Redes de Computadores - Conceitos Básicos

Definições

DEFINIÇÃO DE REDESConjunto de terminais, equipamentos, meios de transmissão e comutação que interligados possibilitam a prestação de um serviço de telecomunicações (latu sensu).Dois ou mais dispositivos computacionais autônomos interconectados por uma única tecnologia (strictu sensu). Neste caso a internet seria conseiderada uma rede de redes.DEFINIÇÃO DE SISTEMAS DISTRIBUÍDOS (Middleware)Coleção de computadores independentes que se apresentam para o usuário como um sistema único e consistente. (Ex. Facebook)VANTAGENS Compartilhamento de Recursos; Compartilhamento de Aplicativos; Compartilhamento de Dados; Administração e suporte centralizados; Independência de localização. DESVANTAGENS Dependência total; Maior vulnerabilidade. EXEMPLOS DE SERVIÇOS Comunicação; Diretório; Aplicação; Armazenamento; Impressão.

Classificação das Redes

Quanto à dimensão PAN - Pessoal (Área de Trabalho) - 1m até 10m LAN - Local (Prédio) - 10m até 100m WLAN - Wireless LAN (também é uma LAN) CAN - Condomínio MAN - Metropolitan (Cidade) WAN - Wide (País, Continentes) GAN - Global IAN - Interplanetária Quanto ao paradigmaPonto-a-ponto sem hierarquia; funções iguais; mais simples; uso tradicionalmente pessoal. Cliente/Servidor Um ou mais computadores centrais (Servidores) que provêem serviços aos outros (wrokstations). Uso tradicionalmente corporativos

Topologias

BARRAMENTO (BUS) todo mundo "ouve" o barramento; placas de redes passivas; Quanto mais máquinas conectadas, pior desempenho; Implementação física: cabo coaxial e conectores BNC. ANEL (RING) Placas de redes ativas: recebe e transmite; Uma máquina com problemas afeta o funcionamento das demais; Geralmente são construídos dois anéis: redundância. ESTRELA (STAR) Interfaces passivas, pode usar broadcast; Todos os dados transmitidos passam pelo nó central (núcleo da rede). MALHA (MESH) Todos os computadores se ligam diretamente e independente a todos os outros; Redundância (Total = Full Mesh); Implementação muito cara; Utilizada em backbones de rede. ÁRVORE (TREE) Composta por vários níveis hierárquicos; Suas ramificações tendem a convergir para uma raiz; isenta de loops; Exemplo: PSTN (Telefonia tradicional). HÍBRIDA Composição das Outras Exemplo: Internet TOPOLOGIAS FÍSICAS E LÓGICASSão mapas representativos de uma rede segundo uma determinada perspectiva: Topologia Física: mapeia a posição dos ativos de rede juntamente com o percurso físico dos cabos (mesmo que desabilitados) que os interligam. Topologia Lógica: mapeia o efetivo percurso da informação através da rede. Canais desabilitados não são considerados por esta topologia. Atenção: Quando o enunciado é omisso, deve-se considerar a Topologia Física!

Tipos de Serviços

QUANTO À CONEXÃOOrientados e Não-Orientados.QUANTO À CONFIABILIDADEConfiáveis (Confirmados) e Não-Confiáveis (não-confirmados).Atenção: “Orientação à Conexão” e “Confiabilidade” são características INDEPENDENTES!SERVIÇOS ORIENTADOS À CONEXÃO Baseia no sistema telefônico e conhecidos como CIRCUITOS; Funciona como um tubo: o transmissor empurra bits em uma extremidade e estes são recebidos pelo receptor na outra extremidade; Quando uma conexão é estabelecida, o transmissor, o receptor e a sub-rede conduzem uma negociação. SERVIÇOS NÃO ORIENTADOS À CONEXÃO Baseia no sistema postal e conhecidos como DATAGRAMA; Cada mensagem carrega os endereços origem e destino completos e cada uma delas é roteada (encaminhada) através do sistema, independente das outras; Não há compromisso com a ordem de chegada. SERVIÇOS CONFIÁVEIS O receptor confirma o recebimento de cada mensagem, de modo que o transmissor se certifique de que ela chegou. O processo de confirmação introduz sobrecarga e retardos, que frequentemente valem a pena, mas às vezes são indesejados. SERVIÇOS NÃO CONFIÁVEIS Não há confirmação do recebimento. Sem a sobrecarga da confirmação, tendem a ser mais ágeis. Normalmente utilizados em aplicação que rodam em Tempo Real

DIREÇÃO DA COMUNICAÇÃO SIMPLEX – Unidirecional (ex: Rádio AM/FM, TV Aberta); HALF DUPLEX – Bidirecional Não Simultânea (ex: Walkie Talkie, rádio amador); FULL DUPLEX – Bidirecional Simultânea (ex: telefonia fixa, telefonia móvel).

Modelo OSI

OSI (Open Systems Interconnection), ou Interconexão de Sistemas Abertos, é um conjunto de padrões ISO relativo à comunicação de dados; Um sistema aberto é um sistema que não depende de uma arquitetura específica; Nunca foi implementado plenamente; Principal Referência Teórica.

Camada Física Transmite um fluxo de bits pelo meio físico. É totalmente orientada a hardware e lida com todos os aspectos de estabelecer e manter um link físico entre dois computadores. Define como o cabo é ligado ao NIC. Por exemplo, ele define quantos pinos o conector tem e a função de cada um. Além disso, define também qual técnica de transmissão será usada para enviar os dados através do cabo. Fornece codificação de dado e sincronização de bit. Camada de Enlace Estabelecer a conexão entre dois dispositivos físicos compartilhando o mesmo meio físico. Detectar e corrigir erros que porventura venham a ocorrer no meio físico, garantindo assim que os frames sejam recebidos corretamente. Apresentar um canal de comunicação (camada física) “livre de erros” para a camada de Redes. Controlar os impulsos elétricos que entram e saem do cabo de rede. Ex. Protocolo CSMA-CD Camada de Rede Sua tarefa principal é endereçar os pacotes para o computador destino; Determinar qual a “melhor” rota, baseado em: condições de rede, prioridade de serviço e outros fatores; Não se preocupa com a confiabilidade da comunicação, até porque isso já faz parte da camada de transporte; Traduz endereços lógicos em endereços físicos (ARP); Gerência problemas de tráfego em uma rede (ICMP). Ex. Protocolo IP Camada de Transporte Garante que os pacotes cheguem ao destino “livre de erros”: sem perdas ou duplicações e em sequência; Fornece, portanto, uma comunicação fim-a-fim confiável; Essa confiabilidade se dá através de sinais de reconhecimento ACK enviadas entre as partes; Fornece também controle de fluxo; Existe uma similaridade entre as funções da Camada de Transporte (fim-a-fim) e as da Camada de Enlace (host-a-host). Camada de Sessão Permite a duas aplicações que estão em computadores diferentes, abrir, usar e fechar uma conexão, chamada sessão; Uma sessão nada mais é que um diálogo muito bem estruturado entre dois computadores; Cabe a essa camada gerenciar esse diálogo por meio de reconhecimento de nomes e outras funções, tais como, segurança, que são necessárias a comunicação de duas aplicações pela rede; Essa camada também implementa controle de diálogo entre processos, determinando quem transmite, quando e por quanto tempo. Camada de Apresentação Define o formato para troca de dados entre computadores. Pense nessa camada como um tradutor. Quando sistemas dissimilares precisam se comunicar, uma tradução e re-ordenação de byte devem ser feitas; Ela é responsável por: Tradução de protocolos; Criptografia; Compressão de dados; Entre outras tarefas. Camada de Aplicação Estabelece comunicação entre os usuários; Fornece serviços básicos de comunicação. Serve com uma janela em que os processos da aplicação podem acessar os serviços de rede. Entre os aplicativos que trabalham nessa camada, poderíamos citar: FTP, http, Telnet, SMTP, etc. Dica: Tem porta (TCP ou UDP), então o protocolo pertence à camada de aplicação.

PROTOCOL DATA UNIT (PDU) Descreve um bloco de dados que é transmitido entre duas instâncias da mesma camada. Cada camada recebe a PDU da camada superior como um bloco de dados, adiciona seus cabeçalhos (e em alguns casos, rodapés) de controle, criando a sua própria PDU, num processo chamado de encapsulamento. Em algumas camadas, são dados nomes especiais para as PDUs: Camada física: "Bit“ ou “Byte”; Camada de enlace: "Quadro“ ou “Frame”; Camada de rede: "Pacote"; Camada de transporte: "Segmento” (≠ Cabeamento); Nas camadas de Sessão, Apresentação e Aplicação, PDUs são chamadas genericamente de "dados" ou "mensagens". As PDU´s recebem a mesma denominação nas camadas correspondentes do Modelo TCP/IP.DATAGRAMA não é PDU e sim um tipo de Serviço prestado pelo IP.ATENÇÃO! É comum o uso do termo "Pacote" para todas as informações trocadas numa rede, muito embora “Pacote” corresponda especificamente ao PDUs de camada 3 (Rede).

Modelo TCP/IP

TCP e IP: protocolos principais da pilha Os protocolos são abertos e independentes de hardware ou software. Sistema comum de endereçamento. Roteável. Robusto. Escalável Padrão “de Fato” da Internet

OSI Referência Teórica; 7 Camadas; Camada de Redes: Com Conexão e Sem Conexão; Camada de Transporte: Com Conexão; TCP / IP Padrão de Fato; 4 Camadas*; Camada de Redes: Sem Conexão (IP); Camada de Transporte: Com Conexão (TCP) e Sem Conexão (UDP).

Interconexão

DISPOSITIVOS DE INTERCONEXÃO NIC; Hub/Repeater; Bridge/Switch; Router; Gateways. PLACA DE REDE (Network Interface Card)Depende do Tipo deTecnologia: Ethernet; Wireless; Tokenring. ENDEREÇO FÍSICO (MAC) está na subcamada MAC da camada de enlace; Ex. 00-C0-9F-67-E4-27; “Único”; 6 pares de Hexadecimais = 48 bits; 1ra Metade Identificação da Empresa; 2da Metade Identificação da Placa; Gravado na ROM da Placa; Emulação de MAC em Roteadores Wireless. REPETIDOR (REPEATER) Trabalham apenas na Camada 1 (Física) do OSI; Usado para aumentar a distância da rede por meio da regeneração de sinais: Analógico - Amplificação e Digital - Restauração; Não há filtragem de pacotes (PDUs); 1 entrada e 1 saída; Transformam Segmentos (físicos) isolados na mesma rede. HUB (Concentrador) Repetidor Multiporta; Também só trabalha na Camada Física; Não há filtragem de pacotes (PDUs); Pega o pacote que entra em uma porta e transmite para todas as outras (menos pela qual ele entrou); Não evita Colisões; Ativos e Passivos (repetem o sinal, ou simplesmente o espalham, respectivamente). Uma MAU TokenRing é basicamente um hub, da mesma forma que o Concentrador FDDIBRIDGES (Pontes) Dispositivo que conecta e passa pacotes entre dois segmentos de rede que usam o mesmo protocolo de comunicação; Mais inteligente do que os repetidores - uma ponte filtrará, encaminhará, ou espalhará (flood) um quadro que entra baseada no endereço MAC do quadro; Trabalha na camada 2; Pode também reforçar o nível do sinal; Usado para Segmentação (Virtual) de LAN. SWITCHES (Comutador) Pense em cada porta do switch com uma bridge multiporta extremamente rápida (comutação em hardware); Trabalha na camada 2; pode filtrar/encaminhar/inundar quadros baseados no endereço de destinho de cada frame; Switches podem rodar em modo full duplex; Freqüentemente usado para microsegmentação de LAN de alta velocidade. BRIDGES E SWITCHESSemelhanças Não compartilha a banda entre os diálogos na rede; Cada porta é um Domínio de Colisão; Cria uma tabela de endereços MAC; Manda o pacote apenas para o destino desejado. DiferençasBridges Duas Portas; Comutação por Software; Segmentação (Um hub em cada porta, ainda há colisão). Switches Multiportas; Comutação por Hardware; Microsegmentação: Eliminação de Colisões e dos protocolos de tratamento, possibilidade de usar Full Duplex. Cascateamento Conectar HUB/Switches por meio de Portas com a mesma velocidade das outras; Crossover = Uplink (“falso”); Limite de 4 repetidores no Cabeamento Estruturado. Uplink (Real) Conexão é feita por meio de uma Porta Padrão de maior velocidade; Os switch mantém a sua identidade; Quem vai limitar é o desempenho do Domínio de Broadcast. Empilhamento Conexão é feita por meio de uma Porta Proprietária de maior velocidade; Vários dispositivos comportam-se como um só; Normalmente até 6 dispositivos, mas depende do fabricante. ROTEADOR Trabalha precipuamente na camada 3; Usado para interligar redes distintas; Faz o roteamento através dos endereços IP (endereço Lógico); Montam tabelas com IP: as tabelas de roteamento; Usa várais métricas para determinar o “melhor” caminho ao longo do qual o tráfego de rede deve fluir; Filtra/encaminha pacotes através do endereço de rede; Roteadores freqüentemente conectam múltiplos tipos de tecnologia de LAN, e tecnologia de LAN/WAN. GATEWAY Computador ou material dedicado que serve para interligar duas ou mais redes que usem protocolos de comunicação internos diferentes, OU, computador que interliga uma rede local à Internet (é, portanto, o nó de saída para a Internet); Necessário para o acesso à internet; Isolam Broadcast*; Os gateways mais famosos são os de Transporte e os de Aplicação. DOMÍNIOS DE COLISÃOÉ um termo Ethernet usado para descrever um conjunto de dispositivos de rede em que um dispositivo particular envia um pacote num segmento de rede, forçando todos os outros dispositivos que estão no mesmo segmento prestarem atenção a ele.O Hub, por ser apenas um domínio de Colisão (mesmo barramento), fatalmente acaba dividindo a banda disponível entre os diálogos entre as máquinas. Ex: 1 Par de Máquinas: 100 Mbps, 2 Pares de Máquinas: ~50 Mbps/par... Switches isolam o tráfego, garantido assim a banda total para cada diálogo. Isso se dá por meio de um emaranhado de barramentos internos chamado “Backplane”. Sendo assim, cada porta do switch é um Domínio de Colisão. Ex: 1 Par de Máquinas: 100 Mbps, 2 Pares de Máquinas: 100 Mbps /par... Pontos de Acesso tem dois domínios de colisão, um para o lado wired e outro para o lado wireless. DOMÍNIOS DE BROADCAST (OU DIFUSÃO) É definido por um conjunto de todos os dispositivos na rede que ouvem os mesmos broadcasts (de camada 3) nela enviados; Isolam Broadcast: Roteadores e Vlans Cada porta do roteador é um domínio de broadcast.