilitando enormemente o processo de gerncia, controle e logstica do supermercado.

As redes de computadores surgiro da necessidade da troca de informaes, onde possvel ter acesso a um dado que esta fisicamente distante de voc, como no exemplo do caixa eletrnico, onde voc pode estar tendo acesso aos dados de sua conta corrente que esto armazenados em um computador a centenas ou milhares de quilmetros de distncia. Na internet, ento, essa troca de informaes armazenadas remotamente levada ao extremo: acessamos dados armazenados nos locais mais remotos e, na maioria das vezes, o local onde os dados esto armazenados no tem a menor importncia.

As redes no so uma tecnologia que podemos chamar de nova. Elas existem desde a poca dos primeiros computadores, antes de os primeiros computadores pessoais (Pcs) existirem. Entretanto, novas padronizaes e tecnologias permitiram que computadores pudessem se comunicar melhor a um custo menor.

Com a queda do custo de implementao de redes, praticamente impossvel pensar em um ambiente de trabalho em que os micros existentes no estejam interligados, por menor que seja esse ambiente. Mesmo em pequenos escritrios com apenas dois micros a necessidade de uma rede torna-se evidente quando necessrio


ficar levando disquetes para l e para c contendo arquivos de trabalho, ainda mais se estes arquivos forem grandes e no couberem em um s disquete, o que cada vez mais comum.

Alm da facilidade de se trocar dados como arquivos -, h ainda a vantagem de se compartilhar perifricos, como uma impressora ou um modem (para acesso internet, por exemplo), podendo significar uma reduo nos custos de equipamentos. Como no exemplo da Figura 1.1 os computadores B e C podem ler os arquivos armazenados no computador A, e todos os micros podem usar a impressora que est disponvel na rede.

Figura 1.1 Computadores em uma Rede

Quando falamos em troca de dados, essa troca no s de arquivos, mas qualquer dado de computador. Outras duas aplicaes bastante corriqueiras para redes de computadores so a criao de um correio eletrnico, que agiliza a comunicao dos funcionrios da empresa, e de agenda de compromissos, onde reunies e outros compromissos podem ser agendados com um, alguns ou todos os funcionrios da empresa.

No tocante ao correio eletrnico, cada vez mais comuns a integrao da rede das empresas com a internet e, com isso, o correio eletrnico interno da empresa tambm serve para receber e enviar emails.

Funcionrios podem comunicar-se atravs do correio eletrnico e tambm com pessoas que estejam fora da empresa, atravs da internet. Ou seja, pessoas e empresas pensam em implementar uma rede basicamente por dois motivos, tendo basicamente em vista o aumento da produtividade do trabalho:

Troca de dados (arquivos, e-mails, etc.). Compartilhamento de perifricos (impressora, modens, unidades de CD-

ROM, etc). Conceito de Rede Rede so dois ou mais computadores que compartilham informaes. Um cliente

um requisitante na rede, ou seja, um computador que solicita o trfego da rede. Por exemplo, verificar o e-mail pode ser uma das funes do cliente. Todos os

clientes so ns, mas nem todos os ns so clientes. Um n utilizado para referenciar qualquer dispositivo na rede com placa de rede que esteja ativa na rede. Quando um n


est ativo na rede, ele coloca o trfego na rede na forma de uma solicitao ou uma resposta.

O primeiro requisito de uma rede que os clientes/ns falem uma mesma linguagem ou utilizem um mesmo protocolo.

Histrico e evoluo Desenvolvimento da comutao de pacotes: 1961-1972

Os primeiros passos da disciplina de redes de computadores e da Internet podem ser traados desde o incio da dcada de 1960, quando a rede telefnica era a rede de comunicao dominante no mundo inteiro. A rede de telefonia usa comutao de circuitos para transmitir informaes entre uma origem e um destino uma escolha acertada, j que a voz transmitida a uma taxa constante entre a origem e o destino. Dada a importncia cada vez maior (e o alto custo) dos computadores no incio da dcada de 1960 e o advento de computadores com multiprogramao (time-sharing), nada seria mais natural (agora que temos uma viso perfeita do passado) do que considerar a questo de como interligar computadores para que pudessem ser compartilhados entre usurios distribudos em localizaes geogrficas diferentes. O trfego gerado por esses usurios provavelmente era intermitente, por rajadas perodos de atividade, como o envio de um comando a um computador remoto, seguidos de perodos de inatividade, como a espera por uma resposta ou o exame de uma resposta recebida.

Trs grupos de pesquisa ao redor do mundo, sem que nenhum tivesse conhecimento do trabalho do outro, comearam a inventar a comutao de pacotes como uma alternativa poderosa e eficiente de circuitos. O primeiro trabalho publicado sobre tcnicas de comutao de pacotes foi o de Leonard Keinrock, que, naquela poca, era um doutorando do MIT. Usando a teoria de filas, o trabalho de Keinrock demonstrou, com elegncia, a eficcia da abordagem da comutao de pacotes para fontes de trfego intermitentes (em rajadas). Em 1964, Paul Baran, do Rand Institute, comeou a investigar a utilizao de comutao de pacotes na transmisso segura de voz pelas redes militares, ao mesmo tempo que Donald Davies e Roger Scantlebury desenvolviam suas idias sobre esse assunto no National Physical Laboratory, na Inglaterra.

Os trabalhos desenvolvidos no MIT, no Rand Institue e no National Physical Laboratory foram os alicerces do que hoje a Internet. Mas a Internet tambm tem uma longa histria de atitudes do tipo construir e demonstrar, que tambm data do incio da dcada de 1960. J.C.R.Licklider e Lawrence Roberts, ambos colegas de Keinrock no MIT, foram adiante e lideraram o programa de cincia de computadores na ARPA (Advanced Research Projects Agency Agncia de Projetos de Pesquisa Avanada), nos Estados


Unidos. Roberts publicou um plano geral para a ARPAnet, a primeira rede de computadores por comutao de pacotes e uma ancestral direta da Internet pblica de hoje. Os primeiros comutadores de pacotes eram conhecidos como processadores de mensagens de interface (interface message processors IMPs), e o contrato para a fabricao desses comutadores foi entregue a empresa BBN. Em 1969, no Dia do Trabalho nos Estados Unidos, foi instalado o primeiro IMP na UCLA (Universidade da Califrnia em Los Anglees) sob a superviso de Kleinrock. Logo em seguida foram instalados trs IMPs adicionais no Stanford Reesearch Institue (SRI), na Universidade da Califrnia em Santa Brbara e na Universidade de Utah.

O incipiente precursor da internet tinha quatro ns no final de 1969. Keinrock recorda que a primeirssima utilizao da rede foi fazer um login remoto entre a UCLA e o SRI, derrubando o sistema.

Em 1972, a ARPAnet tinha aproximadamente 15 ns e foi apresentada publicamente pela primeira vez por Robert Kahn na Conferncia Internacional sobre Comunicao por Computadores (International Converence on Computer Communications) daquele ano. O primeiro protocolo fim-a-fim entre sistemas finais da ARPAnet, conhecido como protocolo de controle de rede (network-

control protocol NCP), estava concludo e a partir desse momento a escrita de aplicaes tornou-se possvel. Em 1972, Ray Tomlinson, da BBN, escreveu o primeiro programa de email.

Redes proprietrias e trabalho em rede: 1972-1980 A ARPAnet inicial era uma rede isolada, fechada. Para se comunicar com uma

mquina da ARPAnet, era preciso estar ligado a um outro IMP essa rede. Do incio a meados de 1970, surgiram novas redes de comutao de pacotes:

ALOHAnet, uma rede de microondas ligando universidade da silhas do Hava, bem como as redes de pacotes por satlite e por rdio da DARPA.

Telenet, uma rede comercial de comutao de pacotes da BBN fundamentada na tecnologia ARPAnet

Figura 1.2 Um dos primeiros processadores de mensagens de interface (IMP)


Cyclades, uma rede de comutao de pacotes pioneira na Frana, montada por Lous Pouzin

Redes de tempo compartilhado como a tymnet e a rede GE Information Services, entre outras que surgiram no final da dcada de 1960 e incio da dcada de 1970

Rede SNA da IBM, cujo trabalho comparava-se ao da ARPAnet O nmero de redes estava crescendo. Hoje, com perfeita viso do passado,

podemos perceber que aquela era a hora certa para desenvolver uma arquitetura abrangente para conectar redes. O trabalho pioneiro de interconexo de redes, sob o patrocnio da DARPA (Dfense Advanced Research Projects Agency Agncia de Projetos de Pesquisa Avanada de Defesa), criou em essncia uma rede de redes e foi realizado por Vinton Cerf e Robert Kahn; o termo interneting foi cunhado para descrever esse trabalho.

Esses princpios de arquitetura foram incorporados ao TCP. As primeiras verses desse protocolo, contudo, eram muito diferentes do TCP de hoje. Aquelas verses combinavam uma entrega seqencial confivel de dados via retransmisso por sistema final (que ainda faz parte do TCP de hoje) com funes de envio (que hoje so desempenhadas pelo IP). As primeiras experincias com o TCP, combinadas com o reconhecimento da importncia de um servio de transporte fim-a-fim no confivel, sem controle de fluxo, para aplicaes como voz em pacotes, levaram separao entre IP e TCP e ao desenvolvimento do protocolo UDP. Os trs protocolos fundamentais da Internet que temos hoje TCP, UDP e IP estavam conceitualmente disponveis no final da dcada de 1970.

Alm das pesquisas sobre a Internet realizadas pela DARPA, muitas outras atividades importantes relacionadas ao trabalho em rede estavam em curso. No Hava, Norman Abramson estava desenvolvendo a ALOHAnet, uma rede de pacotes por rdio que permitia que vrios lugares remotos das ilhas havaianas se comunicassem entre si. O ALHA foi o primeiro protocolo de acesso mltiplo que permitiu que usurios distribudos em diferentes localizaes geogrficas compartilhassem um nico meio de comunicao broadcast (uma freqncia de rdio). O trabalho de Abramson sobre protocolo de mltiplo

Figura 1.3 Um dos primeiros processadores de mensagens de interface (IMP)

[Fonte: http://www.livinginternet.com/i/iw_ethernet.htm]


acesso foi aprimorado por Metcalfe e Boggs com o desenvolvimento do protocolo Ethernet para redes compartilhadas de transmisso broadcast por fio, veja a Figura 1.3.

O interessante que o protocolo Ethernet de Metcalfe e Boggs foi motivado pela necessidade de conectar vrios PCs, impressoras e discos compartilhados. H 25 anos, bem antes da revoluo do PC e da exploso das redes, Metcalfe e Bogss estavam lanando as bases para s LANs de PCs de hoje. A tecnologia Ethernet representou uma etapa importante para o trabalho em redes interconectadas. Cada rede Ethernet local era, em si, uma rede, e, medida que o nmero de LANs aumentava, a necessidade de interconectar essas redes foi se tornando cada vez mais importante.

Proliferao de redes: 1980-1990 Ao final da dcada de 1970, aproximadamente 200 mquinas estavam conectadas

ARPAnet. Ao final da dcada de 1980, o nmero de mquinas ligadas Internet pblica, um confederao de redes muito parecida com a Internet de hoje, alcanaria cem mil. A dcada de 1980 seria uma poca de formidvel crescimento.

Grande parte daquele crescimento foi conseqncia de vrios esforos distintos para criar redes de computadores para interligar universidades. A BITNET processava e-mails e fazia transferncia de arquivos entre diversas universidades do nordeste dos Estados Unidos. A CSNET (computer science network rede da cincia de computadores) foi formada para interligar pesquisadores de universidades que no tinha acesso ARPAnet. Em 1986, foi criada NSFNET para prover acesso a centros de supercomputao patrocinados pela NSF. Partindo de uma velocidade inicial de 56 Kbps, ao final da dcada o backbone da NSFNET estaria funcionando a 1,5 Mbps e servindo como backbone primrio para interligao de redes regionais.

Na comunidade da ARPAnet, j estavam sendo encaixados muitos dos componentes finais da arquitetura da Internet de hoje. No dia 1 de janeiro de 1983, o TCP/IP foi adotado oficialmente como o novo padro de protocolo de mquinas para ARPAnet (em substituio ao protocolo NCP). Devido importncia do evento, o dia da transio do NCP para TPC/IP foi marcado com antecedncia a partir daquele dia todas as mquinas tiveram de adotar o TCP/IP. No final da dcada de 1980, foram agregadas importantes extenses ao TCP para implementao do controle de congestionamento baseado em hospedeiros. Tambm foi desenvolvido o sistema de nomes de domnios (DNS) utilizado para mapear nomes da Internet fceis de entender (por exemplo, cefetmt.inf.br) para seus endereos IP de 32 bits. Paralelamente ao desenvolvimento da ARPAnet (que em sua maior parte deve-se aos Estados Unidos), no incio da dcada de 1980 os franceses lanaram o projeto Minitel, um plano ambicioso para levar as redes de


dados para todos os lares. Patrocinado pelo governo francs, o sistema Minitel consistia em uma rede pblica de comutao de pacotes (baseada no conjunto de protocolos X.25, que usava circuitos virtuais), servidores Minitel e terminais baratos com modens de baixa velocidade embutidos. O Minitel transformou-se e um enorme sucesso em 1984, quando o governo francs forneceu, gratuitamente um terminal para toda residncia francesa que quisesse. O sistema Minitel inclua sites de livre acesso - como o da lista telefnica e tambm sites particulares que cobravam uma taxa de cada usurio baseada no tempo de utilizao. No seu auge, em meados de 1990, o Minitel oferecia mais de 10 mil servios, que iam desde home banking at bancos de dados especializados para pesquisa. Era usado por mais de 20 por cento da populao da Frana, gerava receita de mais de um bilho de dlares por ano e criou dez mil empregos. Estava presente em grande parte dos lares franceses dez anos antes da maioria dos norte-americados ouvir falar de Internet.

A exploso da Internet: a dcada de 1990 A dcada de 1990 estreou com vrios eventos que simbolizaram a evoluo

contnua e a comercializao iminente da Internet. A ARPAnet, a progenitora da Internet, deixou de existir. Durante a dcada de 1980, a MILNET e a Defense Data Network (Rede de Dados de Defesa) cresceram e passaram a carregar a maior parte do trfego do Departamento de Defesa dos Estados Unidos e a NSFNET comeou a servir como uma rede de backbone conectando redes regionais nos Estados Unidos com nacionais no exterior. Em 1991, a NSFNET extinguiu as restries que impunha sua utilizao com finalidades comerciais, mas, em 1995, perderia seu mandato quando o trfego de backbone da Internet passou a ser carregado por provedores de servios de Internet.

O principal evento da dcada de 1990, no entanto, foi o surgimento da World Wide Web, que levou a Internet para os lares e as empresas de milhes de pessoas no mundo inteiro. A Web serviu tambm como plataforma para a habilitao e a disponibilizao de centenas de novas aplicaes, inclusive negociao de aes e servios bancrios on-line, servios multimdia em tempo real e servios de recuperao de informaes.

A Web foi inventada no CERN (European Center for Nuclear Physics Centro Europeu para fsica Nuclear) por Tim Berners-lee entre 1989 e 1991, com base em idias originadas de trabalhos anteriores sobre hipertexto realizados por Busch, na dcada de 1940, e por Ted Nelson, na dcada de 1960. Berners-Lee e seus companheiros desenvolveram verses iniciais de HTML, HTTP, um servidor para a Web e um browser os quatro componentes fundamentais da Web. Os browsers originias do CERN ofereciam apenas uma interface de linha de comando. Perto do final de 1992 havia aproximadamente 200 servidores Web em operao, e esse conjunto de servidores era


apenas uma amostra do que estava por vir. Nessa poca, vrios pesquisadores estavam desenvolvendo browsers d Web com interfaces GUI (grapical user interface interface grfica de usurio, entre eles Marc Andreesen, que liderou o desenvolvimento do popular browser Mosaic. Em 1994, Marc Andreesen e Jim Clark formaram a Mosaic Communications, que mais tarde se transformou na Netscape Communications Corporation. Em 1995, estudantes universitrios estavam usando browsers Mosaic e Netscape para navegar na Web diariamente. Nessa poca, empresas grades e pequenas comearam a operar servidores Web e realizar transaes comerciais pela web. Em 1996, a Microsoft comeou a fabricar browsers, dando incio guerra dos browsers entre Netscape e Microsoft, vencida pela ltima alguns anos mais tarde.

A segunda metade da dcada de 1990 foi um perodo de tremendo crescimento e inovao para Internet, com grandes corporaes e milhares de novas empresas cirando produtos e servios para internet. O correio eletrnico pela Internet (e-mail) continuou a evoluir com leitores ricos em recursos provendo agendas de endereos, anexos, hot links e transporte de multimdia. No final do milnio a Internet e dava suporte a centenas de aplicaes populares, entre elas quatro de enorme sucesso:

Email, incluindo anexos e correio eletrnico com acesso pela Web; A Web, incluindo navegao pela Web e comrcio pela Inernet; Servio de mensagem instantnea, com listas de contato, cujo pioneiro foi o

ICQ; Compartilhamento peer-to-peer de arquivos MP3, cujo pioneiro foi a Napster.

O interessante que as duas primeiras dessas aplicaes de sucesso arrasador vieram da comunidade de pesquisas, ao passo que as duas ltimas foram criadas por alguns jovens empreendedores.

No perodo de 1995 a 2001, a Internet realizou uma viagem vertiginosa nos mercados financeiros. Antes mesmo de se mostrarem lucrativas, centenas de novas empresas da Internet faziam suas ofertas pblicas iniciais de aes e comeavam a ser negociadas em bolsas de valores. Muitas empresas eram avaliadas em bilhes de dlares sem ter nenhum fluxo significativo de receita. As aes da Internet sofreram uma queda tambm vertiginosa em 2000-2001, e muitas novas empresas fecharam. No obstante, vrias empresas surgiram como grandes vencedoras no mundo da Internet (mesmo que os preos de suas aes tivessem sofrido com aquela queda), entre elas Microsoft, Cisco, AOL, Yahoo, e-Bay e Amazon.

Durante a dcada de 1990, a pesquisa e o desenvolvimento de redes tambm fizeram progressos significativos nas reas de roteadores e roteamento de alta velocidade


e de LANs. A comunidade tcnica enfrentou os problemas de definio e implantao de um modelo de servio de Internet para trfego que exigisse limitaes em tempo real, como aplicaes de mdia contnua. A necessidade de dar segurana e e gerenciar a infra-estrutura da Internet tambm adquiriu extrema importncia, pois as aplicaes de comrcio eletrnico proliferaram e a Internet se tornou um componente central da infra-estrutura mundial de telecomunicaes.

Desenvolvimento recentes A inovao na rea de redes de computadores continua a passos largos. H

progressos em todas as frentes, incluindo desenvolvimento de novas aplicaes, distribuio de contedo, telefonia por Internet, velocidades de transmisso mais altas em LANs e roteadores mais rpidos. Mas trs desenvolvimentos merecem ateno especial: a proliferao de redes de acesso de alta velocidade (incluindo acesso sem fio), a segurana e as redes P2P.

A penetrao cada vez maior do acesso residencial de banda larga Internet via modem a cabo e DSL est montando o cenrio para uma profuso de novas aplicaes multimdia, entre elas vdeo por demanda em tempo real e videoconferncia interativa de alta qualidade. A crescente onipresena de redes Wi-Fi pblicas de alta velocidade (11 Mbps e maiores) e de acesso de mdia velocidade (centenas de Kpbps) Internet por redes de telefonia celular no est apenas possibilitando conexo constante, mas tambm habilitando um novo conjunto muito interessante de servios especficos para localizaes determinadas.

Em seguida a uma srie de ataques de recusa de servio em importantes servidores Web no final da dcada de 1990 e proliferao de ataques de warms (por exemplo, o Blaster) que infectam sistemas finais e emperram a rede com trfego excessivo, a segurana da rede tornou-se uma questo extremamente importante. Esses ataques resultaram no desenvolvimento de sistemas de deteco de invasores capazes de prevenir ataques com antecedncia, na utilizao de firewalls para filtrar trfego indesejado antes que entre na rede, e na utilizao de investigao IP (traceback) para localizar a origem dos ataques.

A ltima inovao que queremos estacar so as redes P2P. Uma aplicao de rede P2P explora os recursos de computadores de usurios armazenagem, contedo, ciclos de CPU e presena humana e tem significativa autonomia em relao a servidores centrais. A conectividade dos computadores de usurios (isto , dos pares, ou peers) normalmente intermitente. Atualmente, o KaZaA considerado o sistema P2P de compartilhamento de arquivos mais popular. H mais de 4 milhes de sistemas finais


conectados sua rede e seu trfego constitui 20 e 50 por cento do trfego de toda a Internet.

Componentes de uma rede Em uma rede bsica, o nico mecanismo requerido uma placa de rede (Network

Interface Card NIC). As redes podem ter dois clientes que se conectam utilizando um cabo cruzado (cross over). Este cabo cruzado permite que os clientes se comuniquem diretamente uns com os outros sem utilizar outros dispositivos de conexo.

As placas de redes esto disponveis para todos os tipos de redes. At agora nos parece bvio que uma rede local um circuito para conexo de computadores e envolve, pelo menos, computadores e cabos. Esses componentes so:

Servidor: um micro ou dispositivo capaz de oferecer um recurso para a rede. Em redes ponto-a-ponto no h a figura do servidor; nesse tipo de rede os micros ora funcionam como servidores, ora como cliente.

Cliente: um micro ou dispositivo que acessa os recursos oferecidos pela rede.

Recurso: Qualquer coisa que possa ser oferecida e usada pelos clientes da rede, como impressora, arquivos, unidades de discos, acesso internet, etc.

Protocolo: Para que todos os dispositivos de uma rede possam se entender, independente do programa usado ou do fabricante dos computadores, eles precisam conversar usando uma mesma linguagem. Essa linguagem genericamente chamada de protocolo, que estaremos explicando em detalhes durante o curso. Dessa forma, os dados de uma rede so trocados de acordo com um protocolo, como, por exemplo, o famoso TCP/IP.

Cabeamento: Os cabos da rede transmitem os dados que sero trocados entre os diversos dispositivos que compem uma rede. Estudaremos em um prximo captulo do curso mais detalhadamente os cabos utilizados em uma rede.

Placa de rede: a placa de rede, tambm chamada NIC (Network Interface Card), permite que Pcs consigam ser conectados em redes. Entre outras diferenas que no importam no momento, a comunicao na placa me de um PC feita no formato paralelo (onde todos os bits contendo informaes so transmitidos de uma s vez), enquanto a comunicao em uma rede feita no formato serial ( transmitido um bit por vez, apenas).


Figura 1.4 Placa de Rede

Hardware de rede: eventualmente poder ser necessrio o uso de perifricos para efetuar ou melhorar a comunicao da rede. Hubs, Switches e roteadores so outros perifricos que voc poder eventualmente encontrar.

Figura 1.5 Hardware de Rede

Tipos de Redes Do ponto de vista da maneira com que os dados de uma rede so compartilhados,

existem dois tipos bsicos de redes: ponto-a-ponto e cliente/servidor. O primeiro tipo usado em redes pequenas, enquanto o segundo tipo largamente usado tanto em redes pequenas quanto em redes grandes. Note que essa classificao independe da estrutura fsica usada pela rede, isto , como a rede est fisicamente montada, mas sim da maneira com que ela est configurada em software.

Redes Ponto-A-Ponto: Esse o tipo mais simples de rede que pode ser montada. Praticamente todos os

sistemas operacionais j vm com suporte rede ponto-a-ponto: windows para workgroups 3.11, windows 9x, os/2, etc. (o DOS no tem suporte a redes). Os sistemas operacionais desenvolvidos para o ambiente de redes, como o windows NT, windows 2000, Unix (e suas dezenas de verses, como Linux, AIX, etc), suporta redes do tipo ponto-a-ponto, alem serem sistemas operacionais do tipo cliente/servidor, como veremos no prximo tpico.

Na rede ponto-a-ponto, os micros compartilham dados e perifricos sem muita burocracia. Qualquer micro pode facilmente ler e escrever arquivos armazenados em outros micros da rede bem como usar perifricos que estejam instalados em outro Pcs. Obviamente tudo isso depende da configurao, que feita em cada micro servidor como nas redes cliente/servidor: qualquer um dos micros da rede pode ser um servidor de dados perifricos.

Alm disso, por no ser uma rede do tipo cliente/servidor, no possvel a utilizao de aplicaes cliente/servidor, especialmente banco de dados. Por exemplo, no possvel em uma rede ponto-a-ponto que os usurios compartilhem um mesmo


arquivo ao mesmo tempo, adicionando dados por vez, embora mais de um usurio possa ler um mesmo arquivo ao mesmo tempo.

As redes ponto-a-ponto tm vantagem e desvantagem. A grande vantagem a facilidade de instalao e configurao, onde os prprios usurios podem configurar manualmente que recursos os demais usurios podem ter acesso em seu micro. Essa vantagem, entretanto, traz algumas desvantagens, a principal em relao segurana da rede.

Como no existe um servidor de arquivos e todos os micros podem, em principio, ler e escrever arquivos em qualquer das unidades de discos existentes no ambiente de trabalho (escritrio), pode ser que ocorra de haver vrios arquivos de dados com o mesmo nome (provavelmente com contedos diferentes) e uma certa desorganizao tomar conta do ambiente de trabalho. Uma soluo para isso definir um dos micros para armazenar os arquivos de dados de todos os usurios da rede; assim torna-se menos provvel que este problema ocorra.

Figura 1.6 Rede ponto-a-ponto

Redes Cliente/Servidor: Se a rede estiver sendo planejada para ter mais de 10 micros instalados (ou no

caso de redes pequenas onde a segurana for uma questo importante), ento a escolha natural uma rede do tipo cliente/servidor.

Nesse tipo de rede existe a figura do servidor, normalmente um micro que gera recursos para os demais micros da rede. O servidor um micro especializado em um s tipo de tarefa, no sendo usado para outra finalidade como ocorre em redes ponto-a-ponto, onde um mesmo micro est compartilhando arquivos para o restante da rede e est sendo usado por seu usurio para a edio de um grfico, por exemplo. O problema que o processador dessa mquina pode estar ocupado demais editando um grfico e um pedido por um arquivo que tenha vindo da rede tenha de esperar at o processador do micro ficar livre para atend-lo, o que obviamente faz baixar o desempenho da rede.

Com o servidor dedicado a uma s tarefa, ele consegue responder rapidamente aos pedidos vindos dos demais micros da rede, no comprometendo o desempenho.


Ou seja, um servidor dedicado oferece um melhor desempenho para executar uma determinada tarefa porque ele, alm de ser especializado na tarefa em questo, normalmente no executa outras tarefas ao mesmo tempo.

Entretanto, em redes cliente/servidor pequenas, aonde o desempenho no chega a ser um problema, pode ser que voc encontre servidores no-dedicados, isto , micros servidores sendo usados tambm como estaes de trabalho ou ento sendo usados como servidores de mais de uma tarefa.

Alm disso, afirmamos que o servidor um micro, o que no necessariamente verdade. Existem diversas solues no mercado onde o servidor no um microcomputador, mas sim um aparelho criado exclusivamente para aquela tarefa. Por exemplo, existem servidores de comunicao que, em vez de serem um micro com um modem instalado, so um aparelho conectado ao cabeamento da rede, com um modem embutido, desempenhando exatamente o mesmo papel e normalmente com vantagem de serem mais barato que os micros inteiros.

Nas redes cliente/servidor, a administrao e configurao da rede so centralizadas, o que melhora a organizao e segurana da rede. Alm disso, h a possibilidade de serem executados programas cliente/servidor, como um banco de dados que podem ser manipulado por diversos usurios ao mesmo tempo.

Figura 1.7 Rede cliente-servidor

Tipos de Servidores Como est clara, a rede cliente/servidor se baseiam em servidores especializados

em uma determinada tarefa. Como comentamos, o servidor no necessariamente um microcomputador; pode ser um aparelho que desempenha igual funo. Os tipos mais comuns de servidores so os seguintes:

Servidor de arquivo: um servidor responsvel pelo armazenamento de arquivos de dados como arquivos de texto, planilha e grficos que necessitem ser compartilhados com os usurios da rede. Note que o programa necessrio para ler o arquivo (o processador de texto, por exemplo) instalado e executado na mquina do usurio (cliente) e no no servidor. Nesse servidor no h processamento de informaes; o servidor


responsvel por entregar apenas o arquivo solicitado, para ento o arquivo ser processado no cliente.

Servidor de impresso: um servidor responsvel por processar os pedidos de impresso solicitados pelos micros da rede e envi-los para as impressoras disponveis. Como diversos pedidos de impresso podem ser gerados ao mesmo tempo na rede, o servidor fica responsvel por enviar os dados para as impressoras corretas e na ordem de chegada (ou em uma outra ordem, dependendo da configurao de prioridade).

Servidor de aplicaes: O servidor de aplicaes responsvel por executar aplicaes cliente/servidor, como, por exemplo, um banco de dados. Ao contrario do servidor de arquivos, que somente armazena arquivos de dados e no os processa, o servidor de aplicaes executa as aplicaes e processa os arquivos de dados. Por exemplo, quando um micro cliente faz uma consulta em um banco de dados cliente/servidor, essa consulta ser processada no servidor de aplicaes e no no micro cliente; o micro cliente apenas mostrar o resultado enviado pelo servidor de aplicaes. Com isso possvel que vrios usurios acessem e manipulem ao mesmo tempo uma nica aplicao; fazendo que todos fiquem sincronizados.

Servidor de correio eletrnico: Responsvel pelo processamento e entrega de mensagem eletrnica. Se for e-mail destinado a uma pessoa fora da rede, este ser repassado ao servidor de comunicao.

Servidor de fax: permite que os usurios passem e recebam fax facilmente. Normalmente um micro (ou um aparelho) dotado de uma placa de fax. Quando algum usurio quiser passar um fax, a mensagem de fax repassada ao servidor de fax que disca para o nmero do fax desejado e envia o documento.

Servidor de comunicao: usado na comunicao entre sua rede e outras redes, como a internet. Por exemplo, se voc acessa a internet atravs de uma linha telefnica convencional, o servidor de comunicao pode ser um micro com uma placa de modem que disca automaticamente para o provedor assim que algum tente acessar a internet.

Voc poder encontrar outros tipos de servidores dependendo da necessidade da rede. Por exemplo, servidor de backup, responsvel por fazer backup dos dados do servidor de arquivos e at mesmo servidores reduntantes, que so servidores que


possuem os mesmos dados de um servidor principal e, caso este apresente defeito, o servidor redundante entra em ao substituindo o servidor defeituoso. Outro exemplo o servidor de acesso remoto, que permite usurios acessarem a rede atravs de um modem no fundo esse tipo de servio no deixa de ser um servidor de comunicao.

Classificao das Redes Rede Local (LAN Local Area Network):

As redes comearam pequenas, com alguns computadores interligados compartilhando recursos. Com o tempo surgiu a necessidade de um maior nmero de computadores interligados e assim as redes comearam a crescer, surgindo as redes locais de computadores (LAN). A rede local (LAN) pode ser caracterizada como uma rede que permite a interligao de computadores e equipamentos de conexo numa pequena regio, normalmente em uma mesma rea geogrfica, em geral ocupando distncias entre 100m ou menos e 25Km.

Caractersticas bsicas: Meios que permitem altas taxas de transmisso sendo mais comum 10

Mbps e 100 Mbps podendo chegar at 1 Gbps. Baixas taxas de erro ( 1 erro em 108 ou 1011 bits transmitidos). Geograficamente limitadas. Propriedade particular Arquiteturas (topologias): estrela, anel e barramento.

Este tipo de rede o mais utilizado em empresas de grande, mdio e pequeno porte, em todos os segmentos de trabalho comercial e industrial.

Figura 1.8 Rede Local

Redes Geograficamente Distribudas (WAN Wide Area Network): A necessidade de um maior nmero de computadores interligados e a conexo de

vrios recursos fora de uma mesma rea geogrfica trouxe o surgimento das redes geograficamente distribudas (ou rede de longas distncias), que pode interligar cidades, estados e pases.


Caractersticas bsicas: Conecta redes locais e metropolitanas geograficamente distantes Custo de comunicao elevado devido ao uso de meios como: linhas

telefnicas, satlites e microondas. Velocidades de transmisso variadas podendo ser de dezenas de Kilobits e

chegar a Megabits/(segundo) Taxas de erro variveis: depende do meio de comunicao Propriedade particular e pblica

Figura 1.9 Rede Geograficamente Distribudas (WAN) Redes Metropolitanas (MAN Metropolitan rea Network):

As redes metropolitanas so intermedirias as LANs e WANs, apresentando caractersticas semelhantes s redes locais e, em geral, cobrem distncias maiores que as LANs. Um exemplo de rede metropolitano as redes de TV a cabo.

Caractersticas bsicas: Velocidades de transmisso altas: de 1 Mbps podendo chegar a 10 Mbps Baixas taxas de erros Em geral so de propriedade particular

Figura 1.10 Rede Metropolitanas

Topologia A topologia da rede um nome fantasia dado ao arranjo dos cabos usados para

interconectar os clientes e servidores. A maneira como eles so interligados tem algumas implicaes sobre a maneira como o sistema operacional de rede gerencia tanto os


clientes quanto o fluxo de informaes sobre a rede, as topologias mais comuns so estrela, anel, e barramento.

A topologia de uma rede descreve como o layout do meio atravs do qual h o trfego de informaes, e tambm como os dispositivos esto conectados a ele. Vantagens Desvantagens

Topologia Estrela

mais tolerante a falhas Fcil de instalar clientes

Monitoramento centralizado

Custo de instalao maior porque recebe mais cabos.

Topologia Anel (Token Ring)

Razoavelmente fcil de instalar.

Requer menos cabos

Desempenho uniforme

Se uma estao para todas param.

Os problemas so difceis de isolar.

Topologia barramento

Simples e fcil de instalar

Requer menos cabos

Fcil de entender

A rede fica mais lenta em perodos de uso intenso.

Os problemas so difceis de isolar.

Tabela 1.1 Vantagens e Desvantagens da Topologia

A forma com que os cabos so conectados - a que genericamente chamamos topologia da rede influenciar em diversos pontos considerados crticos, como flexibilidade, velocidade e segurana.

Da mesma forma que no existe "o melhor" computador, no existe "a melhor" topologia. Tudo depende da necessidade e aplicao. Por exemplo, a topologia em estrela pode ser a melhor na maioria das vezes, porm talvez no seja a mais recomendada quando tivermos uma pequena rede de apenas 3 micros.

Topologia Barramento: Na topologia linear (tambm chamada topologia em barramento), todas as

estaes compartilham um mesmo cabo. Essa topologia utiliza cabo coaxial, que dever possuir um terminador resistivo de 50 ohms em cada ponta, conforme ilustra a Figura 1.9. O tamanho mximo do trecho da rede est limitado ao limite do cabo, 185 metros no caso do cabo coaxial fino. Este limite, entretanto, pode ser aumentado atravs de um perifrico chamado repetidor, que na verdade um amplificador de sinais.

Figura 1.11 Topologia Linear/Barramento


Como todas as estaes compartilham um mesmo cabo, somente uma transao pode ser efetuada por vez, isto , no h como mais de um micro transmitir dados por vez. Quando mais de uma estao tenta utilizar o cabo, h uma coliso de dados. Quando isto ocorre, a placa de rede espera um perodo aleatrio de tempo at tentar transmitir o dado novamente. Caso ocorra uma nova coliso a placa de rede espera mais um pouco, at conseguir um espao de tempo para conseguir transmitir o seu pacote de dados para a estao receptora. A conseqncia direta desse problema a velocidade de transmisso. Quanto mais estaes forem conectadas ao cabo, mais lenta ser a rede, j que haver um maior nmero de colises (lembre-se que sempre em que h uma coliso o micro tem de esperar at conseguir que o cabo esteja livre para uso).

Outro grande problema na utilizao da topologia linear a instabilidade. Como voc pode observar na Figura 1.9, os terminadores resistivos so conectados s extremidades do cabo e so indispensveis. Caso o cabo se desconecte em algum ponto (qualquer que seja ele), a rede "sai do ar", pois o cabo perder a sua correta impedncia (no haver mais contato com o terminador resistivo), impedindo que comunicaes sejam efetuadas - em outras palavras, a rede pra de funcionar. Como o cabo coaxial vtima de problemas constantes de mau-contato, esse um prato cheio para a rede deixar de funcionar sem mais nem menos, principalmente em ambientes de trabalho tumultuados. Vamos enfatizar: basta que um dos conectores do cabo se solte para que todos os micros deixem de se comunicar com a rede.

E, por fim, outro srio problema em relao a esse tipo de rede a segurana. Na transmisso de um pacote de dados, todas as estaes recebem esse pacote. No pacote, alm dos dados, h um campo de identificao de endereo, contendo o nmero de n de destino. Desta forma, somente a placa de rede da estao de destino captura o pacote de dados do cabo, pois est a ela endereada.

Nota: Nmero de n (node number ou MAC address ou Ethernet Address) um valor gravado na placa de rede de fbrica ( o nmero de srie da placa). Teoricamente no existe no mundo duas placas de rede com o mesmo nmero de n.

Se na rede voc tiver duas placas com o mesmo nmero de n, as duas captaro os pacotes destinados aquele nmero de n. impossvel voc em uma rede ter mais de uma placa com o mesmo nmero de n, a no se que uma placa tenha esse nmero alterado propositalmente por algum hacker com a inteno de ler pacotes de dados alheios. Apesar desse tipo de "pirataria" ser rara, j que demanda de um extremo conhecimento tcnico, no impossvel de acontecer.


Portanto, em redes onde segurana seja uma meta importante, a topologia linear no deve ser utilizada. Para pequenas redes em escritrios ou mesmo em casa, a topologia linear usando cabo coaxial est de bom tamanho.

Topologia em Estrela: Esta a topologia mais recomendada atualmente. Nela, todas as estaes so

conectadas a um perifrico concentrador (hub ou switch), como ilustra a Figura Abaixo: Ao contrrio da topologia linear onde a

rede inteira parava quando um trecho do cabo se rompia, na topologia em estrela apenas a estao conectada pelo cabo pra. Alm disso, temos a grande vantagem de podermos aumentar o tamanho da rede sem a necessidade de par-la. Na topologia linear, quando queremos aumentar o tamanho do cabo necessariamente devemos parar a rede, j que este procedimento envolve a remoo

do terminador resistivo. Importante notar que o funcionamento da topologia em estrela depende do

perifrico concentrador utilizado, se for um hub ou um switch. No caso da utilizao de um hub, a topologia fisicamente ser em estrela, porm

logicamente ela continua sendo uma rede de topologia linear.

Topologia em Anel: Na topologia em anel, as estaes de trabalho

formam um lao fechado, conforme ilustra a Figura abaixo. O padro mais conhecido de topologia em anel o Token Ring (IEEE 802.5) da IBM.

No caso do Token Ring, um pacote (token) fica circulando no anel, pegando dados das mquinas e distribuindo para o destino. Somente um dado pode ser transmitido por vez neste pacote.

Figura 1.12 Topologia Estrela

Figura 1.13 Topologia Anel


[Auto - Avaliao da Unidade I] Questionrio

1) O que uma Rede? 2) Quais os componentes de uma rede? 3) Quais tipos de redes da forma que os dados so compartilhados? 4) Defina redes ponto-a-ponto? 5) Defina redes cliente/servidor? 6) Quais tipos de servidores? 7) Como so classificadas as redes? Defina cada uma delas. 8) O que topologia? 9) Cite os tipos de topologia? 10) Qual a diferena da Topologia Anel para Topologia Barramento? 11) Qual topologia mais utilizada? Qual a melhor topologia? 12) Desenhe a estrutura de uma rede de topologia barramento? 13) Desenhe a estrutura de uma rede de topologia estrela? 14) Desenhe a estrutura de uma rede de topologia anel. 15) Como funciona a transmisso de dados na topologia anel? 16) Para que serve os terminadores de uma rede em barramento?

[ Referncias Bibliogrficas ] KUROSE, James; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a Internet. Ed. Pearson. 3 Ed. So Paulo, 2004.

COMER, Douglas. Interligao em Redes com TCP/IP Vol. 1. Ed. Campus. Rio de Janeiro, 1998.


Unidade II Arquitetura de Redes de Computadores

Arquiteturas proprietrias Arquiteturas abertas e modelo de referncia OSI Arquitetura Internet Fundamentos e utilizao da Internet

[Objetivos Especficos da Unidade II]

Explicar os conceitos sobre arquiteturas proprietrias e abertas, mostrando as camadas existentes nos modelos OSI e na arquitetura TCP/IP. Fazendo com que o aluno seja capaz de identificar as camadas e conhecer o funcionamento das camadas nesses modelos.


[Texto Bsico da Unidade I] Arquiteturas de Redes de Computadores No mundo de hoje, no se pode falar de redes sem falar do TCP/IP. O conjunto de

protocolos originalmente desenvolvido pela Universidade da Califrnia em Berkeley, sob contrato para o Departamento de Defesa dos EUA, se tornou o conjunto de protocolos padro das redes locais e remotas, suplantando conjuntos de protocolos bancados por pesos pesados da indstria, como a IBM (SNA), Microsoft (NetBIOS/NetBEUI) e Novell (IPX/SPX).

O grande motivo de todo este sucesso foi justamente o fato do TCP/IP no ter nenhuma grande empresa associada ao seu desenvolvimento. Isto possibilitou a sua implementao e utilizao por diversas aplicaes em praticamente todos os tipos de hardware e sistemas operacionais existentes.

Mesmo antes do boom da Internet o TCP/IP j era o protocolo obrigatrio para grandes redes, formadas por produtos de muitos fornecedores diferentes, e havia sido escolhido pela Microsoft como o protocolo preferencial para o Windows NT, devido s limitaes tcnicas do seu prprio conjunto de protocolos, o NetBEUI.

Entretanto, ao contrrio dos protocolos proprietrios para redes locais da Microsoft e da Novell, que foram desenhados para serem praticamente "plug and play", as necessidades que orientaram o desenvolvimento do TCP/IP obrigaram ao estabelecimento de uma srie de parametrizaes e configuraes que devem ser conhecidas pelo profissional envolvido com instalao, administrao e suporte de redes.

A tarefa de permitir a comunicao entre aplicaes executando em mquinas distintas envolve uma srie de detalhes que devem ser cuidadosamente observados para que esta comunicao ocorra de maneira precisa, segura e livre de erros. Por exemplo, detalhes de sinalizao dos bits para envio atravs dos meios de transmisso; deteco e correo de erros de transmisso (pois a maioria dos meios de transmisso so passveis de interferncias); roteamento das mensagens, desde sua origem at o seu destino, podendo passar por vrias redes intermedirias; mtodos de endereamento tanto de hosts quanto de aplicaes; cuidar da sintaxe e semntica da informao, de modo que quando uma aplicao transmite um dado do tipo inteiro, a aplicao destino possa entend-lo como do tipo inteiro; etc.

Para reduzir a complexidade de projeto, a maioria das redes de computadores so estruturadas em camadas ou nveis, onde cada camada desempenha uma funo especfica dentro do objetivo maior que a tarefa de comunicao. As camadas so construdas umas sobre as outras e cada camada oferece seus servios para as camadas


superiores, protegendo estas dos detalhes de como os servios oferecidos so de fato implementados.

A camada N em uma mquina, para desempenhar suas funes estabelece uma conversao com a camada N em outra mquina. As regras utilizadas nesta conversao so chamadas de protocolo da camada N. As funes de cada camada so executadas por entidades (processos, que podem ser implementados por software ou por hardware). Entidades que executam em camadas correspondentes e em mquinas distintas so chamadas de processos pares (peers). So os processos pares que se comunicam utilizando o protocolo de sua camada. A Figura 2.1 ilustra estes conceitos para uma rede estruturada em 4 camadas.

Na verdade, nenhum dado transferido diretamente da camada N de uma mquina para a camada N de outra mquina. Em vez disso, cada camada passa dados e informaes de controle para a camada imediatamente abaixo, at encontrar o meio fsico, atravs do qual a comunicao de fato ocorre. Na mquina destino a mensagem

percorre o caminho inverso, da camada mais inferior para a mais superior, com cada camada retirando e analisando as informaes de controle colocadas pela sua camada correspondente na mquina origem. Aps esta anlise a camada decide se passa o restante dos dados para a camada superior. Estas informaes de controle correspondem ao protocolo da camada e tambm so conhecidos como header do protocolo.

Figura 2.1 Exemplo de uma rede estruturada em 4 camadas


Figura 2.2 Rede estruturada em 4 camadas

Para ilustrar o conceito de comunicao atravs de mltiplas camadas, consideremos a seguinte analogia:

Dois engenheiros em pases diferentes desejam trocar informaes sobre um projeto de engenharia. Um engenheiro s fala portugus e o outro s se comunica em ingls. Para se comunicarem eles decidem utilizar um tradutor;

Considere ainda, que o idioma comum entre os tradutores seja o alemo e que o meio utilizado para transmisso dos dados seja o telgrafo;

Assim, o engenheiro que fala portugus passa suas informaes para seu tradutor que as traduz para o alemo. A mensagem em alemo ento passada ao telegrafista que as transmite para um telegrafista no outro pas;

Ao receber a mensagem, o telegrafista passa para o tradutor que a traduz para o ingls e a entrega para o engenheiro.

A Figura 2.3 ilustra essa comunicao, identificando os componentes da Arquitetura de Rede utilizada.

Figura 2.3 Exemplo da arquitetura de comunicao

Um outro exemplo para demonstrar a comunicao a Figura 2.4. Dois filsofos (processos pares da camada 3), um fala udu e ingls e o outro chins e francs. Como


no falam uma lngua comum eles contratam tradutores (processos pares da camada 2), cada um tem uma secretria (processos pares da camada 1). O filsofo 1 deseja transmitir sua predileo por coelhos a seu par.

Nota-se que existe uma interface entre cada par de camadas adjacentes. ela que definir quais e como as funes oferecidas pela camada inferior podem ser acessadas pela camada superior. Esta interface deve ser bastante clara, de modo que, ao trocar-se a implementao de uma camada por outra completamente diferente, no seja necessrio

modificar as outras camadas. Isso possvel desde que a interface entre as camadas seja mantida. Por exemplo, trocando-se linhas telefnicas por transmisso via satlite, a implementao da camada responsvel por manipular o acesso ao meio de transmisso dever modificar completamente sua implementao, porm as demais camadas no sofrero estas modificaes desde que os mesmos servios anteriores e o modo como so oferecidos sejam mantidos.

Neste contexto o conjunto de camadas e protocolos chamado de arquitetura de rede. A especificao de uma arquitetura deve conter informaes suficientes para permitir que um implementador desenvolva o programa ou construa o hardware de cada camada, de forma que ela obedea corretamente ao protocolo adequado.

Arquiteturas Proprietrias As primeiras arquiteturas de rede foram desenvolvidas por fabricantes de

equipamentos, os quais desenvolviam solues para interconexo apenas de seus produtos, sem se preocuparem com a compatibilidade de comunicao com equipamentos de outros fabricantes. Assim o fizeram, por exemplo, a IBM (International Business Machines Corporation) ao anunciar sua arquitetura de rede SNA (System

Figura 2.4 Arquitetura filsofo-tradutor-secretria


Network Architecture), e a DEC (Digital Equipament Corporation) com sua DNA (Digital Network Architecture). Essas arquiteturas so denominadas proprietrias.

Desse modo, computadores de fabricantes diferentes no podiam se comunicar, impondo uma grande limitao aos consumidores, pois ficam amarrados aos produtos de um nico fabricante, caso queira que seus equipamentos se comuniquem.

Torna-se evidente a necessidade de um conjunto de regras que permitam a comunicao ou interconexo entre dois sistemas quaisquer, sem considerar seu fabricante. Surgem as arquiteturas para interconexo de sistemas abertos: a Arquitetura Internet, desenvolvida por pesquisadores patrocinados pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos, e a Arquitetura OSI (Open Systems Interconnection) desenvolvida pela comunidade internacional sob a coordenao da ISO (International Standards Organization).

Arquiteturas abertas e modelo de referncia OSI Baseada nas experincias advindas do funcionamento dos sistemas de

teleprocessamento, da ARPAnet e das redes pblicas e proprietrias, a ISO, entre 1978 e 1984, elaborou o "Modelo de Referncia para Interconexo de Sistemas Abertos" (Modelo OSI), o qual define todos os princpios bsicos para o desenvolvimento de uma arquitetura para interconexo de Sistemas Abertos, permitindo que diferentes fabricantes pudessem se comunicar pois criou-se uma padronizao para as redes.

O Modelo OSI por si s no uma arquitetura de rede, pois no especifica exatamente os servios e protocolos a serem usados em cada camada. Ele define alguns conceitos e divide a tarefa de comunicao em sete camadas funcionais, dizendo que funes cada camada deve desempenhar. Entretanto, aps elaborar o Modelo OSI, a ISO passou a projetar, especificar, implementar e testar os protocolos das vrias camadas definidas pelo Modelo OSI, dando origem a Arquitetura OSI.

Protocolo uma linguagem usada para transmitir dados pela rede. Para que dois computadores passam se comunicar, eles devem usar o mesmo protocolo (ou seja, a mesma linguagem).

Quando voc envia um e-mail do seu computador, seu programa de e-mail (chamado cliente de e-mail) envia os dados (seu e-mail) para a pilha de protocolos, enviando esses dados para o meio de transmisso da rede (normalmente cabo ou o ar, no caso de redes sem fio). No computador do outro lado (o servidor de e-mail) os dados (seu e-mail) so processados e enviados para o programa servidor de e-mail.

A pilha de protocolos faz uma poro de coisas e o papel do modelo OSI padronizar a ordem em que a pilha de protocolos faz essas coisas. Dois protocolos


diferentes podem ser incompatveis, mas se eles seguirem o modelo OSI, ambos faro as coisas na mesma ordem, ajudando aos desenvolvedores de software a entender como eles funcionam.

Voc pode ter notado que usamos a palavra pilha. Isto porque protocolos como o TCP/IP no so na verdade um nico protocolo, mas sim vrios protocolos trabalhando em conjunto. Portanto o nome mais apropriado no simplesmente protocolo mas pilha de protocolos.

O modelo OSI dividido em sete camadas. muito interessante notar que o TCP/IP (provavelmente o protocolo de rede mais usado atualmente) e outros protocolos famosos como o IPX/SPX (usado pelo Novell Netware) e o NetBEUI (usado pelos produtos da Microsoft) no seguem esse modelo ao p da letra, correspondendo apenas a partes do modelo OSI. Todavia, o estudo deste modelo extremamente didtico, pois atravs dele h como entender como deveria ser um protocolo ideal, bem como facilita enormemente a comparao do funcionamento de protocolos criados por diferentes empresas. As sete camadas do Modelo OSI esto representadas na Figura 2.3.

A idia bsica do modelo de referncia OSI que cada camada responsvel por algum tipo de processamento e cada camada apenas se comunica com a camada imediatamente inferior ou superior. Por exemplo, observe a Figura 2.5, que a camada 6 s poder se comunicar com as camadas 7 e 5, e nunca diretamente com a camada 1. Ou seja, objetivo de cada nvel oferecer servios a nveis superiores, enquanto esconde como estes servios so

implementados. Quando seu

computador est transmitindo dados para a rede, uma dada camada recebe dados da camada superior, acrescenta informaes de controle pelas quais ela seja responsvel e passa os dados para a camada imediatamente inferior.

Quando seu

Figura 2.5 Modelo OSI

Figura 2.6 Fornecedores e usurios de servios


computador est recebendo dados, ocorre o processo inverso: uma dada camada recebe dados da camada inferior, processa os dados recebidos removendo informaes de controle pelas quais ela seja responsvel e passa os dados para a camada imediatamente superior.

O que importante ter em mente que cada camada adiciona (quando o computador estiver transmitindo dados) ou remove (quando o computador estiver recebendo dados) informaes de controle de sua responsabilidade. Portanto, nenhum dado transferido diretamente de uma camada N para a outra camada N: cada nvel envia dados e sinais de controle para a camada mais baixa atravs da interface de camadas N/N-1. Um nvel N de um host fala para o nvel N no outro host atravs de um protocolo de nvel N, assim a conversao est entre entidades semelhantes. A camada fsica transmite esses dados. Isto foi demonstrado na Figura 2.6 e 2.7.

Na transmisso de um dado, cada camada recebe as informaes passada pela camada superior, acrescenta informaes de controle pelas quais seja responsvel e passa os dados para a camada imediatamente inferior. Este processo conhecido como encapsulamento. Na recepo ocorre o processo inverso, ou seja, so retirados os bits de controle na camada inferior ou desencapsulamento.

O conjunto de dados recebidos da camada superior na transmisso ou entregues para a camada superior na recepo denominado SDU (Service Unit Date - Unidade de dado de servio)

O conjunto de dados repassados para a camada inferior na transmisso ou recebidos da camada recebidos da camada inferior na recepo denominado PDU (Protocol Unit Date Unidade de dado de protocolo).

Os dados que uma camada acrescenta na transmisso ou retira na recepo so denominados PCI (Protocol Control Information Informao de Controle de Protocolo).

Podemos afirmar que: PDU = SDU + PCI. Ilustramos na Figura 2.8 esta composio.

Figura 2.7 Exemplo Camada OSI


Figura 2.8 - Transmisso entre camadas (PDU e SDU) Os protocolos dividem as mensagens a serem transmitidas na rede em pequenos

pedaos de tamanho fixo chamados pacotes, quadros ou datagramas. Isso significa que um arquivo no transmitido de uma s vez. Ele transmitido em vrios pacotes. Dentro de cada pacote h o endereo de origem e de destino. As placas de rede dos computadores tm um endereo nico que vem fixado de fbrica. Assim um computador sabe quais os pacotes que lhe pertence. Se o endereo do pacote for igual ao seu ele recebe o pacote, caso contrrio ignora-o. A Figura 2.9 mostra os nveis da camada.

Figura 2.9 Nveis Conceituais

Iremos descrever a seguir as sete camadas do Modelo OSI.

Aplicao (Camada 7) A camada de aplicao faz a interface entre o protocolo de comunicao e o

aplicativo que pediu ou receber a informao atravs da rede. Por exemplo, ao solicitar a


recepo de e-mails atravs do aplicativo de e-mail, este entrar em contato com a camada de Aplicao do protocolo de rede efetuando tal solicitao. Tudo nesta camada direcionado aos aplicativos.

Esta a camada OSI mais prxima do usurio; ela fornece servios de rede aos aplicativos do usurio. Ela se diferencia das outras por no fornecer servios a nenhuma outra camada OSI, mas apenas a aplicativos fora do modelo OSI. Os programas de planilhas, os programas de processamento de texto e os programas de terminal bancrio so exemplos desses processos de aplicativos. A camada de aplicao estabelece a disponibilidade dos parceiros de comunicao pretendidos, sincroniza e estabelece o acordo sobre os procedimentos para a recuperao de erros e o controle da integridade dos dados. Para definir em poucas palavras a camada 7, pense em navegadores. Telnet e FTP tambm so exemplos de aplicativos de rede que existem inteiramente na camada de aplicao.

Apresentao (Camada 6) A camada de apresentao assegura que a informao emitida pela camada de

aplicao de um sistema seja legvel para a camada de aplicao de outro sistema. Se necessrio, a camada de apresentao faz a converso de vrios formatos de dados usando um formato comum. Se voc quiser pensar na camada 6 com o mnimo de palavras, pense em um formato de dados comum.

Essa camada tambm chamada camada de Traduo pois converte o formato do dado recebido pela camada de Aplicao em um formato comum a ser usado na transmisso desse dado, ou seja, um formato entendido pelo protocolo usado. Um exemplo comum a converso do padro de caracteres (cdigo de pgina) quando, por exemplo, o dispositivo transmissor usa um padro diferente do ASCII. Pode ter outros usos, como compresso de dados e criptografia.

A compresso de dados pega os dados recebidos da camada sete e os comprime (como se fosse um compactador comumente encontrado em PCs, como o Zip ou o Arj) e a camada 6 do dispositivo receptor fica responsvel por descompactar esses dados. A transmisso dos dados torna-se mais rpida, j que haver menos dados a serem transmitidos: os dados recebidos da camada 7 foram "encolhidos" e enviados camada 5.

Para aumentar a segurana, pode-se usar algum esquema de criptografia neste nvel, sendo que os dados s sero decodificados na camada 6 do dispositivo receptor.


Sesso (Camada 5) A camada de sesso, como est implcita no nome, estabelece, gerencia e termina

sesses entre dois hosts que se comunicam. A camada de sesso fornece seus servios camada de apresentao. Ela tambm sincroniza o dilogo entre as camadas de apresentao dos dois hosts e gerencia a troca de dados entre eles. Alm da regulamentao bsica das sesses, a camada de sesso oferece recursos para a transferncia eficiente de dados, classe de servio e relatrios de exceo de problemas da camada de sesso, da camada de apresentao e da camada de aplicao. Para definir em poucas palavras a camada 5, pense em dilogos e conversaes.

A camada de Sesso permite que duas aplicaes em computadores diferentes estabeleam uma sesso de comunicao. Nesta sesso, essas aplicaes definem como ser feita a transmisso de dados e coloca marcaes nos dados que esto sendo transmitidos. Se porventura a rede falhar, os computadores reiniciam a transmisso dos dados a partir da ltima marcao recebida pelo computador receptor.

Disponibiliza servios como pontos de controle peridicos a partir dos quais a comunicao pode ser restabelecida em caso de pane na rede.

Transporte (Camada 4) A camada de transporte segmenta os dados do sistema host que est enviando e

monta os dados novamente em uma seqncia de dados no sistema host que est recebendo. Enquanto as camadas de aplicao, de apresentao e de sesso esto relacionadas a problemas de aplicativos, as quatro camadas inferiores esto relacionadas a problemas de transporte de dados.

Essa camada tenta fornecer um servio de transporte de dados que isola as camadas superiores de detalhes de implementao de transporte. Especificamente, algumas questes, por exemplo, como realizar transporte confivel entre dois hosts, dizem respeito camada de transporte. Fornecendo servios de comunicao, a camada de transporte estabelece, mantm e termina corretamente circuitos virtuais. Fornecendo servio confivel, so usados o controle do fluxo de informaes e a deteco e recuperao de erros de transporte. Para definir em poucas palavras a camada 4, pense em qualidade de servios e confiabilidade.

Essa camada responsvel por usar os dados enviados pela camada de Sesso e dividi-los em pacotes que sero transmitidos para a camada de Rede. No receptor, a camada de Transporte responsvel por pegar os pacotes recebidos da camada de Rede, remontar o dado original e assim envi-lo camada de Sesso.


Isso inclui controle de fluxo, ordenao dos pacotes e a correo de erros, tipicamente enviando para o transmissor uma informao de recebimento, informando que o pacote foi recebido com sucesso.

A camada de Transporte separa as camadas de nvel de aplicao (camadas 5 a 7) das camadas de nvel fsico (camadas de 1 a 3). A camada 4, Transporte, faz a ligao entre esses dois grupos e determina a classe de servio necessria como orientada a conexo e com controle de erro e servio de confirmao, sem conexes e nem confiabilidade.

O objetivo final da camada de transporte proporcionar servio eficiente, confivel e de baixo custo. O hardware e/ou software dentro da camada de transporte e que faz o servio denominado entidade de transporte.

A ISO define o protocolo de transporte para operar em dois modos: Orientado a conexo. No-Orientado a conexo.

Como exemplo de protocolo orientado conexo, temos o TCP, e de protocolo no orientado conexo, temos o UDP. obvio que o protocolo de transporte no orientado conexo menos confivel. Ele no garante - entre outras coisas mais, a entrega dos pacotes, nem to pouco a ordenao dos mesmos. Entretanto, onde o servio da camada de rede e das outras camadas inferiores bastante confivel - como em redes locais, o protocolo de transporte no orientado conexo pode ser utilizado, sem o overhead inerente a uma operao orientada conexo.

O servio de transporte baseado em conexes semelhante ao servio de rede baseado em conexes. O endereamento e controle de fluxo tambm so semelhantes em ambas as camadas. Para completar, o servio de transporte sem conexes tambm muito semelhante ao servio de rede sem conexes. Constatado os fatos acima, surge a seguinte questo: "Por que termos duas camadas e no uma apenas?". A resposta sutil, mas procede: A camada de rede parte da sub-rede de comunicaoes e executada pela concessionria que fornece o servio (pelo menos para as WAN). Quando a camada de rede no fornece um servio confivel, a camada de transporte assume as responsabilidades; melhorando a qualidade do servio.

Rede (Camada 3) A camada de rede uma camada complexa que fornece conectividade e seleo

de caminhos entre dois sistemas hosts que podem estar localizados em redes geograficamente separadas. Se voc desejar lembrar da camada 3 com o menor nmero de palavras possvel, pense em seleo de caminhos, roteamento e endereamento.


A camada de Rede responsvel pelo endereamento dos pacotes, convertendo endereos lgicos (ou IP) em endereos fsicos, de forma que os pacotes consigam chegar corretamente ao destino. Essa camada tambm determina a rota que os pacotes iro seguir para atingir o destino, baseada em factores como condies de trfego da rede e prioridades.

Essa camada usada quando a rede possui mais de um segmento e, com isso, h mais de um caminho para um pacote de dados percorrer da origem ao destino.

Funes da Camada: Encaminhamento, endereamento, interconexo de redes, tratamento de

erros, fragmentao de pacotes, controle de congestionamento e sequenciamento de pacotes.

Movimenta pacotes a partir de sua fonte original at seu destino atravs de um ou mais enlaces.

Define como dispositivos de rede descobrem uns aos outros e como os pacotes so roteados.

Enlace (Camada 2) A camada de enlace fornece trnsito confivel de dados atravs de um link fsico.

Fazendo isso, a camada de enlace trata do endereamento fsico (em oposio ao endereamento lgico), da topologia de rede, do acesso rede, da notificao de erro, da entrega ordenada de quadros e do controle de fluxo. Se voc desejar se lembrar da camada 2 com o mnimo de palavras possvel, pense em quadros e controle de acesso ao meio.

Essa camada tambm conhecida como camada de ligao de dados ou link de dados. Detectando e, opcionalmente, corrigindo erros que possam acontecer no nvel fsico. responsvel pela transmisso e recepo (delimitao) de quadros e pelo controle de fluxo. Ela tambm estabelece um protocolo de comunicao entre sistemas diretamente conectados.

Exemplo de protocolos nesta camada: PPP, LAPB (do X.25), NetBios. Tambm est inserida no modelo TCP/IP (apesar do TCP/IP no ser baseado nas especificaes do modelo OSI).

Na Rede Ethernet cada placa de rede possui um endereo fsico, que deve ser nico na rede. Em redes do padro IEEE 802, e outras no IEEE 802 como a FDDI, esta camada dividida em outras duas camadas: Controle de ligao lgica (LLC), que fornece uma interface para camada superior (rede), e controle de acesso ao meio fsico (MAC), que acessa diretamente o meio fsico e controla a transmisso de dados.


Fsica (Camada 1) A camada fsica define as especificaes eltricas, mecnicas, funcionais e de

procedimentos para ativar, manter e desativar o link fsico entre sistemas finais. Caractersticas como nveis de voltagem, temporizao de alteraes de voltagem, taxas de dados fsicos, distncias mximas de transmisso, conectores fsicos e outros atributos similares so definidas pelas especificaes da camada fsica. Para definir em poucas palavras a camada 1, pense em sinais e meios.

Essa camada define as caractersticas tcnicas dos dispositivos eltricos (fsicos) do sistema. Ela contm os equipamentos de cabeamento ou outros canais de comunicao que se comunicam diretamente com o controlador da interface de rede. Preocupa-se, portanto, em permitir uma comunicao bastante simples e confivel, na maioria dos casos com controle de erros bsico:

Move bits (ou bytes, conforme a unidade de transmisso) atravs de um meio de transmisso.

Define as caractersticas eltricas e mecnicas do meio, taxa de transferncia dos bits, tenses etc.

Controle de acesso ao meio. Confirmao e retransmisso de quadros. Controle da quantidade e velocidade de transmisso de informaes na

rede.

Arquitetura Internet A arquitetura internet foi criada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos,

com o objetivo de se ter uma rede interligando vrias universidades e rgos do governo de maneira descentralizada (ARPANET), para evitar a sua destruio no caso de ocorrncia de uma guerra. Com o passar do tempo, esta idia inicial perdeu o sentido e a infra-estrutura foi aproveitada para se tornar o que hoje a maior rede de computadores do mundo: a Internet.

Os padres da internet no so criados por rgos internacionais de padronizao, como a ISO ou o IEEE, mas ela uma arquitetura muito aceita, sendo chamada por isso como padro "de facto", ao contrrio do modelo OSI, considerado padro "de jure". O corpo tcnico que coordena a elaborao de protocolo e padres da internet o IAB (Internet Activity Board). Qualquer pessoa pode criar um protocolo para ser utilizado pela rede internet. Para isto, basta que ela documente este protocolo atravs de um RFC (Request for Comments), que pode ser acessado na Internet. Estes RFC's so analisados pelos membros da IAB que podero sugerir mudanas e public-lo. Se aps seis meses


da publicao no houver nenhuma objeo, este protocolo se torna uma Internet Standard (padronizao da Internet).

A arquitetura internet se destaca pela simplicidade de seus protocolos e pela eficincia com que atinge o seu objetivo de interconectar sistemas heterogneos.

Fundamentos e utilizao da Internet A arquitetura internet se baseia praticamente em um servio de rede no orientado

conexo (datagrama no confivel), o Internet Protocol (IP) e em um servio de transporte orientado conexo, oferecido pelo Transmission Control Protocol (TCP). Juntos, estes protocolos se completam, oferecendo um servio confivel de uma forma simples e eficiente.

Conjunto de protocolos TCP/IP um conjunto de protocolos de comunicao entre computadores em rede. Seu nome vem dos dois protocolos mais importantes do conjunto: o TCP (Transmission Control Protocol - Protocolo de Controle de Transmisso) e o IP (Internet Protocol - Protocolo de Interconexo). O conjunto de protocolos pode ser visto como um modelo de camadas, onde cada camada responsvel por um grupo de tarefas, fornecendo um conjunto de servios bem definidos para o protocolo da camada superior. As camadas mais altas esto logicamente mais perto do usurio (chamada camada de aplicao), e lidam com dados mais abstratos, confiando em protocolos de camadas mais baixas para tarefas de menor nvel de abstrao.

A arquitetura internet se baseia em um modelo com quatro camadas (Figura 2.10), onde cada uma executa um conjunto bem definido de funes de comunicao. No modelo em camadas da internet, no existe uma estruturao formal para cada camada, conforme ocorre no modelo OSI. Ela procura definir um protocolo prprio para cada camada, assim como a interface de comunicao entre duas camadas adjacentes.

O protocolo TCP/IP atualmente o protocolo mais usado em redes locais. Isso se deve basicamente popularizao da internet, a rede mundial de computadores, j que esse protocolo foi criado para ser usado na internet. Mesmo os sistemas operacionais de redes, que no passado s utilizavam o seu protocolo proprietrio (como o Windows NT com o seu Netbeui e

o Netware com o seu IPX/SPX), suportam o protocolo TCP/IP.

Figura 2.10 Modelo em Camadas da Internet

Figura 2.11 Modelo em Camadas da Internet com seus protocolos


Uma das grandes vantagens do TCP/IP em relao aos outros protocolos existentes que ele rotevel, isto , foi criado pensando em redes grandes e de longa distancia, onde pode haver vrios caminhos para o dado atingir o computador receptor.

Outro fato que tornou o TCP/IP popular que ele possui arquitetura aberta e qualquer fabricante pode adotar a sua prpria verso do TCP/IP em seu sistema operacional, sem a necessidade de pagamento de direitos autorais a ningum. Com isso, todos os fabricantes de sistemas operacionais acabaram adotando o TCP/IP, transformando-o em um protocolo universal, possibilitando que todos os sistemas possam comunicar-se entre si sem dificuldade.

Tabela 1 Protocolos Internet e as camadas

Camada de Aplicao Esta camada equivale s camadas 5,6 e 7 do modelo OSI e faz a comunicao

entre os aplicativos e o protocolo de transporte. Existem vrios protocolos que operam na camada de aplicao. Os mais conhecidos so o http (Hiper Text Transfer Protocol Protocolo de Transferncia de Hiper Texto), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol Protocolo de Transferncia de email), o FPT (File Transfer Protocol Protocolo de Transferncia de Arquivo), o SNMP (Simple Network Management Protocol Protocolo de Gerenciamento de Rede), o DNS (Domain Name System Sistema de nome de domnio) e o Telnet. Se voc entrosado com a internet, j deve ter ouvido falar nesses termos.

Dessa forma, quando um programa cliente de e-mail quer baixar os e-mail que esto armazenados no servidor de e-mail, ele ir efetuar esse pedido para a camada de aplicao do TCP/IP, sendo atendido pelo protocolo SMTP, quando voc entra um endereo www em seu browser para visualizar uma pgina na Internet, o seu browser ir comunicar-se com a camada de aplicao do TCP/IP, sendo atendido pelo protocolo http.


A camada de aplicao comunica-se com a camada de transporte atravs de uma porta. As portas so numeradas e as aplicaes padro usam sempre a mesma porta. Por exemplo, o protocolo SMTP utiliza sempre a porta 25, o protocolo http utiliza sempre a porta 80 e o FTP s portas 20 (para transmisso de dados) e 21 (para transmisso de informaes de controle).

O uso de um nmero de portas permite ao protocolo de transporte (tipicamente o TCP) saber qual o tipo de contedo do pacote de dados (por exemplo, saber que o dado que ele est transportando um e-mail) e, no receptor, saber para qual protocolo de aplicao ele dever entregar o pacote de dados, j que, como estamos vendo, existem inmeros. Assim, ao receber um pacote destinado porta 25, o protocolo TCP ir entreg-lo ao protocolo que estiver conectado a esta porta, tipicamente o SMTP, que por sua vez entregar o dado aplicao que o solicitou (o programa de e-mail).

Camada de Transporte A camada de transporte do TCP/IP um equivalente direto da camada de

transporte (camada 4) do modelo OSI. Esta camada responsvel por pegar os dados enviados pela camada de aplicao e transform-los em pacotes, a serem repassados para a camada da Internet.

No modelo TCP/IP a camada de transporte utiliza um esquema de multiplicao, onde possvel transmitir simultaneamente dados das mais diferentes aplicaes. Na verdade, ocorre o conceito de intercalamento de pacotes; vrios programas podero estar comunicando-se com a rede ao mesmo tempo, mas os pacotes gerados sero enviados rede de forma intercalada, no sendo preciso terminar um tipo de aplicao de rede para ento comear outra. Isso possvel graas ao uso do conceito de portas, explicado no tpico passado, j que dentro do pacote h a informao da porta de origem e de destino do dado. Ou seja, em uma mesma seqncia de pacotes recebidos pelo micro receptor as informaes podem no ser da mesma aplicao. Ao receber trs pacotes, por exemplo, o primeiro pode ser de e-mail, o segundo de www e o terceiro, de FTP.

Nesta camada operam dois protocolos: o j falado TCP (Transmission Control Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol). Ao contrrio do TCP, este segundo protocolo no verifica se o dado chegou ou no ao destino. Por esse motivo, o protocolo mais usado na transmisso de dados o TCP, enquanto que o UDP tipicamente usado na transmisso de informaes de controle.

Na recepo de dados, a camada de transporte pega os pacotes passados pela camada Internet e trata de coloc-los em ordem e verificar se todos chegaram corretamente. Em grandes redes (e especialmente na Internet) os quadros enviados pelo


transmissor podem seguir por diversos caminhos at chegar ao receptor. Com isso, os quadros podem chegar fora de ordem.

Alm disso, como estudaremos mais adiante, o protocolo IP, que o protocolo mais conhecido da camada de Internet, no verificando se o pacote de dados enviado chegou ou no ao destino; o protocolo de transporte (o TCP) que, ao remontar a ordem dos pacotes recebidos, verifica se est faltando algum, pedindo, ento, uma retransmisso do pacote que no chegou.

Camada de Internet A camada de Internet do modelo TCP/IP equivalente camada 3 (Rede) do

modelo OSI. H vrios protocolos que podem operar nessa camada: IP (Internet Protocolo),

ICMP (Internet Control Message Protocol), ARP (Address Resolution Protocol) e RARP (Reverse Address Resolution Protocol).

Na transmisso de um dado de programa, o pacote de dados recebido da camada TCP dividido em pacotes chamados datagramas. Os datagramas so enviados para a camada de interface com a rede, onde so transmitidos pelo cabeamento da rede atravs de quadros. Esta camada no verifica se os datagramas chegaram ao destino, isto feito pelo TCP.

Esta camada responsvel pelo roteamento de pacotes, isto , adiciona ao datagrama informaes sobre o caminho que ele dever percorrer. Para entendermos mais a fundo o funcionamento desta camada e dos protocolos envolvidos, devemos estudar primeiramente o esquema de endereamento usado pelas redes baseadas no protocolo TCP/IP (endereamento IP).

Camada de Interface com a Rede Esta camada, que equivalente s camadas 1 e 2 do modelo OSI, responsvel

por enviar o datagrama recebido pela camada de internet em forma de um quadro atravs da rede.

O esquema apresentado poder ter mais uma camada no topo camada de Interface com a Rede: NDIS ou ODI, caso o sistema operacional use algum desses padres.

TCP/IP vs. Modelo de Referncia OSI Como o TCP/IP o protocolo de rede mais usado atualmente, vamos fazer uma

correlao entre o protocolo TCP/IP e o modelo de referncia OSI. Isto provavelmente ajudar a voc entender tanto o modelo de referncia OSI quanto o protocolo TCP/IP.


Como vimos, o modelo de referncia OSI tem sete camadas. O TCP/IP, por outro lado, tem apenas quatro camadas e dessa forma algumas camadas do protocolo TCP/IP representam mais de uma camada do modelo OSI.

Na Figura 2.12 voc pode ver uma correlao entre o modelo de referncia OSI e o protocolo TCP/IP.

Figura 2.12 Correlao entre modelo OSI e o TCP/IP .

A idia por trs do TCP/IP exatamente a mesma que explicamos para o modelo de referncia OSI: na transmisso de dados, os programas se comunicam com a camada de Aplicao, que por sua vez se comunica com a camada de Transporte, que se comunica com a camada de Rede, que se comunica com a camada de Interface com a Rede, que ento envia quadros para serem transmitidos pelo meio (cabo, ar, etc).

Como mencionamos anteriormente, o TCP/IP no o nome de um protocolo especfico, mas o nome de uma pilha de protocolos. Cada protocolo individual usado na pilha de protocolos TCP/IP trabalha em uma camada diferente. Por exemplo, o TCP um protocolo que trabalha na camada de Transporte, enquanto que o IP um protocolo que trabalha na camada de Rede.

possvel ter mais de um protocolo em cada camada. Eles no entraro em conflito porque cada protocolo desempenha uma tarefa diferente. Por exemplo, quando voc envia e-mails seu programa de e-mail se comunica com o protocolo SMTP localizado na camada de Aplicao. Em seguida este protocolo, aps processar os e-mails recebidos do seu programa de e-mail, os envia para a camada inferior, a camada de Transporte. L os dados sero processados pelo protocolo TCP. Quando voc acessa uma pgina da Internet, seu navegador tambm se comunicar com a camada de Aplicao, mas desta vez usando um protocolo diferente, HTTP, j que este o protocolo responsvel por processador pginas da Internet.


[Autoavaliao da Unidade II] 1) Para que serve as camadas ou nveis utilizados para estruturar redes? 2) Como funciona a comunicao entre camadas? 3) O que so os protocolos da camada? 4) Eu posso transmitir diretamente um dado de uma camada de uma mquina para outra camada de outra mquina? Justifique explicando como ocorre essa transmisso de dado/mensagem. 5) O que so as arquiteturas proprietrias? 6) Cite exemplo de arquiteturas proprietrias. 7) O que so as arquiteturas abertas? Cite exemplo dessa arquitetura. 8) Porque se afirma que o Modelo OSI no uma arquitetura de rede? 9) O que protocolo? 10) Quais so as camadas que dividem o modelo OSI? 11) Como ocorre a comunicao entre as camadas no modelo OSI? 12) O que encapsulamento e desencapsulamento? 13) Defina

a. SDU: b. PDU: c. PCI:

14) Descreve com poucas palavras as 7 camadas OSI. 15) Quais os dois modos que pode se operar no protocolo de transporte? Qual mais confivel e Por que? Cite exemplo de protocolo para estes dois modos. 16) Fale sobre a arquitetura internet. 17) Quais camadas da arquitetura de internet (TCP/IP)? Cite de exemplo de protocolos que operam nestas camadas.

[ Referncias Bibliogrficas ]

KUROSE, James; ROSS, Keith. Redes de Computadores e a Internet. Ed. Pearson. 3 Ed. So Paulo, 2004.

COMER, Douglas. Interligao em Redes com TCP/IP Vol. 1. Ed. Campus. Rio de Janeiro, 1998.


Unidade III - Padres de Redes de Computadores

1. Padro IEEE 802 2. IEEE 802.3 Ethernet 3. IEEE 802.5 Token Ring 4. IEEE 802.8 Fibra ptica 5. IEEE 802.11 Redes sem fios

[Objetivos Especficos da Unidade III]

Explorar as especificaes de rede IEEE 802, identificando padres existentes e utilizados em redes de computadores.


1.1 Padres IEEE 8

Aproximadamente ao mesmo tempo em que o Modelo OSI era desenvolvido, o IEEE publicava as especificaes 802, que tinha como objetivo estabelecer padres para os componentes fsicos de uma rede. Esses componentes placas de interface de rede e meio de rede tambm so levados em considerao nas camadas Fsicas e de Vnculo de Dados do Modelo OSI. As especificaes 802 definiram a forma como os adaptadores de rede devem acessar e transmitir informaes atravs do cabo de rede.

A Norma IEEE 802 tem como objetivo definir uma padronizao para Redes Locais e Metropolitanas das camadas 1 e 2 (Fsica e Enlace) do modelo OSI para padro de redes. As normas cuidam de diversos tipos de redes como Ethernet, Redes sem fio, Fibra tica dentre outros. [1]

As especificaes so classificadas em 12 categorias distintas, cada uma das quais possuindo o seu prprio nmero, como descritos a seguir:

802.1 - Gerncia de rede. 802.2 - LLC (Logical Link Control). 802.3 - Ethernet e especifica a sintaxe e a semntica MAC (Medium

Access Control). 802.4 - Token Bus. 802.5 - Token Ring. 802.6 - Redes Metropolitanas. 802.7 - MANs de Banda Larga 802.8 - Fibra ptica 802.9 Redes de Integrao de Voz e Dados 802.10 - Segurana em Redes 802.11 - Redes sem fios 802.15 - Wireless Personal Area Network (Bluetooth). 802.16 - Broadband Wireless Access (Wimax). 802.20 - Mobile Wireless Access (Mobile-fi).

As especificaes 802 aperfeioaram o Modelo de Referncia OSI. Isso pode ser percebido nas camadas Fsica e de Vnculo de Dados, que tm como funo definir como mais de um computador pode acessar sem causar interferncia em outros computadores.

Iremos detalhar apenas quatro destes padres, so eles: Ethernet, Token Ring, Fibra ptica e Redes sem fios.

1.1 - Ethernet 802.3 Ethernet uma tecnologia de interconexo para redes locais - Local Area Networks

(LAN) - baseada no envio de pacotes. Ela define cabeamento e sinais eltricos para a camada fsica, e formato de pacotes e protocolos para a camada de controle de acesso ao meio (Media Access Control - MAC) do modelo OSI. A Ethernet foi padronizada pelo IEEE como 802.3. A partir dos anos 90, ela vem sendo a tecnologia de LAN mais


amplamente utilizada e tem tomado grande parte do espao de outros padres de rede como Token Ring, FDDI e ARCNET.

Figura 3.1 Placa de rede Ethernet com conector BNC (esquerda) e RJ-45

Foi originalmente desenvolvida como um projeto pioneiro, Ethernet baseada na idia de pontos da rede enviando mensagens, no que essencialmente semelhante a um sistema de rdio, cativo entre um cabo comum ou canal, s vezes chamado de ter (no original, ether). Isto uma referncia oblquia ao ter luminfero, meio atravs do qual os fsicos do sculo XIX acreditavam que a luz viajasse.

Cada ponto tem uma chave de 48 bits globalmente nica, conhecida como endereo MAC, para assegurar que todos os sistemas em uma ethernet tenham endereos distintos.

1.1.1 Ethernet com meio compartilhado CSMA/CD Um esquema conhecido como Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection (CSMA/CD) organizava a forma como os computadores compartilhavam o canal. Originalmente desenvolvido nos anos 60 para ALOHAnet - Hawaii usando Rdio, o esquema relativamente simples se comparado ao token ring ou rede de controle central (master controlle

fundamentos de redes de computadores

Documents