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Edson Aguilera-Fernandes Protocolos de redes Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Jeane Passos de Souza – CRB 8a/6189) Aguilera-Fernandes, Edson Protocolos de redes / Edson Aguilera-Fernandes. – São Paulo : Editora Senac São Paulo, 2020. (Série Universitária) Bibliografia. e-ISBN 978-65-5536-144-5 (ePub/2020) e-ISBN 978-65-5536-145-2 (PDF/2020) 1. Rede de computadores 2. Arquitetura de redes 3. Protocolo de redes : Comunicação I. Título. II. Série. 20-1140t CDD – 004.6 BISAC COM043040 Índice para catálogo sistemático: 1. Rede de computadores : Protocolos de redes 004.6 M at er ia l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Edson Aguilera-Fernandes PROTOCOLOS DE REDES M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Administração Regional do Senac no Estado de São Paulo Presidente do Conselho Regional Abram Szajman Diretor do Departamento Regional Luiz Francisco de A. Salgado Superintendente Universitário e de Desenvolvimento Luiz Carlos Dourado M at er ia l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Editora Senac São Paulo Conselho Editorial Luiz Francisco de A. Salgado Luiz Carlos Dourado Darcio Sayad Maia Lucila Mara Sbrana Sciotti Jeane Passos de Souza Gerente/Publisher Jeane Passos de Souza (jpassos@sp.senac.br) Coordenação Editorial/Prospecção Luís Américo Tousi Botelho (luis.tbotelho@sp.senac.br) Márcia Cavalheiro Rodrigues de Almeida (mcavalhe@sp.senac.br) Administrativo João Almeida Santos (joao.santos@sp.senac.br) Comercial Marcos Telmo da Costa (mtcosta@sp.senac.br) Acompanhamento Pedagógico Otacília da Paz Pereira Designer Educacional Diogo Maxwell Santos Felizardo Revisão Técnica Sérgio Tavares Coordenação de Preparação e Revisão de Texto Texto Luiza Elena Luchini Preparação e Revisão de Karinna A. C. Taddeo Projeto Gráfico Alexandre Lemes da Silva Emília Corrêa Abreu Capa Antonio Carlos De Angelis Editoração Eletrônica Sidney Foot Gomes Ilustrações Sidney Foot Gomes Imagens iStock Photos E-pub Ricardo Diana Proibida a reprodução sem autorização expressa. Todos os direitos desta edição reservados à Editora Senac São Paulo Rua 24 de Maio, 208 – 3o andar Centro – CEP 01041-000 – São Paulo – SP Caixa Postal 1120 – CEP 01032-970 – São Paulo – SP Tel. (11) 2187-4450 – Fax (11) 2187-4486 E-mail: editora@sp.senac.br Home page: http://www.livrariasenac.com.br © Editora Senac São Paulo, 2020 M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Capítulo 1 Evolução das redes de computadores, 7 1 Redes de computadores, 8 2 Serviços, benefícios e custos das redes, 10 3 Modelo cliente-servidor, 15 4 Redes LAN, MAN, WAN, 18 Considerações finais, 20 Referências, 20 Capítulo 2 Arquitetura de redes, 21 1 Topologia de redes, 22 2 Modelo hierárquico ou de camadas, 31 3 Pilhas TCP/IP, 33 Considerações finais, 38 Referências, 38 Capítulo 3 Meios de comunicação, 39 1 Cabos metálicos, 40 2 Cabos ópticos, 44 3 Ondas eletromagnéticas, 47 4 Micro-ondas e satélites, 49 Considerações finais, 51 Referências, 51 Capítulo 4 Comunicação e protocolos de redes, 53 1 Regras de comunicação, 54 2 Padrões e protocolos de redes, 59 3 Transferência de dados na rede, 62 Considerações finais, 66 Referências, 67 Capítulo 5 Protocolos IPv4 e IPv6, 69 1 Endereços IPv4, 70 2 Endereços IPv6, 75 3 Pilha de protocolos IPv4 × IPv6, 79 Considerações finais, 82 Referências, 82 Capítulo 6 Protocolos de camada de aplicação, 85 1 Protocolos de acesso remoto Telnet e SSH, 86 2 Protocolos de e-mail SMTP e POP, 89 3 DNS, FTP e HTTP, 91 Considerações finais, 97 Referências, 97 Capítulo 7 Inovação na arquitetura internet, 101 1 Desafios da arquitetura TCP/IP, 102 2 Estratégias de inovação, 105 3 Protocolo Bluetooth, 108 Considerações finais, 112 Referências, 113 Capítulo 8 Criando uma pequena rede, 115 1 Projeto de rede, 116 2 Segurança de rede, 122 3 Desempenho básico de rede, 124 Considerações finais, 129 Referências, 130 Sobre o autor, 133 Sumário 6 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . M at er ia l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . 7 M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Capítulo 1 Evolução das redes de computadores O tema principal deste capítulo é a grande importância das redes de computadores como agentes de materialização das transformações digitais da nossa sociedade. Faremos um breve resumo da evolução das redes até chegar às re- des atuais de alta velocidade, descrevendo os tipos de serviços existen- tes e uma análise da relação de custo-benefício. Depois, apresentaremos dois conceitos básicos que serão importan- tes para a compreensão dos demais capítulos. O primeiro consiste no modelo cliente-servidor historicamente adotado para a implementação dos serviços de rede; o segundo é o critério de classificação de redes com base na abrangência geográfica da comunicação, compreendendo redes pessoais, locais, metropolitanas e de longa distância. 8 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . 1 Redes de computadores Você estaria disposto a viver a partir de hoje num mundo sem redes de computadores? Provavelmente não, porque deixaria de consultar qual o melhor trajeto para chegar ao trabalho ou a previsão do clima antes de sair de casa, não assistiria mais às suas séries preferidas com a facilidade dos serviços de streaming de vídeo, não trocaria mensa- gens com tantos grupos nas redes sociais ao mesmo tempo e não pa- garia mais as suas contas via internet banking. Esses e muitos outros serviços que utilizamos tão frequentemente no nosso dia a dia só são possíveis graças ao desenvolvimento da tecnologia de redes de compu- tadores, que começou anos atrás. Foi na década de1960 que quatro universidades americanas criaram a primeira rede de computadores para atender a uma demanda de projeto militar do governo dos Estados Unidos, denominada Arpanet (LUKASIK, 2011). Nos anos 1970, ela deu origem a um projeto ambicioso que re- sultaria, na década seguinte, na implementação dos primórdios da infra- estrutura do que hoje conhecemos como internet, a rede das redes de computadores. O mundo mudou muito da década de 1970 até os dias atuais, prin- cipalmente em relação ao comportamento das pessoas numa socie- dade sob forte influência das tecnologias digitais, como a internet, a computação em nuvem, a inteligência artificial e a computação mó- vel. Passamos a planejar menos e nos tornamos mais imediatistas: o lanche ou o almoço de hoje estão apenas a um click de distância, guardamos menos informações na memória, na expectativa de que a internet sempre atenderá rapidamente à nossa demanda com informa- ções corretas e nunca conflitantes entre si. Fotos e vídeos nos perfis de aplicativos de relacionamento contam mais o que queremos que os outros pensem de nós e menos sobre como nos vemos de fato. 9Evolução das redes de computadores M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Essa transformação digital, que é um movimento em curso e com rápida aceleração, tem nas redes de computadores um dos seus prin- cipais pilares, integrando dispositivos móveis de baixo custo e alta ca- pacidade de processamento, como celulares e relógios inteligentes, que alimentam com grande quantidade de dados os algoritmos de inteligên- cia artificial – executados agora em nuvens – com capacidade infinita de processamento e armazenamento. Enquanto acompanhamos a implantação da tecnologia 5G para ce- lulares em todo mundo, já podemos perceber o grande impacto que a comunicação onipresente e de alta velocidade trará para a sociedade em curto prazo, planificando o caminho para o desenvolvimento de ci- dades inteligentes, veículos autônomos, robôs autônomos e realidade virtual aumentada. Redes FTTH, constelações de satélites LEO e redes definidas por software são tecnologias desenvolvidas para atender a essas necessidades. PARA SABER MAIS • Rede de fibra para o lar (FTTH – fiber-to-the-home): é uma tecnolo- gia de interconexão direta de residências por meio de fibras ópticas, possibilitando alta velocidade de comunicação simétrica (mesma velocidade de envio e recebimento de dados). • Satélite de órbita baixa (LEO – low earth orbit): oferece comunica- ção via satélite com tempos de resposta pequenos (baixa latência) e com baixo custo, que viabiliza a ampla cobertura a partir da insta- lação de dezenas de unidades (constelações). • Rede definida por software (SDN – software-defined networking): é uma tecnologia definida para elevar o nível de desempenho e mo- nitoração, criando uma camada de virtualização dos elementos de rede que desvincula o plano de controle (inteligência da rede) do pla- no de dados (encaminhamento de pacotes), possibilitando a criação de programas que estabelecem as rotas de comunicação com base em funções lógicas mais sofisticadas. 10 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . 2 Serviços, benefícios e custos das redes Um serviço de rede consiste em uma aplicação executada em cada elemento (nó) da rede, trocando informações por intermédio de um meio de propagação (comunicação) para gerar um determinado resul- tado esperado. Cada serviço tem seu valor determinado pelas funcionalidades es- pecíficas oferecidas considerando o ponto de vista do usuário da rede. O sucesso ou o fracasso de um serviço depende dos detalhes de con- cepção e implementação, como: para que foi criado? Qual a sua utili- dade prática e qual a relação custo de operação versus benefício da utilização? Todo serviço se desenvolve dentro de um determinado ciclo de vida, que compreende os elementos indicados na figura 1. Figura 1 – Ciclo de vida de um serviço de rede Percepção da necessidade Concepção da solução dentre as estratégias adotadas Proposição e aprovação da melhor alternativa Implementação e validação do serviço Execução no ambiente de produção Revisão periódica para manutenção ou melhoria Descontinuação do serviço Muitos serviços de rede foram criados e já não são mais utilizados, por causa de mudanças tecnológicas, falta de suporte dos fabricantes ou aparecimento de soluções mais eficientes para os problemas endereça- dos. É um campo de atividade dinâmico e sujeito a grandes inovações. 11Evolução das redes de computadores M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Podemos classificar os serviços de rede em três categorias: • Aplicações: oferecem uma interface direta para intera- ção com o usuário final. • Operacionais: garantem o funcionamento da rede, iden- tificando e recuperando falhas automaticamente, redire- cionando fluxos de mensagens e alocando recursos de comunicação segundo as flutuações de demanda. • Administrativos: permitem o monitoramento pelos ad- ministradores de recursos da rede, de maneira a garantir os níveis esperados de eficácia e eficiência da comuni- cação, assim como efetivo tratamento de incidentes e uma boa relação de custo-benefício da rede. Quadro 1 – Exemplos de serviços de rede por categoria Navegador web. Navegador de redes sociais. Execução de processamento distribuído na rede. APLICAÇÕES Execução remota de comandos e programas. Administração de bases de dados distribuídas. Sistemas de arquivos remotos. Serviço de presença com base na localização. Transmissão de streaming de voz e vídeo. (cont.) 12 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Roteamento de mensagens entre redes. Alocação dinâmica de endereços de rede. Difusão de mensagens para múltiplas redes. Distribuição de carga de processamento. Alocação de memória e processamento. OPERACIONAIS Controle de roteamento em sistemas móveis. Conversão de nomes em endereços de rede. Sincronização automática de relógios. Segurança das mensagens na rede. Priorização de tráfegos específicos na rede. Autenticação de nós da rede. Controle de tráfego de rede. Registros de eventos/incidentes. ADMINISTRATIVOS Testes de funcionamento. Controle de funcionalidades em equipamentos. Controle de inventário de rede. A concepção de um serviço de rede deve levar em consideração di- versos requisitos e restrições que precisam ser atendidos. Demanda uma conjunção de diferentes habilidades, desde a proposição técnica precisa e a comprovação de resultados experimentais, passando pelas 13Evolução das redes de computadores M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. articulações políticas no ambiente acadêmicoe empresarial, até o en- dereçamento de questões de marketing e propaganda. O quadro 2 descreve algumas restrições que afetam os serviços de rede. Quadro 2 – Restrições que podem afetar os serviços de rede REQUISITOS/RESTRIÇÕES EXEMPLOS Físicos Velocidade de propagação, atenuação dos sinais e ruído do meio físico. Tecnológicos Capacidade de processamento e memória dos equipamentos, sensibilidade da interface com o meio. Econômicos Custos de desenvolvimento e implantação, custo de interface com o meio e royalties. De qualidade Requisitos de segurança da comunicação, disponibilidade da rede e confiabilidade da comunicação. De mercado Nível de compatibilidade com outros fornecedores, presença no mercado e experiência do usuário. O tempo também é um fator importante a ser considerado. Muitas entidades sem fins lucrativos, associações de fabricantes e centros de pesquisa acadêmica congregam o trabalho voluntário de diferentes pro- fissionais, não raro ao longo de muitos anos, para que a concepção de um serviço de rede seja implementada em um chip e chegue aos usu- ários finais com custo competitivo. É o caso do Bluetooth Low Energy (Bluetooth 5.0 ou BLE1, como é conhecido) para dispositivos de IoT2, 1 BLE (Bluetooth low energy), ou Bluetooth de baixa energia em português, é uma tecnologia que reduz o gasto de energia da comunicação para até 10% do gasto convencional, já que o dispositivo fica a maior parte do tempo no modo inativo (sleep), até voltar a se comunicar por um tempo de apenas poucos milissegundos. 2 IoT (internet of things), ou internet das coisas em português, refere-se a um sistema de sensores inteligentes conectando o mundo físico à internet. 14 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . que começou a ser desenhado em 2001 e que atingiu um alto nível de maturidade apenas em 2016. A opção por um determinado serviço também envolve uma análise criteriosa para escolha da solução de melhor relação custo-benefício. Analisemos a implantação de uma rede de computadores num es- critório. Podemos escolher entre a implementação de uma rede com fio (chamada de rede cabeada ou wired) ou sem fio (chamada de wireless). No quadro 3, apresentamos prós e contras de cada uma das soluções. Quadro 3 – Comparativo entre redes com fio e sem fio REDE COM FIO REDE SEM FIO Maior velocidade de comunicação. Menor custo de implantação. S Menor atraso de início de comunicação (latência). Maior flexibilidade para crescimento. P R Ó Menor interferência de fontes de ruído Facilidade de conexão com visitantes. eletromagnético. Flexibilidade para mudanças frequentes de Menores riscos de segurança. layout. Limitação da velocidade de comunicação. A S Maior custo de implantação. Maior atraso de início de comunicação N R Menor flexibilidade para crescimento. (latência). C O T Maior dificuldade de conexão com visitantes. Maior interferência de fontes de ruído Maior rigidez quanto a mudanças de layout. eletromagnético. Maiores riscos de segurança. Para a conexão de computadores de alta capacidade, como estações gráficas de projeto ou servidores de rede, a solução com fio parece ser a mais adequada, privilegiando o desempenho (velocidade, integridade, baixa latência) da rede em detrimento de um custo maior de instalação. Em ambientes com alto ruído eletromagnético, como em hospitais ou indústrias, as redes cabeadas geralmente são a melhor opção. Redes em que trafeguem informações de alta sigilosidade também indicam a necessidade de cabeamento, dificultando invasões e vazamento de informações. 15Evolução das redes de computadores M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Para um ambiente de escritório com mudanças frequentes de layout das posições de trabalho, interligando celulares, notebooks e desktops convencionais, as redes sem fio são as mais recomendadas, pois de- mandam um menor investimento e são mais flexíveis. O monitoramen- to do tráfego, a troca frequente de senhas de acesso, a atualização re- gular de softwares de comunicação e a redução da área de cobertura são medidas suficientes para atender aos níveis de segurança mínimos de operação de redes sem fio em escritórios convencionais. PARA SABER MAIS As redes de computadores nas empresas utilizam diferentes tecnologias e oferecem serviços variados, inclusive com mudanças ao longo do tem- po de vida da empresa, decorrentes de flutuações de demanda do mer- cado ou variações no número de colaboradores e terceiros, por exemplo. 3 Modelo cliente-servidor Concebido na década de 1960, o modelo cliente-servidor mostrou-se particularmente simples e eficiente para a implementação de serviços de rede, sendo até hoje largamente adotado para compartilhamento de recursos distribuídos (FOROUZAN, 2010). Ele é composto por um ou mais clientes que utilizam recursos de processamento, memória ou informações compartilhadas por um ser- vidor. O compartilhamento é feito, em geral, via rede de computadores, mas pode haver casos em que o cliente e o servidor estejam situados no mesmo equipamento. Nesse modelo, os clientes não compartilham nada com o servidor, apenas enviam uma solicitação e recebem uma resposta gerada pelo servidor. Por sua vez, o servidor que recebe a solicitação de um cliente 16 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . gera o respectivo resultado, utilizando seus próprios recursos, e devolve a resposta para o cliente. O cliente é que tem a iniciativa de enviar a soli- citação. O servidor fica continuamente no modo de espera, aguardando a chegada da solicitação. Figura 2 – Diagrama esquemático do modelo cliente-servidor Fonte: adaptado de Parziale (2006). NA PRÁTICA Tomemos como exemplo um serviço de internet banking, em que o na- vegador web do usuário assume o papel de cliente e o computador do banco assume o papel de servidor. Quando o usuário deseja saber o sal- do, o seu navegador envia, como cliente, uma solicitação para o servidor do banco. O servidor recebe a solicitação, identifica o valor do saldo da- quele usuário no seu banco de dados, utilizando seus próprios recursos computacionais, e, por fim, devolve o valor para o navegador do usuário. Como o servidor pode oferecer simultaneamente diferentes serviços para os clientes, convencionou-se que cada serviço será alocado em TCP/IP TCP/IP Resposta Servidor TCP/IP Cliente A Cliente B . . . Cliente C Solicitação Rede de computadores 17Evolução das redes de computadores M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. uma porta lógica (port em inglês), identificada por um número espe- cífico fixo, preestabelecido por consenso, de conhecimento mútuo de clientes e servidores. Esse número pode assumir o valor de 1 a 65535. Por exemplo, a porta 80 é usada para o serviço de páginas web, en- quanto a porta 25 está reservada para envio de e-mailse as portas 20 e 21 são usadas para transferência de arquivos. Na solicitação enviada pelo cliente, consta o número da porta, isto é, a identificação do servi- ço que está sendo requisitado do servidor, juntamente com as demais informações complementares necessárias para a geração do resultado devolvido ao cliente. O quadro 4 apresenta vantagens e desvantagens do modelo cliente- -servidor usado na implementação de serviços de rede. Quadro 4 – Vantagens e desvantagens do modelo cliente-servidor VANTAGENS DESVANTAGENS Recursos computacionais compartilhados do servidor absorvem picos de processamento isolados dos clientes. O servidor pode ser instalado em ambiente controlado e continuamente monitorado, para rápida solução de problemas. Aumento da capacidade do servidor para acompanhar a demanda beneficia a todos os clientes. Os clientes podem ser computadores de menor custo porque o processamento pesado é realizado no servidor. O tráfego na rede física compartilhada pode aumentar o tempo de resposta do servidor. Existe a necessidade de instalar vários servidores duplicados para evitar que sejam um ponto crítico de falha, afetando a todos os clientes. Comunicação entre cliente e servidor cria vulnerabilidade de segurança, que pode ser explorada por um atacante com acesso aos dados trafegados na rede. Fonte: adaptado de Comer (2015). Observe que o servidor precisa identificar quem é o cliente de cada solicitação recebida para retornar corretamente o resultado. Inclusive, precisa assegurar-se que o cliente é realmente quem se declara ser, para, dessa forma, evitar fraudes ou erros de processamento e comunicação. 18 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Alguns serviços procuram agilizar o processamento das requisições quando solicitadas com frequência por um cliente específico ao servidor, implementando o conceito de sessão. Uma sessão persiste por um de- terminado período de tempo interligando cliente e servidor, como se fos- se um canal virtual. Inicialmente, o cliente solicita ao servidor a criação da sessão, que, uma vez estabelecida, permite que as solicitações sejam enviadas e os respectivos resultados sejam recebidos um a um. Cada solicitação enviada pelo cliente contém uma identificação da sessão já aberta, o que facilita o direcionamento do servidor para o seu tratamen- to adequado. Quando não houver mais solicitações, o cliente encerra a sessão com o servidor. O servidor também pode decidir encerrar uma sessão caso fique inativa além de um tempo específico. PARA PENSAR Quais poderiam ser os problemas de segurança de um serviço de rede que utiliza o conceito de sessão? Quais controles poderiam ser imple- mentados para evitar esses problemas? 4 Redes LAN, MAN, WAN As redes de computadores podem ser classificadas segundo as suas diferentes características, como área de cobertura, topologia, tipo de serviços, meio de comunicação ou protocolos de comunicação adotados. Com relação à sua área de cobertura, compreendem (TANENBAUM, 2011): • PAN (personal area network): são redes domésticas de curto alcance, normalmente sem fio, que cobrem até 10 metros de 19Evolução das redes de computadores M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. comprimento, conectando computadores pessoais, celulares e dispositivos como impressoras e caixas de som. • LAN (local area network): são redes locais que utilizam cabos como meio de transmissão, geralmente alcançando cerca de 100 metros de comprimento para atender escritórios ou pequenos edifícios. WLAN (wireless local area network) são redes locais sem fio, com alcance também de no máximo 100 metros. • MAN (metropolitan area network): as redes metropolitanas es- tendem-se por grandes áreas, como de uma cidade inteira, e ofe- recem alta taxa de comunicação ponto a ponto e taxas de erro baixas, utilizando cabos de fibra óptica ou de cobre. WMAN (wire less metropolitan area network) são redes metropolitanas sem fio, como as redes de celulares. • WAN (wide area network): são redes de longo alcance, cobrindo centenas de quilômetros e interligando até continentes. Podem utilizar como meio de comunicação os cabos de fibra óptica ou os links de micro-ondas entre antenas terrestres ou via satélite, quando são chamadas de WWAN (wireless wide area network). A área de cobertura de uma rede impacta diretamente as caracte- rísticas estruturais e operacionais das redes. A propagação das men- sagens na comunicação é limitada por questões físicas do meio, como atenuação dos sinais eletromagnéticos, ruído e outras interferências. Analisando a história de evolução das redes de computadores, concluímos que, mesmo com todas as dificuldades, os projetistas sempre encontraram maneiras de contornar os problemas existentes e tirar proveito das características físicas e tecnológicas disponíveis na sua época. 20 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Considerações finais Este capítulo abordou a evolução das redes de computadores até chegar nos dias atuais, em que a sociedade se tornou dependente dos serviços digitais para executar as tarefas mais simples do cotidiano. Dois conceitos-chave foram abordados e servirão de base para o entendimento dos capítulos posteriores: um é o do modelo cliente-ser- vidor para implementação de serviços de rede, o outro é o de classifica- ção de redes segundo a extensão da área de cobertura. Referências COMER, Douglas E. Computer networks and internets. 6th ed. Upper Saddle River: Pearson, 2015. FOROUZAN, Behrouz A. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2010. LUKASIK, Stephen J. Why the Arpanet was built. IEEE Annals of the History of Computing, July/Sept., 2011. Disponível em: http://castig.org/wp-content/uplo- ads/2018/09/Why-the-Arpanet-was-built-.pdf. Acesso em: 6 nov. 2019. PARZIALE, Lydia et al. TCP/IP tutorial and technical overview. [S. l.]: IBM Redbooks, 2006. Disponível em: https://www.redbooks.ibm.com/pubs/pdfs/ redbooks/gg243376.pdf. Acesso em: 1 dez. 2019. TANENBAUM, Andrew S.; Wetherall, David J. Redes de computadores. São Paulo: Pearson, 2011. 21 M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Capítulo 2 Arquitetura de redes Este capítulo apresenta as diferentes topologias de uma rede e des- creve o padrão hierárquico em camadas usado na implementação fun- cional em cada nó da rede. Os conceitos de topologia da rede e hierar- quia funcional em camadas são fundamentais para a compreensão dos protocolos de comunicação a serem abordados nos próximos capítulos. Também será descrito o padrão hierárquico TCP/IP, que até hoje é utilizado para implementação de serviços de rede da internet. 22 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ ncia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . 1 Topologia de redes Já aprendemos que uma rede de computadores é formada por um conjunto de equipamentos digitais (computadores, celulares, impresso- ras, etc.) que trabalham interconectados, oferecendo serviços de rede para seus usuários. Os equipamentos são denominados nós da rede (node em inglês), e as conexões são chamadas de links de comunicação. A topologia de uma rede é definida pela maneira como os nós e os links estão organizados. Historicamente, as topologias e as tecnologias de transmissão de sinais digitais sempre se influenciaram mutuamente. Podemos referir-nos à topologia de uma rede do ponto de vista físi- co ou lógico. Na topologia física, temos a identificação da localização física de dispositivos intermediários e a instalação de cabos (figura 1). Ela descreve como os equipamentos, os cabos ou as antenas de tele- comunicação estão organizados para a troca de mensagens, da qual se extrai o layout físico da rede. Há uma ampla gama de equipamentos que são conectados em nós físicos, como computadores, roteadores, repetidores, modems e firewalls. Para quem trabalha em instalação e manutenção de redes, conhecer o layout físico é muito importante. A implementação física de uma rede demanda a instalação de equipa- mentos e cabos, armários e dutos de passagem. 23Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Figura 1 – Topologia física Rack 2 Prateleira 1SRV1 S2 R2 R1 R3 SRV2 ISP S1 PC2 S3 PC1 PC3 Ethernet-S1-PC1 Escritório de vendas (filial remota) Wiring closet A Rack 1 Prateleira 3 Servidor da WEB/TFTP Ethernet-R2-SRV1 Prédio A (escritório principal) T1-R2-ISP (alugado) Nuvem de frame relay T1-R2-R1 (alugado) Rack 1 Prateleira 1 Ethernet-R1-S2Ethernet-R1-S1 Instalação do ISP Servidor WWB (colocalizado no ISP) Ethernet-S2-PC2 Rack 1 Prateleira 3 Rack 1 Prateleira 2 Rm 705Rm 701 Prédio B (engenharia) Rack 1 Prateleira 1 Ethernet-R3-S3 Ethernet-S3-PC3 Rack 1 Prateleira 2 Sala de conferência Wiring closet SWiring closet B Fonte: adaptado de Cisco Network Academy (2018). Já a topologia lógica identifica os dispositivos, as portas e o esquema de endereçamento (figura 2). A visão da organização lógica tem seu foco voltado para as funcionalidades, sem se preocupar com os detalhes físi- cos de implementação. A topologia lógica da rede pode ser alterada por software, a partir das interfaces de configuração e operação dos equipa- mentos. Para um analista que configura e opera redes de computadores, a topologia lógica oferece informações suficientes para o diagnóstico da causa-raiz de um problema de lentidão do tráfego, por exemplo. 24 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Figura 2 – Topologia lógica SRV1 S2 R2 R1 R3 SRV2 ISP S1 PC2 S3 PC1 PC3 Fa0/2 192.168.10.2/24 PC demo Servidor da WEB/TFTP 192.168.20.254/24 192.168.20.1/24 G0/0 209.165.200.225/27 S0/1/0 10.2.2.1/30 DLCI 102 S0/0/1 S0/0/1 209.165.200.226/27S0/0/0 10.1.1.2/30 10.1.1.1/30 S0/0/0 G0/1 192.168.11.1/24 G0/0 192.168.10.1/24 Instalação do ISP Servidor da WEB/TFTP 209.165.201.30/27 Fa0/2 192.168.11.2/24 Fa0/1Fa0/1 192.168.11.10/24192.168.10.10/24 Admin. G0/0 192.168.30.1/24Fa0/1 Fa0/2 192.168.30.2/24 192.168.30.10/24 Escritório de vendas (Londres) DLCI 304 10.2.2.2/30 S0/0/1 Prédio B Admin. Fonte: adaptado de Cisco Network Academy (2018). Apresentamos, a seguir, cinco topologias básicas de rede e suas res- pectivas características (FOROUZAN, 2010). NA PRÁTICA Uma rede de computadores no mundo real, implantada numa residência ou num escritório, por exemplo, tem sua topologia formada pela combi- nação dos diferentes tipos aqui apresentados. 25Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. 1.1 Anel A principal característica de uma topologia de rede em anel é a de que cada nó da rede tem acesso direto ponto a ponto apenas aos seus dois nós imediatamente vizinhos, um de cada lado. Para que um nó acesse os demais, é preciso que a comunicação passe necessariamen- te por um dos seus nós vizinhos. Figura 3 –Topologia básica de rede em anel Anel Fonte: adaptado de Forouzan (2010). Cada nó de um anel monitora as mensagens que chegam até ele, processa as informações que tenham o seu endereço específico e as retransmite pelo anel. O tempo de propagação de cada mensagem no meio físico influencia o comprimento máximo do anel, o tamanho má- ximo das mensagens e o número máximo de nós. Para facilitar a imple- mentação, cada nó dispõe de duas interfaces: uma para receber mensa- gens vindas do nó vizinho anterior e outra para enviar mensagens para o nó vizinho posterior. O fluxo de mensagens no anel segue sempre num único sentido, facilitando a identificação de ponto de falha de um nó. Uma vantagem dessa topologia é a de que, para incluir ou eliminar um nó do anel, basta alterar duas conexões. Também é possível ga- rantir o tempo máximo de propagação de uma mensagem limitando o 26 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . número de nós e o tamanho máximo das mensagens. Essa caracterís- tica é particularmente interessante para sistemas com processamento em tempo real ou que transmitam fluxos de vídeo ou áudio, em que atra- sos podem prejudicar significativamente a qualidade das mensagens. Uma das limitações da topologia em anel é que, em caso de falha de apenas um dos nós, todo anel para de funcionar. Um alarme pode ser enviado para o operador da rede para sinalizar a falha no vizinho ante- rior, caso um nó não receba nenhuma mensagem dentro de um período específico. A introdução de uma mensagem de controle de operação do anel circulando continuamente por todos os nós também facilita a iden- tificação de falhas de conexão. Também é possível implementar dois anéis com sentido de comunicação opostos, permitindo o isolamento da falha de um dos nós e a continuidade de operação. 1.2 Malha e conexão total A característica principal da conexão em malha, ou mesh em inglês, é a de que cada nó tem uma conexão ponto a ponto dedicada com um certo número de outros nós da rede. Numa rede com conexão total (fully connected em inglês), cada nó da rede está diretamente conecta- do a todos os demais. Figura 4 – Topologia básica de rede em malha e de conexão total Malha Conexão total Fonte: adaptado de Forouzan (2010). 27Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. O tráfego da comunicaçãoentre dois nós não prejudica a comunica- ção com um terceiro, porque todas as conexões são independentes entre si. Também a falha de um nó não prejudica a rede e pode ser facilmente identificada pelo operador, aumentando seu grau de robustez operacio- nal. A segurança e a privacidade são igualmente privilegiadas, uma vez que o tráfego entre dois nós não pode ser monitorado por um terceiro. A maior desvantagem da topologia em malha é o custo da imple- mentação das conexões caso seja feita por cabos, tanto pelo fato de que a necessidade de passagem de muitos cabos demanda a constru- ção de dutos, bandejas e armários de distribuição, quanto pelo maior número de interfaces de conexão em cada nó. Por essa razão, essa or- ganização só se justifica para a interconexão de poucos equipamentos, como na implementação do núcleo de uma rede de alto desempenho e grande confiabilidade. 1.3 Estrela Em redes com topologia em estrela, um nó específico da rede exerce um papel diferenciado, ficando responsável por estabelecer uma cone- xão central ponto a ponto com todos os demais. Para que dois nós se comuniquem, a mensagem precisa necessariamente passar pelo nó central para alcançar o seu destino. Figura 5 – Topologia básica de rede em estrela Estrela Fonte: adaptado de Forouzan (2010). 28 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . O custo de instalação de uma rede em estrela é menor do que o de uma rede em malha, porque cada nó só precisa ter uma conexão física com o nó central. A inclusão ou a exclusão de um nó também é simplifi- cada, e a identificação de uma falha em um nó específico pode ser feita rapidamente, sem prejudicar a operação do restante da rede. Pensando num serviço de rede implementado no modelo cliente-servidor, em que o servidor assume as funções do nó central, a organização em estrela é naturalmente indicada. A maior desvantagem da organização em estrela está na existên- cia de um ponto único de falha, o nó central. Caso ele deixe de operar, toda a rede será prejudicada. Além disso, o nó central precisa ser imple- mentado com capacidades de processamento e memória suficientes para receber todas as conexões e lidar com a demanda de todos os demais nós simultaneamente. Outra questão é a de que, caso o nó cen- tral tenha a sua segurança comprometida, todos os demais nós ficarão desprotegidos. 1.4 Árvore Numa topologia em árvore, os nós são organizados em níveis hie- rárquicos. Os nós de mais baixo nível interligam-se a um nó superior local por meio de suas respectivas conexões ponto a ponto. Esse nó de interconexão local, por sua vez, vai se conectar a outros de maior nível hierárquico, até que se alcance o nó-raiz, que interconecta todos os nós da rede. Figura 6 – Topologia básica de rede em árvore Árvore Fonte: adaptado de Forouzan (2010). 29Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Nessa organização, cada nó pode acessar qualquer outro. Caso es- tejam no mesmo nível hierárquico, a conexão será feita por meio do nó superior de interconexão local. Caso estejam em níveis distintos, o nó su- perior local repassará as mensagens para os níveis superiores, num fluxo ascendente, que por sua vez vão redirecioná-las para os níveis inferiores de outros ramos da estrutura, agora num fluxo descendente, até que che- guem ao destino esperado. Na organização da internet, é predominante uma estrutura em árvo- re. As redes locais de cada escritório ou residência são interligadas por um nó local que se interconecta a outros externos em nível regional, até chegar ao nó-raiz global. Nesse tipo de rede, é importante que cada nó de conexão entre níveis conheça quais os nós inferiores a ele conectados, em todos os subní- veis. Só assim ele poderá redirecionar mensagens que venham de níveis superiores para um nó em nível inferior no mesmo ramo. Numa rede dinâmica com frequentes alterações, descobrir e manter atualizado esse conhecimento de quais são os nós inferiores e superiores exis- tentes acaba por gerar um tráfego significativo de mensagens só para administração dos serviços de rede. Conheceremos em outros capítu- los como esse endereçamento de nós foi implementado por meio de soluções específicas. 1.5 Barramento A organização dos nós da rede em barramento (bus em inglês) con- sidera que existe um meio comum de comunicação interligando todos os nós da rede. Também é chamada de conexão multiponto, em oposi- ção a uma conexão ponto a ponto, que envolve apenas dois nós. Assim, quando um nó envia uma mensagem para outro, todos os demais cap- tam a mesma mensagem. 30 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Figura 7 – Topologia básica de rede em barramento Barramento Fonte: adaptado de Forouzan (2010). O meio comum de conexão entre todos os nós pode ser um único cabo físico, ao qual cada equipamento se conecta com um adaptador fí- sico. O mesmo cabo interconecta diversos equipamentos numa mesma sala. O custo de uma instalação de uma rede em barramento utilizando cabos é, portanto, muito menor do que o de uma rede em anel ou em malha. A comunicação também pode se dar por meio da propagação de ondas de rádio, no caso de uma rede sem fio. Em ambos os casos, é grande a facilidade de inclusão ou exclusão de nós na rede. Uma das desvantagens de uma rede em barramento é o conflito de comunicação com a sobreposição de mensagens simultaneamente en- viadas por nós distintos. Essa situação, denominada colisão, aumenta a complexidade de identificação das mensagens corrompidas e pode gerar atrasos significativos em redes com elevado tráfego de mensagens. O isolamento de falha em um nó na rede também é dificultado. Um erro de conexão de um equipamento ao cabo ou interferências eletromagnéti- cas externas podem acabar inviabilizando o funcionamento da rede. Nós mais distantes podem sofrer problemas intermitentes de difícil diagnósti- co gerados pela atenuação natural de sinais eletromagnéticos durante a propagação em meios com ou sem fio. 31Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Quadro 1 – Resumo de topologias de rede TOPOLOGIA CARACTERÍSTICA VANTAGEM DESVANTAGEM Anel Cada nó possui duas conexões, uma com o nó vizinho anterior e outra com o nó vizinho posterior. Facilidade de extrair e incluir nós, identificar falha de um anel e garantir o tempo de transmissão máximo. Falha de um nó prejudica toda a rede. Malha e conexão total Cada nó possui uma conexão ponto a ponto com alguns ou todos os demais nós da rede. Tráfego independente entre nós e isolamento de falha de um nó sem afetar os demais. Alto custo de implementação quando utilizando cabos. Estrela Existe um nó central ao qual todos os demais têm uma ligação ponto a ponto. Facilidade de inclusão e exclusão de nós e identificação de falhas é simplificada. Nó central é ponto único de falhae sua capacidade limita o desempenho da rede. Árvore Conexão hierárquica de nós locais com outros nós em ramos distintos. Possibilidade de interligação de todos os nós, com mensagens percorrendo diferentes ramos da árvore. Esforço de atualização do mapa de nós em níveis inferiores e superiores, para tomada de decisão sobre encaminhamento de mensagens. Barramento Meio comum onde uma mensagem enviada por um nó é simultaneamente recebida por todos os demais. Facilidade de inclusão e exclusão de nós e baixo custo de implementação. Conflito de mensagens enviadas ao mesmo tempo por vários nós, dificuldade de identificação de falhas. 2 Modelo hierárquico ou de camadas Nós usamos o modelo de camadas em diversas situações do nos- so dia a dia. Caso você viaje para participar de uma palestra em outra cidade, por exemplo, seu foco inicialmente estará no trânsito local e na escolha da melhor estrada para chegar o quanto antes aonde deseja. Já na cidade de destino, o deslocamento pelas avenidas e a entrada no estacionamento do centro de convenções ganham sua atenção. Até que o nome do auditório e o horário da apresentação passem a ser as 32 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . informações mais relevantes quando o evento estiver próximo de come- çar. Em cada etapa, seu foco ajusta-se para a execução de uma ativida- de específica. As etapas estão encadeadas e o sucesso final depende do sucesso em todas as etapas intermediárias. O modelo de camadas foi uma escolha natural para a implementa- ção da comunicação em cada nó de uma rede (KUROSE; ROSS, 2013). Ele facilita a divisão de um problema complexo em etapas distintas (camadas) e permite a padronização das atividades desenvolvidas em cada uma delas, sem elevar o nível de rigidez do conjunto. A implemen- tação do processamento das informações em cada camada independe das demais (modularização), simplificando testes de validação. É pre- ciso garantir apenas uma descrição objetiva do tipo e do formato das informações na entrada e na saída da camada, assim como quais são os objetivos e os resultados esperados, inclusive em casos de falha. Protocolo de comunicação foi o nome dado a esse conjunto de ca- madas, regras de processamento e formatos de dados. Cada camada também pode ser chamada de protocolo. Assim, um protocolo é forma- do por uma pilha (diversas camadas) de outros protocolos. Chamamos de arquitetura de redes o conjunto de todos os protocolos de comunica- ção empregados na implementação de uma rede. IMPORTANTE Modelos definem princípios, estabelecendo padrões, que promovem a interoperabilidade de equipamentos desenvolvidos por fabricantes distintos. No fluxo contínuo da comunicação, cada camada recebe infor- mações da camada anterior, processa segundo as regras predefini- das e repassa o resultado para a camada seguinte. Os detalhes de hardware e software, como tipo de processador, tamanho da memória 33Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. e algoritmos utilizados, estão encapsulados e são de conhecimento apenas do fornecedor do protocolo. As funcionalidades de cada camada foram estabelecidas de manei- ra que possam ser reaproveitadas para implementação de protocolos distintos. Enquanto uma camada tem seu foco no meio físico de co- municação da mensagem, com ou sem fio, por exemplo, outra camada que responde pela verificação da integridade da mensagem pode ser aproveitada em ambas as situações. Independência de implementação baseada na padronização e possi- bilidade de reaproveitamento de camadas são conceitos que se conso- lidaram ao longo dos anos. Na área comercial, permitiram a criação de componentes de sistemas de comunicação, variando desde pequenos dispositivos até servidores dedicados, organizados de maneira a prestar serviços específicos na rede. Foram decisões acertadas de concepção e projeto considerando um mercado de soluções bastante dinâmico, com mudanças frequentes decorrentes de rápidos avanços tecnológi- cos, em que sempre é preciso atender à necessidade de garantia da interoperatividade entre equipamentos de fabricantes distintos. 3 Pilhas TCP/IP A família de protocolos TCP/IP, como ficou conhecida, é um dos pilares de todo o desenvolvimento de serviços de rede que hoje co- nhecemos. Criada em alinhamento com o modelo de camadas, con- vencionou-se que as camadas mais elevadas estão logicamente mais próximas da interface com o usuário e lidam com informações num ní- vel mais elevado de abstração, enquanto as mais baixas aproximam-se mais de pacotes de dados enviados e recebidos pelas interfaces físicas dos meios de comunicação. Foi concebida com dois objetivos principais. O primeiro era de in- terconexão de diferentes tipos de redes locais para criar um serviço de 34 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . comunicação global, em que computadores geograficamente distribu- ídos, operando em redes em área limitada e com tecnologias distintas, pudessem trocar mensagens e usufruir de serviços de rede comuns. Foi desse esforço que se consolidou a internet, a rede das redes, interligan- do bilhões de usuários em todo o mundo. O segundo objetivo foi o de criar uma abstração da rede física para liberar o desenvolvimento de aplicações das limitações geradas por de- talhes de implementação de protocolos, sistemas operacionais e meios de comunicação. A ideia era que o desenvolvedor da aplicação tivesse um conjunto de funções-padrão de comunicação acessadas via uma in- terface de software padrão. Essa aplicação, por exemplo, de transferên- cia de arquivos via rede funcionaria em qualquer rede a que os usuários estivessem conectados. IMPORTANTE Benefícios do TCP/IP: • Padronização: amplamente implementado por todos os fabrican- tes. • Interconectividade: integra distintos sistemas em redes heterogê- neas. • Integração: conecta soluções tecnológicas novas e antigas. • Robustez: suporta aplicações de rede com grande estabilidade. • Escalabilidade: conecta redes locais à internet em todo o mundo. O TCP/IP é uma pilha de protocolos organizados em 4 camadas (TANENBAUM, 2011): • Aplicação: essa camada é utilizada pela maioria das aplicações para comunicação via rede no seu mais alto nível de abstração. Os dados enviados e recebidos por essa camada têm o formato 35Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. reconhecido apenas pela aplicação, que possui uma interface com o usuário pela qual recebe comandos e troca informações que orientam a comunicação nesse nível. • Transporte: oferece serviços de garantia da confiabilidade da co- municação e da integridade dos dados, além de distribuir as men- sagens recebidas para as respectivas aplicações em nível supe- rior e cuidar do roteamento de mensagens entre redes distintas. • Rede: os serviços nessa camadasão de recepção e envio simples de dados endereçados a nós da rede. • Física: contém uma interface com a rede física que conecta os nós localmente. Está conceitualmente muito próxima do hard- ware de comunicação, relacionada com sinais elétricos, pinagem e dimensões físicas dos conectores. Figura 8 – Modelo de camadas de protocolos TCP/IP Aplicação Transporte Rede Físico SMTP, Telnet, FTP TCP IP Ethernet, SNA, wireless UDP SCTP Fonte: adaptado de Parziale (2006). Os protocolos mais conhecidos na camada de aplicação são os seguintes: • HTTP/HTTPS: navegação na web. • SMTP: comunicação de e-mails. 36 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . • FTP: transferência de arquivos. • Telnet: terminal virtual de comandos de texto. Na camada de transporte, os principais protocolos são TCP, UDP e SCTP. O TCP (transmission control protocol) oferece um serviço de comu- nicação com garantia de que a ordem e o conteúdo dos dados recebi- dos estão corretos. É um serviço orientado à conexão lógica (sessão) confiável que se estabelece entre dois nós da rede antes do início da transmissão. O protocolo oferece ainda diversas funcionalidades, como: • conexão simultânea nos dois sentidos (full-duplex); • controle de fluxo e de congestionamento da comunicação; • retransmissão de pacotes perdidos ou corrompidos; • confirmação de recebimento de dados. Já o UDP (user datagram protocol) é usado para envio e recebimento de dados isolados pouco sensíveis, sem nenhuma garantia quanto à correção da ordem de chegada ou do conteúdo. Os pacotes com dados corrompidos são simplesmente descartados. Ele é de mais simples im- plementação e demanda menor processamento e alocação de memó- ria para ser executado pelo equipamento conectado à rede, reduzindo o tempo de resposta na rede (latência). O protocolo SCTP (stream control transmission protocol) oferece a transferência confiável de pacotes, livre de erros de duplicação e falhas no endereçamento, assim como suporte para novas aplicações como VoIP (voice over internet protocol). Ele foi concebido de maneira a com- binar as melhores funcionalidades dos protocolos TCP e UDP. 37Arquitetura de redes M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Na camada de rede da pilha TCP/IP, o protocolo IP (internet protocol) oferece o serviço de endereçamento de dados, sem verificação de erros, confirmação de recebimento ou qualquer outra funcionalidade como as disponibilizadas pelo protocolo TCP. Apesar da simplicidade, o serviço de menor esforço de comunicação de dados do protocolo IP é suficien- te para atender à demanda dos demais protocolos em níveis superiores, a menos que haja uma perda excepcional de pacotes de dados ou atra- sos muito grandes de transmissão na rede. Os protocolos ethernet, SNA (system network architecture) e wire less fazem parte da camada física do TCP/IP. Diversos serviços de co- municação são oferecidos nesse nível: tradução de nomes e endereços lógicos em endereços físicos, especificação de rotas de dados na rede, gerenciamento de tráfego e taxas de comunicação, além de divisão/ reunião de pacotes de dados. Essa camada oferece um elevado grau de liberdade para implementação de protocolos, suficiente para permitir a operação do TCP/IP em ambientes de rede envolvendo grande variedade de tecnologias, velocidades de comunicação e meios de transmissão. PARA SABER MAIS O protocolo ICMP (internet control message protocol) situado na cama- da de rede utiliza os serviços do protocolo IP para controlar a propaga- ção de dados na rede, sinalizando erros de congestionamento, atrasos de propagação e falhas no roteamento de pacotes entre redes. A gestão dos nós e do tráfego entre eles é uma função importante que busca a garantia da qualidade dos serviços. Parte do tráfego de uma rede é ge- rado por protocolos de controle como o ICMP. 38 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Considerações finais Pudemos estudar, neste capítulo, as diferentes topologias bási- cas que uma rede de computadores pode apresentar, observando vantagens e desvantagens de cada uma. Também analisamos as características do modelo de camadas amplamente utilizado na concepção de protocolos de rede. Por fim, estudamos as funciona- lidades da pilha de protocolos TCP/IP, amplamente empregada na implementação da internet. O estudo dos detalhes de implementação dos protocolos hoje exis- tentes é um caminho seguro para o aprimoramento contínuo do profis- sional de redes. Referências CISCO NETWORKING ACADEMY. Connecting networks v6: companion guide. Indianapolis: Cisco Press, 2018. FOROUZAN, Behrouz A. Comunicação de dados e redes de computadores. 4. ed. Porto Alegre: AMGH, 2010. KUROSE, Jim F.; ROSS, Keith W. Redes de computadores e a internet: uma abordagem topdown. 6. ed. São Paulo: Pearson, 2013. PARZIALE, Lydia et al. TCP/IP tutorial and technical overview. [S. l.]: IBM Redbooks, 2006. Disponível em: https://www.redbooks.ibm.com/pubs/pdfs/ redbooks/gg243376.pdf. Acesso em: 1 dez. 2019. TANENBAUM, Andrew S.; WETHERALL, David J. Redes de computadores. São Paulo: Pearson, 2011. 39 M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Capítulo 3 Meios de comunicação Este capítulo apresenta os diferentes meios físicos de comunicação em redes de computadores, também chamados de canais de comuni- cação. Em termos práticos, a informação do nó A da rede nunca alcan- çará o nó B de destino sem o meio físico de comunicação pelo qual a mensagem se propaga. A escolha do meio determina o desempenho da comunicação em virtude das características físicas associadas. Os meios físicos podem ser classificados em meios guiados, que utili- zam cabos metálicos e de fibra óptica, e meios não guiados, que utilizam o ar para a propagação de ondas eletromagnéticas. Considerando o modelo de camadas dos protocolos TCP/IP, o meio físico de comunicação pertence à camada física. 40 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . 1 Cabos metálicos A utilização de cabos metálicos como meio de comunicação de da- dos foi muito bem-sucedida desde o nascimento das redes de compu- tadores décadas atrás. Na época, os cabos de telefonia foram adap- tados para a transmissão de bits 0 e 1, que, apesar das limitações de velocidade, possibilitaram o desenvolvimento de diversas outras tecno- logias de rede. Atualmente, os cabos de par trançado (twisted pair em inglês) al- cançaram um elevado nível de sofisticação, assegurando, nos dias de hoje, taxas de comunicação de até10 Gbit/s (1 Gbit = 1.000.000.000 bits) para distâncias inferiores a 100 metros, mais que suficiente para a comunicação de streaming de vídeo em redes locais. Um par trançado consiste em dois fios de cobre isolados, de aproxi- madamente 0,5 milímetro de diâmetro, torcidos em espiral um sobre o outro. Um determinado número mínimo de voltas por metro assegura propriedades físicas de transmissão de sinais elétricos muito vantajo- sas quando aplicadas à comunicação de dados (TANENBAUM, 2011). Figura 1 – Cabo de par trançado Cabo Par trançado 41Meios de comunicação M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. A tecnologia atual utiliza cabos com quatro pares trançados (oito fios), com variações na blindagem eletromagnética (ABNT, 2019): • sem blindagem (UTP – unshielded twisted pair); • com blindagem no cabo (F/UTP – foiled/unshielded twisted pair), com uma fita plástica aluminizada ou uma malha de fios metáli- cos envolvendo o cabo, mas não os pares individualmente; • com blindagem no cabo (S/FTP – screened/foiled twisted pair), com uma malha de fios metálicos envolvendo o cabo e uma fita plástica aluminizada envolvendo cada um dos pares individualmente. Figura 2 – Estrutura de cabos de par trançado – UTP, F/UTP e S/FTP Fonte: adaptado de Flatman (2013, p. 10). Malha Pares trançados Fita interna em cada par Fita externa UTP F/UTP S/FTP 42 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Os cabos de par trançado são classificados em categorias, confor- me apresentado no quadro 1. Quadro 1 – Categoria de cabos de par trançado CATEGORIA DESCRIÇÃO VELOCIDADE (MBPS) CAT 1 UTP usado em telefonia. < 0,1 CAT 2 UTP para linhas dedicadas de dados. 2 CAT 3 Melhoria da CAT2 para redes de computadores. 10 CAT 4 Melhoria da CAT3 para redes token ring. 20 CAT 5 UTP para redes de computadores. 100 CAT 5E CAT5 com maior imunidade ao ruído. 125 CAT 6 UTP para velocidade de 200 Mbps. 200 CAT 7 S/FTP para redes de alta velocidade. 600 Fonte: adaptado de Comer (2015, p. 118). Cabeamento estruturado é o nome dado à infraestrutura hierárqui- ca de cabos que interliga salas de equipamentos, salas de distribuição e áreas de trabalho em edifícios comerciais (ABNT, 2019). Os equipa- mentos de rede de alto desempenho são instalados na sala de equi- pamentos, na entrada do edifício, e de lá partem os cabos da rede prin- cipal (backbone em inglês), interligando equipamentos de distribuição de conexões instalados nas salas de telecomunicações em cada andar do edifício. O cabeamento horizontal parte de cada sala de telecomuni- cação para interligar os equipamentos instalados nas áreas de trabalho distribuídas pelo andar. 43Meios de comunicação M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Figura 3 – Cabeamento estruturado em edifícios comerciais CP 3O and ar 4O and ar Prédio 1 2O and ar 1O and ar Térreo FDTO TO EF 6 7 1 Tomada de telecomunicações; 2 Cabeamento horizontal; 3 Distribuidor de piso (sala de telecomunicações); 4 Cabeamento vertical (cabeamento de backbone); 5 Distribuidor do prédio (sala de equipamento) / distribuidor de campus; 6 Entrada de facilidade; 7 Backbone de campus. TO FD FD FD FD FD BD 3O and ar 4O and ar Prédio 2 2O and ar 1O and ar Térreo FDTO TO 5 4 3 2 1 TO FD FD FD FD FD CD/BD Fonte: adaptado de Fey (2014, p. 156). Outro meio de comunicação é o cabo coaxial, que alcança uma alta taxa de comunicação por causa de sua excelente característica de 44 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . isolamento quanto a interferências de ruídos eletromagnéticos exter- nos. O cabo de 50 ohms é comumente empregado para as transmis- sões digitais, enquanto o cabo de 75 ohms é comumente utilizado para transmissão de sinais analógicos e de sinal de televisão por assinatura. Figura 4 – Estrutura do cabo coaxial Capa plástica protetora Condutor externo em malha Material isolante Núcleo de cobre Fonte: adaptado de Tanenbaum (2011, p. 60). 2 Cabos ópticos A utilização de cabos de fibra óptica como meio de comunicação de dados não é uma solução nova, mas certamente nunca se popula- rizou tanto como atualmente. Segundo a Anatel (2019), 89,4% da po- pulação em 64,4% dos municípios brasileiros dispõe de presença de fibra óptica para conexões de banda larga em seus domicílios. E esta- mos muito longe de alcançar o limite de comunicação dessa tecnolo- gia. Enquanto os serviços hoje comercializados de banda larga FTTH chegam a taxas de 300 Gbps (giga bits por segundo), a capacidade de comunicação de uma fibra óptica é de 50.000 Gbps. O princípio de transmissão de sinais em fibras ópticas baseia-se na reflexão total continuada de raios de luz nas paredes da fibra que estão em contato com o revestimento de proteção. 45Meios de comunicação M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Figura 5 – Diagrama de transmissão de luz em fibras ópticas Emissor Núcleo Receptor Revestimento RevestimentoRe�exão total Fonte: adaptado de Forouzan (2010, p. 199). Com a reflexão total, o raio de luz não perde energia e consegue se propagar pela fibra sem amplificação até distâncias de 100 km, com taxa de comunicação de 100 Gbps. Podemos utilizar diferentes fontes emissoras de luz segundo um com- promisso de custo-benefício. LEDs (light emitting diodes) são fontes de luz de relativamente baixo custo, que apresentam taxas de comunicação mais baixas e cobrem distâncias mais curtas. Já os lasers de semicondu- tores são mais caros por um lado, mas alcançam taxas de comunicação e distâncias maiores. Enquanto os LEDs são menos susceptíveis ao ruído térmico, os diodos laser podem ter a sua capacidade de transmissão sig- nificativamente afetada pela temperatura a que estiverem submetidos. A sensibilidade do receptor e a velocidade de conversão de sinal luminoso em elétrico são fatores críticos que limitam a velocidade e a taxa de erros da comunicação. A estrutura de um cabo de fibra óptica é composta de cinco camadas: • O núcleo, que fica no centro do cabo, é a própria fibra óptica pela qual a luz se propaga com as informações que se deseja transmitir. • O revestimento interno tem por finalidade atuar como espelho, refletindo, assim, a luz de volta para o núcleo da fibra. • O buffer protege o núcleo e o revestimento interno. 46 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E dito ra S en ac S ão P au lo . • O material de reforço impede a ruptura do cabo quando ele for esticado. • A capa, feita de PVC, tem a finalidade de proteger toda a estrutura contra umidade, danos mecânicos e outras agressões do meio. Figura 6 – Estrutura de um cabo de fibra óptica Capa Material de reforço Bu�er Revestimento interno Núcleo Fonte: adaptado de Cisco ([s. d.]). As fibras ópticas são tubos de vidro muito frágeis, com diâmetros de 7 a 100 mícrons (1 mícron = 0,000001 metro) (FOROUZAN, 2010). O ma- terial de reforço precisa ser suficientemente resistente para evitar que o cabo seja tracionado ou esmagado, acarretando o rompimento das fibras. Cabos terrestres são enterrados em valas de pelo menos 1 metro de profundidade. Cabos submarinos recebem uma proteção especial para resistir a fortes correntezas e aos ataques de grandes predadores do mar. Cabos instalados em postes são sustentados por cabos de aço internos ou externos. As conexões de fibras ópticas podem ser feitas de três maneiras dis- tintas. A primeira é montando um conector óptico numa ponta da fibra, o qual será encaixado a um soquete montado na ponta da outra fibra. 47Meios de comunicação M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. Apesar de a perda do sinal luminoso nos conectores ser da ordem de 10% a 20%, a vantagem desse método é a rápida conexão ou reconfigu- ração dos cabos. Outro método é o de emenda mecânica, feita com a ajuda de um equipamento que corta as fibras cuidadosamente e alinha as superfí- cies perpendiculares, de maneira que a luz consiga passar pela emenda e continuar sua propagação. A perda de emendas mecânicas é da or- dem de 10% da potência do sinal luminoso. Também é possível fazer uma emenda por fusão, utilizando um equipamento específico, que cor- ta as fibras perpendicularmente e funde as duas superfícies com uma descarga elétrica, reduzindo as perdas de sinal luminoso, ainda que con- tinuem existindo. 3 Ondas eletromagnéticas A tecnologia de comunicação de dados sem fio, conhecida como wireless, não precisa de um meio físico para guiar as mensagens do transmissor ao receptor, como acontece com os cabos metálicos e de fibra óptica. Utiliza ondas eletromagnéticas que carregam informações codificadas de diferentes maneiras. Utilizam antenas para envio e re- cepção de mensagens, que são dispositivos que irradiam ou recebem ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas podem ser classificadas segundo a fre- quência do sinal (FOROUZAN, 2010): • Ondas de rádio (3 kHz a 1 GHz): utilizam antenas omnidirecionais, que propagam os sinais em todas as direções. Podem alcançar longas distâncias, mas com reduzida taxa de comunicação. • Micro-ondas (1 GHz a 300 GHz): utilizam antenas unidirecionais, com alinhamento visual entre emissor e receptor. Podem atingir altas taxas de comunicação. Em virtude da curvatura da Terra, os 48 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . links de micro-ondas precisam de repetidores para regeneração e retransmissão do sinal. • Infravermelho (300 GHz a 400 THz): usado em comunicação de curta distância em ambientes fechados, pelas características de não penetração dos sinais em paredes e alta sensibilidade à interferência dos raios solares, que também carregam emissões na faixa do infravermelho. Oferece alta taxa de comunicação. Uma característica importante da comunicação na faixa de radiofre- quência é poder transpor paredes e contornar obstáculos como edifí- cios e elevações do terreno. Outra característica é a facilidade de comu- nicação no modo broadcasting, de um emissor para muitos receptores. Já a interferência entre sinais pode ser um obstáculo para operação nessa faixa de frequência, ocasionando altas taxas de erro nas mensa- gens, que são geradas por ruídos eletromagnéticos de máquinas, refle- xão de sinais em obstáculos como edifícios, ou mesmo interferência de sinais de transmissões clandestinas. Como as mensagens enviadas são recebidas por todos os nós da rede simultaneamente, a questão de segurança precisa ser endereçada em camadas superiores da pilha TCP/IP, por exemplo, criptografando o conteúdo das mensagens para que apenas o nó destinatário possa decodificá-las e ter acesso aos dados enviados. Diversas tecnologias foram desenvolvidas para a utilização mais efi- ciente da banda de comunicação, com redução de interferência entre re- des e menor taxa de erros (BRADFORD, 2017). Cada uma delas adotou uma estratégia particular de codificação de bits 0 e 1, com pequenas variações na frequência ou na fase dos sinais, gerando vários canais virtuais que possibilitam comunicações simultâneas entre nós da rede. 49Meios de comunicação M aterial para uso exclusivo de aluno m atriculado em curso de Educação a Distância da Rede Senac EAD, da disciplina correspondente. Proibida a reprodução e o com partilham ento digital, sob as penas da Lei. © Editora Senac São Paulo. IMPORTANTE O espectro eletromagnético, que compreende todas as frequências pos- síveis de transmissão, é um recurso finito. Ele é controlado por agências governamentais em todo o mundo. No Brasil, a Anatel (Agência Nacio- nal de Telecomunicações) é responsável por definir políticas e regula- mentos do setor e estabelecer concessões de faixas de frequências para aplicações específicas, exercendo também o papel de fiscalização e punição de infrações. 4 Micro-ondas e satélites Antes do desenvolvimento comercial das fibras ópticas, os links de comunicação de micro-ondas foram os mais utilizados para longas dis- tâncias. Ainda nos dias de hoje, podemos ver diversas antenas conec- tando edifícios nas grandes cidades. Uma das primeiras questões com links de comunicação de micro- -ondas para grandes distâncias é o investimento em torres de cerca de 100 metros de altura a cada 80 km de distância (TANEMBAUM, 2011). Com a pavimentação e a recuperação de rodovias, passar cabos de fi- bra óptica interligando cidades passou a ser um negócio muito mais competitivo. As fibras ópticas também oferecem um desempenho superior frente aos problemas de interferências e refrações de sinais de micro-ondas nas camadas inferiores da atmosfera. Além disso, en- quanto a fibra óptica é um elemento passivo, os repetidores de micro- -ondas reúnem equipamentos ativos, com antenas expostas ao clima, demandando manutenção preventiva e corretiva em locais distantes das cidades. Dependendo da tecnologia e da frequência utilizada, locais com chuvas excessivas precisam ser contornados pois a água absorve ondas eletromagnéticas na faixa de 4 GHz. 50 Protocolos de redes Ma te ria l p ar a us o ex cl us ivo d e al un o m at ric ul ad o em c ur so d e Ed uc aç ão a D is tâ nc ia d a Re de S en ac E AD , d a di sc ip lin a co rre sp on de nt e. P ro ib id a a re pr od uç ão e o c om pa rti lh am en to d ig ita l, s ob a s pe na s da L ei . © E di to ra S en ac S ão P au lo . Já para curtas distâncias, dentro do perímetro urbano, por exemplo, a solução de micro-ondas é relativamente mais barata para as ligações ponto a ponto. Antenas de baixo custo são instaladas no topo de edifí- cios já construídos, pagando-se um aluguel mensal pela energia elétrica e permissão de acesso à área. Os satélites artificiais trouxeram uma nova oportunidade de aplica- ção de links de micro-ondas, agora conectando
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