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Autor: AGGARB 03/03/2016 Curso Básico de Redes com o Packet Tracer 2 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Sumário Aula 01 – Conceito de Rede e Histórico .............................................................................. 3 Aula 02 – Modelo OSI ............................................................................................................ 5 Aula 03 – Tipos de Comunicação ......................................................................................... 7 Aula 04 – Topologias de Rede .............................................................................................. 9 Aula 05 – Servidor e Cliente ............................................................................................... 14 Aula 06 – Protocolos de Comunicação .............................................................................. 15 Aula 07 – Equipamentos e Recursos de Rede.................................................................. 16 Aula 08 – Cabeamento e Meios de Comunicação ............................................................ 21 Aula 09 – Layout e Cabeamento Estruturado ................................................................... 25 Aula 10 – Tipos de Rede ..................................................................................................... 27 Aula 11 – A Pilha TCP/IP .................................................................................................... 28 Aula 12 – Endereçamento IP .............................................................................................. 30 Aula 13 – Sub-Redes ........................................................................................................... 32 Links Úteis – Confira ! .......................................................................................................... 34 3 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aula 01 – Conceito de Rede e Histórico Uma rede de computadores (Figura 1) consiste em duas ou mais máquinas conectadas entre si com o objetivo de compartilhar seus recursos. Uma rede também pode conter outros dispositivos conectados tais como celulares, tablets, impressoras, scanners, controladores de outros sistemas como por exemplo, dispositivos para controle de temperatura, controladores de processos industriais, dispositivos de automação e tantos outros equipamentos para as mais variadas aplicações. Figura 1 – Conceito de Rede As redes de computadores surgiram no início dos anos 70, onde era considerado como rede, computadores terminais (apenas teclado e vídeo) conectados em mainframes (Figura 2) nos quais vários usuários compartilhavam os dados de uma forma limitada e restrita. Durante este período a IBM dominava o mercado e apenas empresas de grande porte dispunham de tal equipamento. Figura 2 - Sistema Mainframe 4 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Em 1974 surgiram os mini computadores que desencadearam a descentralização dos dados e impressão das informações. Esses dispositivos trabalhavam com uma tecnologia conhecida na época como processamento batch ou processamento em lote. Com o advento dos microcomputadores na década de 80, o processo de fabricação tornou-se mais viável devido às especificações abertas, logo o preço tornou-se acessível popularizando assim os PC’s (Personal Computers). O PC passou a ser um equipamento de uso individual, no entanto, ainda havia uma grande dificuldade das conexões de rede entre estes dispositivos em função das diferentes especificações de hardware e software, por conta deste fato, foram criados órgãos reguladores e normas visando compatibilizar os equipamentos de modo que pudessem comunicar entre si mesmo e que seu hardware e software fossem de fabricantes diferentes. Em seguida surgiram as redes LAN (redes locais) que posteriormente evoluíram para as redes MAM uma vez que o número de máquinas aumentou consideravelmente até chegar aos dias atuais onde temos o mundo todo conectado através da Internet pelo WWW (World Wide Web). Podemos afirmar hoje que em nenhuma outra época a humanidade esteve tão próxima como é nos dias atuais graças ao avanço tecnológico e a evolução do conceito de rede. Figura 3 – Conceito de Rede com Outros Sistemas 5 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aula 02 – Modelo OSI O modelo OSI (Open System Interconnect) foi lançado na década de 80 pelo organismo de padronização internacional ISO (International Organization for Standardization), o objetivo do modelo era a interoperabilidade entre sistemas de diferentes fabricantes, isto é, definir uma maneira que estes equipamentos se comunicassem. Por tratar-se de um padrão aberto, as especificações do modelo OSI encontram-se disponíveis para todas as pessoas que tiverem interesse em conhecer. O modelo OSI é definido em 7 camadas, onde cada camada gerencia um determinado grupo de serviços. A Figura 4 ilustra todas as camadas do modelo OSI. Figura 4 - Camadas do Modelo OSI Cada camada do modelo OSI se comunica com a sua camada adjacente, por exemplo, a camada 5 pode se comunicar com a camada 6 e com a camada 4. Outro aspecto importante a considerar é que as camadas também agem como se estivessem comunicando-se com a sua respectiva camada em outra máquina, logo, pode-se implementar uma comunicação virtual entre as camadas correspondentes em cada máquina. A essa comunicação virtual entre camadas denominamos comunicação ponto a ponto. Figura 5 - Fluxo de Comunicação OSI 6 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Nos próximos parágrafos será mostrada uma breve explicação de cada uma das camadas do modelo OSI. Camada 1 – Física: A camada física especifica características físicas tais como conectores, tipos de cabo, limite de distância, limite de velocidade e codificação dos sinais. Também define as especificações mecânicas, elétricas e funcionais de modo que possa estabelecer, manter e encerrar a conexão física entre computadores. Pode-se afirmar que esta camada é responsável por enviar e receber os bits de informação. Utiliza os protocolos RDIS, RS-232, EIA-422, RS-449, ISDN, SONET, DSL, etc. Camada 2 – Enlace: A camada de enlace contém as definições de rede e protocolo de comunicação, trabalha com o endereço MAC do host de origem e do host de destino. Esta camada também é responsável por transformar os pacotes de dado em frames e agregar nestes pacotes um Header de enlace que contém as informações para o pacote chegar ao seu destino e uma vez neste destino, restaurar o pacote original com suas características e informações. Utiliza os protocolos Ethernet, 802.11 WiFi, HDLC, Token ring, FDDI, PPP, Switch, Frame relay, ATM, etc. Camada 3 – Rede: A camada de rede gerencia o tráfego na rede fazendo o controle de congestionamento de dados, problemas de roteamento e transferências de pacotes de dados. Os segmentos de dados são quebrados em pacotes menores para serem transmitidos dependendo da situação e reorganizados quando chegam ao destino. Esta camada é responsável por endereçar as mensagens, traduzir endereços lógicos em endereços físicos e determinar o melhor percurso no roteamento. Utiliza os protocolos IP (IPv4, IPv6), IPsec, ICMP, ARP, RARP, NAT, etc. Camada 4 – Transporte: A camada de transporte é responsável por entregar os dados sem erros, sem perdas, sem duplicidade e na seqüência correta. Também realoca as mensagens em segmentos de modo que mensagens longas sejam quebradas em segmentos menores e mensagens curtas sejam agrupadas em um segmento, visando aumentar a eficiência de transmissão na rede. O serviço desta camada é transparente para as camadas superiores a ela. Utiliza os protocolos NetBEUI, TCP, UDP,RTP, SCTP, DCCP, RIP, etc. Camada 5 – Sessão: A camada de sessão é responsável por estabelecer, gerenciar e encerrar as sessões de comunicação entre os dispositivos. Uma sessão consiste de requisições e respostas de um determinado serviço em uma aplicação que pode estar rodando nos computadores da rede. Outra característica importante a considerar é que quando uma sessão é estabelecida, um diálogo é aberto com o intuito de definir as regras de comunicação, por exemplo, qual máquina faz a transmissão, 7 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB quando essa transmissão é feita, qual o tempo da transmissão, etc. Utiliza o protocolo NetBIOS. Camada 6 – Apresentação: A camada de apresentação é responsável por executar funções de compressão, descompressão, criptografia, descriptografia, conversão e codificação dos dados. Os dados serão apresentados no formato adequado, por exemplo, uma informação que representa uma imagem será decodificada e apresentada como tal, logo, não será apresentada como um texto ou um vídeo. Utiliza os protocolos XDR, TLS, etc. Camada 7 – Aplicação: A camada de aplicação é responsável por prover o acesso aos aplicativos e aos serviços de rede. Consiste de um suporte direto ao aplicativo que o usuário está rodando. Utiliza os protocolos HTTP, SMTP, FTP,SSH, Telnet, SIP, RDP, IRC, SNMP, POP3, IMAP, etc. Aula 03 – Tipos de Comunicação Antes de iniciarmos este tema, é importante entendermos o que é um sinal elétrico analógico e um sinal elétrico digital. O sinal elétrico digital é formado a partir de uma onda quadrada (podemos visualizar esta onda através de um aparelho de medição chamado osciloscópio) onde o nível baixo desta onda pode representar um nível de tensão ou corrente nulo ou negativo e o nível alto um valor de tensão ou corrente positivo. Isto vai depender muito do circuito empregado, das portas físicas utilizadas e das referências de sinal. Como o foco deste curso não é eletrônica vamos adotar a forma genérica onde o nível baixo corresponde a 0 (sem tensão) e o nível alto corresponde a 1 (com tensão) conforme ilustrado na Figura 6. Figura 6 - Representação de um Sinal Digital O sinal elétrico analógico (Figura 7) é formado a partir de uma onda senoidal (podemos visualizar esta onda através de um aparelho de medição chamado osciloscópio) onde cada parte da onda representa um valor de tensão ou corrente que varia entre um ponto máximo e um ponto 8 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB mínimo, isto é, neste formato de sinal são considerados todos os valores intermediários. Ex: -2v, -1.9, -1.8 ... 0 ... 1, 1.01 e assim por diante. Figura 7 - Representação de um Sinal Analógico A comunicação entre dispositivos em uma rede, tais como computadores, celulares, tablets, impressoras, servidores, etc., possui determinadas classificações com suas respectivas características que estudaremos a seguir. Modo de Comunicação: Todas as informações, dados, caracteres, etc. são transmitidos como sinais elétricos durante um determinado período de tempo. A sincronia entre os dispositivos pode definir: Transmissão Síncrona – A sincronia entre os dispositivos é feita antes da transmissão dos dados por meio de caracteres de sincronismo. Os dispositivos também devem estar em sincronia durante a comunicação Transmissão Assíncrona – A sincronia entre os dispositivos ocorre de forma individual onde temos um sinal de início de caracter e outro sinal de fim de caracter. Este tipo de transmissão também é conhecido como START/STOP, os dispositivos não precisam estar previamente sincronizados antes de iniciar a comunicação e os dados são transmitidos de forma intermitente. Técnica: Transmissão simultânea de vários sinais em um único meio, que pode ser um cabo por exemplo, a partir daí temos: Banda Base (Baseband) – Amplamente utilizada em redes LAN (redes locais), esta técnica utiliza a capacidade total de comunicação do meio de transmissão para trafegar um único sinal que faz uso da banda inteira. O sinal transmitido no meio é digital. Banda Larga (Broadband) – Nesta técnica um único meio de transmissão realiza o transporte de vários sinais analógicos simultaneamente dentro dele. 9 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Operação: O modo de operação define o sentido de comunicação, podendo ser transmitida a informação do emissor para o receptor e vice- versa. Os modos de operação classificam-se em: Half Duplex – A comunicação entre os dispositivos ocorre em um sentindo e depois é invertida para o outro sentido (Figura 8). Os dispositivos não se comunicam simultaneamente. Figura 8 - Comunicação Half Duplex Full Duplex – A comunicação entre os dispositivos ocorre nos dois sentidos. Os dispositivos se comunicam simultaneamente, não existe inversão no sentido da comunicação (Figura 9). Figura 9 - Comunicação Full Duplex Aula 04 – Topologias de Rede Em redes, existem dois tipos de topologia, são elas a topologia física e a topologia lógica. Topologia Física: Define a maneira como os dispositivos são ligados na rede fisicamente. A seguir, veja os principais exemplos de topologia física: Topologia Barramento (Bus): Nesta configuração os dispositivos são conectados em um cabeamento central que forma um barramento (Figura 10). O funcionamento consiste em apenas uma máquina enviar dados no barramento em um determinado momento ao passo que as outras máquinas “escutam” essa mensagem e 10 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB pegam apenas as mensagens direcionadas a elas, quando uma máquina transmite, a rede permanece ocupada e se outra máquina durante este tempo tentar enviar uma mensagem, uma colisão de pacotes ocorre e a transmissão é reiniciada. A Figura 11 mostra um exemplo do funcionamento de uma topologia de rede em barramento para simular no Packet Tracer. Figura 10 - Topologia Barramento Figura 11 - Simulação de Topologia Barramento com Hubs Topologia em Anel (Token Ring): Esta configuração consiste de dispositivos que são conectados em um circuito fechado que forma um anel com as máquinas conectadas em série (Figura 12). O funcionamento deste tipo de rede consiste em cada nó (dispositivo ligado na rede), esperar a sua vez para enviar e receber dados por meio de um token. Este token é enviado junto com os dados da primeira para a segunda máquina, da segunda para a terceira e assim por diante. Neste processo apenas o nó com o token pode 11 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB enviar e receber dados e todos os outros nós permanecem aguardando a passagem do token. Figura 12 - Topologia em Anel Topologia em Estrela (Star): Nesta configuração os dispositivos são conectados a um equipamento central que controla o tráfego de dados e repassa esses dados para os demais dispositivos na rede. A topologia estrela (Figura 13) é uma das configurações mais utilizadas atualmente em pequenas redes. Figura 13 - Topologia em Estrela Topologia Híbrida: A topologia de rede híbrida é a configuração física na qual são combinados diferentes tipos de topologia, isto é, pode-se formar uma grande rede na qual existam trechos dessa rede que podem ter sido feitos com topologia barramento ligados a outros trechos que podem ser com topologia anel, estrela, etc. vai depender muito da aplicação, por exemplo, algumas infraestruturas de cabeamento antigas que tenham uma topologia bus, nas quais 12 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB deseja-se aproveitar a instalação, podem ser conectadas a uma infraestrutura nova, por esta razão torna-se conveniente o uso de redes híbridas. Nas figuras a seguir, serão ilustrados mais alguns tipos de topologia de rede para conhecimento. Figura 14 - Topologia Estrela Estendida Figura 15 - Topologia Hierárquica ou Topologia em Árvore 13 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Por fim, encerrando o tópico “Topologia Física”, segue o último exemplo de ligação em rede ilustrado na Figura 16, a configuração de topologia em malha. Figura 16 - Topologia em Malha Topologia Lógica: Define a maneira como os dados são enviados através de uma rede partindo de um ponto para outro sem levar em consideração a ligação física dos dispositivos. Este tipo de topologia pode ser configurada estatica ou dinamicamente por switches e roteadores, normalmente as topologias lógicas trabalham através de endereço MAC e protocolos de comunicação. Em suma, a topologia lógica define os métodos de acesso para a transmissão de dados em um ambiente compartilhado. A seguir, veja os principais exemplos de tipos de topologia lógica: Passagen de Token: Um pacote chamado Token que contém autorização para transmitir dados fica circulando na rede. Contenção: Múltiplo acesso dos dispositivos a um sinal elétrico chamado portadora com detecção ou aviso de colisão de pacotes. Prioridade de Demanda: Prioriza os dados de acordo com um esquema de contenção. 14 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aula 05 – Servidor e Cliente Os dispositivos de rede como computadores, controladores programáveis (utilizados para automação) e tantos outros, podem exercer na rede a função de cliente ou servidor (Figura 17). Um dispositivo é considerado servidor quando disponibiliza seus recursos na rede e é considerado cliente quando utiliza um determinado recurso na rede disponibilizado por algum servidor. Outro aspecto importante é que um cliente pode se conectar a vários servidores e um servidor pode disponibilizar recursos para vários clientes. Figura 17 - Clientes e Servidor A partir deste conceito, podemos classificar uma rede em ponto a ponto ou baseada em servidor. A rede baseada em servidor possui dispositivos dedicados a execução de tarefas específicas como por exemplo servidor de banco de dados, hospedagem WEB, servidores de aplicação como Apache, GlassFish, TomCat, Jboss, servidores de e-mail, etc. O dispositivo fica dedicado apenas a executar sua tarefa, podendo também existir a possibilidade de um dispositivo prover mais de um serviço, isto é, uma máquina pode ser um servidor de banco de dados e páginas WEB simultaneamente. A rede ponto a ponto é também conhecida como peer to peer, nesta rede todos os dispositivos podem ter a função de cliente ou servidor. Cada dispositivo pode compartilhar os seus recursos atuando como servidor e pode também utilizar os recursos de outros dispositivos atuando como cliente. 15 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aula 06 – Protocolos de Comunicação Protocolo de comunicação é uma definição de regras e normas para que possa existir a comunicação entre os dispositivos em uma rede. Imagine por exemplo que você deseja conversar com um amigo através de uma vídeo conferência pelo Skype, para isso você terá que ter alguns recursos e seguir alguns procedimentos, como ligar seu computador, acessar a Internet, logar no Skype, discar para o seu amigo, esperar ele atender e quando o seu amigo atender ele poderá iniciar a comunicação. Para os computadores o processo é bem parecido pois da mesma forma que você seguiu alguns procedimentos para se comunicar com o seu amigo o computador também deverá seguir um conjunto de regras e procedimentos para se comunicar com outro dispositivo na rede, ou seja, ele seguirá um protocolo de comunicação, logo pode-se concluir que para que haja a comunicação entre dois ou mais dispositivos em uma rede, é necessário que todos estes dispositivos que desejam se comunicar utilizem sempre o mesmo protocolo. Atualmente existe uma infinidade de protocolos de comunicação, cada um com suas vantagens ou funcionalidades específicas dedicadas para uma determinada aplicação, por exemplo, temos o protocolo Modbus utilizado em redes 485, o protocolo TCP muito utilizado em redes de computadores e em alguns casos até mesmo protocolos fechados de fabricantes de dispositivos específicos para uma aplicação como ocorre muito no caso da automação industrial e predial. Os protocolos também podem ser utilizados juntos, pode-se usar mais de um protocolo. Quando os protocolos são utilizados em conjunto recebem o nome de pilha e cada nível de uma pilha de protocolo corresponde-se com o nível do modelo OSI, isto é, a camada mais alta da pilha de protocolo se relaciona com a camada mais alta do modelo OSI, como exemplos de pilhas de protocolos temos as mais famosas: TCP/IP, IBM SNA, AppleTalk entre outros. O funcionamento dos protocolos consiste em quando um dispositivo for enviar dados, este dispositivo passa os dados para o protocolo ou pilha de protocolos que fará a conversão dos dados no formato mais adequado para a transmissão levando em conta as características da rede. No pacote serão incluídas informações adicionais (Header) como por exemplo, os endereços de origem e destino, a prioridade, o tipo, etc. e o dispositivo receptor deverá possuir o mesmo protocolo ou pilha de protocolos para interpretar as informações adicionais e restaurar nele os dados recebidos. 16 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Para que as informações sejam enviadas e recebidas de forma adequada é necessário que os dispositivos cumpram todas as etapas de forma correta, portanto devem executar o mesmo protocolo. Os protocolos podem ser classificados em 3 níveis: Protocolos de Aplicativo: São os protocolos que atuam nas 3 camadas mais altas do modelo OSI (Aplicação, Apresentação e Sessão). Estes protocolos permitem a interação entre aplicativos e a troca de dados. Ex: APPC, FTP, SNMP, SMTP, X.400, X.500, etc. Protocolos de Transporte: São os protocolos responsáveis por garantir a entrega segura dos dados. Ex: SPX, TCP, UDP, Nwlink, NetBEUI, etc. Protocolos de Rede: São os protocolos cuja função é controlar as informações de endereçamento e roteamento, realizar testes de erros, solicitações de retransmissão e estabelecer as regras de comunicação entre os dispositivos. Ex: IPX, IP. Aula 07 – Equipamentos e Recursos de Rede Para que a comunicação entre os computadores em uma rede possa ocorrer é necessário que existam alguns recursos que possibilitem esta comunicação. Estes recursos podem variar desde hardware como equipamentos para ampliar uma rede, por exemplo, bridges, repetidores, switches, hubs, etc. até software, como por exemplo protocolos e sistemas operacionais de rede. A seguir serão demonstrados os principais equipamentos e recursos utilizados em uma rede. Dispositivos Mobile: São os tablets (Figura 18 – Esquerda) e celulares (Figura 18 – Direita). Atualmente pode-se executar quase todas as tarefas que realizamos em um computador pessoal, pode-se acessar a internet, enviar e receber e-mails, utilizar planilhas eletrônicas, documentos de texto em diversos formatos, ver vídeos, acessar a internet e etc. Figura 18 - Mobile 17 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Computador Pessoal: Também conhecido pelo termo Estação de Rede, pode ser portátil como os notebooks (Figura 19 – Lado Direito) ou computadores desktop (Figura 19 – Lado Esquerdo) projetados para uso fixo. Normalmente os computadores exercem a função de cliente, no entanto, também é possível configurar um computador para exercer a função de servidor na rede. Figura 19 - Computadores Servidores: São computadores com a tarefa específica de fornecer recursos para os clientes da rede. Possuem a confiabilidade que um computador pessoal não tem para garantir um bom funcionamento na rede e a estabilidade do sistema para fornecer os serviços. Seus componetes são dimensionados com base no menor índice de falhas (componentes de maior qualidade), seu gabinete permite expansão para HD, pode-se utilizar diversos processadores, possuem redundância de dispositivos críticos (se um componente falha o outro assume) e alguns servidores (Figura 20) ainda apresentam a tecnologia hot swap que permite trocar componentes como um disco rígido por exemplo, sem desligar a máquina. Figura 20 - Servidores 18 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Sistema Operacional de Rede: O Sistema Operacional é o software que facilita a comunicação entre o usuário e a máquina e ainda gerencia de forma transparente ao usuário os recursos do computador, já um Sistema Operacional de Redes, consiste de um conjunto de módulos que aumentam a capacidade do Sistema Operacional utilizando recursos compartilhados na rede. Cada cliente na rede deve possuir um Sistema Operacional Local, por exemplo, Windows, Linux, Android, etc. e este sistema local é complementado por um Sistema Operacional de Redes que utiliza um módulo redirecionador fazendo com que o usuário não perceba que o recurso uilizado é remoto. Repetidor: Dispositivo utilizado para expandir uma rede além do limite físico do cabo. Todo cabo apresenta um comprimento máximo no qual é possível transmitir um sinal com segurança, no entanto, o sinal elétrico transmitido vai enfraquecendo ao longo do meio de transmissão, esse fenômeno chama-se atenuação. Se haver a necessidade de usar um cabo maior, fora da especificação do comprimento de segurança, o sinal ficará mais fraco podendo até mesmo corromper os dados. Para resolver este problema utiliza-se um repetidor no meio do circuito, pois o repetidor regenera o sinal garantindo a integridade da informação no próximo segmento da rede. Figura 21 - Repetidor Hub: Dispositivo pelo qual se transmite dados, tendo, como principal característica, que a mesma informação está sendo enviada para todos os receptores simultaneamente (Processo de broadcast). O hub (Figura 22), pode ter várias portas para conectar o cabo de rede de cada computador, normalmente 8, 16, 24 e 32 portas. A quantidade varia de acordo com o modelo e o fabricante do equipamento. Embora semelhantes, por apresentar mais limitações, menos vantagens e ser mais simples que o switch, o hub caiu em desuso. Figura 22 - Hub Doméstico 19 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Bridge: Também conhecida pelo nome de Ponte (Figura 23), executa a mesma função de um repetidor porém com uma performance maior, isto é, não gera tráfego inútil na rede devido a trabalhar na camada 2 do modelo OSI, fazendo acesso ao endereço MAC para saber o segmento da rede em que está o dispositivo para o qual deseja-se enviar uma informação. A Bridge faz uma filtragem do tráfego de rede, gerenciando os pacotes de origem e destino. Figura 23 - Bridge Roteador: É um equipamento que permite interligar duas redes lógicas, que podem ser de diferentes classes, tipos e tecnologias. O roteador (Figura 24) pode acessar o endereço de rede e possui uma tabela interna que define a melhor rota para entregar um pacote de informação. Trabalha na camada 3 do modelo OSI (Rede) e é capaz de se auto configurar a partir de uma linguagem própria criando tabelas de roteamento que são alteradas dinâmicamente. Uma grande vantagem que este equipamento apresenta é que se por ventura um novo roteador for instalado na rede ou uma rota for alterada, todos os roteadores da rede se comunicam e atualizam de forma automática suas respectivas tabelas de roteamento. Figura 24 - Roteadores Switch: É um dispositivo semelhante ao hub, no entanto, ao passo que o hub compartilha a largura de banda para todas as suas portas, um switch (Figura 25) dedica a largura de banda para cada porta. Por exemplo, uma rede cuja largura de banda é de 10Mbps, fazendo a utilização de um hub, esta largura será compartilhada para todas as portas, no entanto se para 20 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB esta mesma rede utilizarmos um switch, para cada porta será dedicado este valor, logo a rede será transformada em vários segmentos de 10Mps onde cada segmento é dedicado e evitando a colisão entre eles, logo o switch evita a possibilidade de congestionamento no meio físico e perda de tempo em retransmitir informações. Considerando que o hub divide a largura da banda entre as portas, o switch possibilita que cada equipamento da rede se comunique com a velocidade total. Quanto aos tipos de switch em relação ao modelo OSI, podem ser classificados em: Switch Layer 2 – Atua na camada de enlace fazendo a verificação apenas dos endereços MAC; Switch Layer 3 – Atua na camada de rede. Gerencia o tráfego de rede e evita tráfego desnecessário, trabalha com o endereço de rede no entanto não possui tantos recursos quanto um roteador; Switch Layer 4 ao 7 – Atua nas camadas mais altas em relação à camada de rede e gerencia os tipos de tráfego para priorizar aplicações mais críticas. Figura 25 - Switch Firewall: Consiste de uma solução de segurança para redes desenvolvida em hardware (Figura 26 – Esquerda) ou software (Figura 26 – Direita). No Firewall pode-se definir instruções que analisam o tráfego da rede para determinar quais operações de transmissão ou recepção podem ser executadas. O Firewall é uma parede de defesa (traduzindo literalmente “Parede de Fogo”) com o objetivo de bloquear tráfego de dados indesejado e liberar acesso de tráfego confiável. Figura 26 - Firewall 21 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Gateway: Consiste de um servidor (Figura 27) que possibilita que sistemas com diferentes tecnologias, protocolos de comunicação, estrutura de rede, etc. possam se comunicar. Todos os dispositivos de um sistema conseguem se comunicar com os dispotivos de outro de sistema diferente por meio do Gateway. Figura 27 - Conceito de Gateway Aula 08 – Cabeamento e Meios de Comunicação Nesta aula serão apresentados os principais meios de comunicação e cabeamento que permitem a conexão dos equipamentos vistos na aula anterior, também serão demonstradas as limitações e características de cada meio. O cabeamento consiste de um meio físico onde trafegam os sinais elétricos de informação entre servidores, clientes e outros periféricos e em alguns casos, além de sinais de dados, existe também a possibilidade de transmitir sinais de alimentação para manter os equipamentos energizados. É através das características do meio, como por exemplo, tipo de cabo, material com o qual o cabo é fabricado, comprimento máximo recomendado para determinado tipo de cabo que pode-se determinar a distância máxima para transportar um sinal elétrico de sua origem até seu destino. Quanto a velocidade de transmissão, deve-se levar em conta que é determinada pelos métodos de acesso especificados na camada 2 do modelo OSI, no entanto o meio físico escolhido deve ser compatível e suportar esta velocidade. Vejamos agora os principais meios físicos de transmissão e suas características: Cabo de Par Trançado: O cabo de par trançado (Figura 28 – Esquerda) consiste de 2 ou mais pares de fios de cobre isolados e torcidos entre si, internamente agrupados e com um revestimento externo para proteção. Podem ser de dois tipos: Com blindagem (STP) e sem blindagem (UTP). Um cabo de par trançado pode transmitir um sinal elétrico a uma distância máxima de até 100 metros. A conexão deste cabo pode ser feita através do uso de conectores RJ-45 (Figura 28 – Centro) e este tipo de 22 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB cabo é classificado em categorias de acordo com a aplicação. As categorias são: Categoria 1 – Utiliza-se para transporte de voz, cabo UTP usado para telefonia; Categoria 2 – Cabo formado por 2 pares, possui certificação para transmitir sinais até uma frequência de 4MHz; Categoria 3 – Cabo formado por 2 pares, possui certificação para transmitir sinais até uma frequência de 10MHz; Categoria 4 – Cabo formado por 4 pares, possui certificação para transmitir sinais até uma frequência de 16MHz; Categoria 5 e 5e – Cabo formado por 4 pares, possui certificação para transmitir sinais até uma frequência de 100MHz; Categoria 6e – Cabo formado por 4 pares, possui certificação para transmitir sinais até uma frequência de 250MHz; Figura 28 - Cabo de Par Trançado e Conector RJ-45 Cabo Coaxial: O cabo coaxial é um cabo composto de um núcleo de cobre revestido por um material isolante que pode variar de teflon ou PVC cuja função é proteger o cabo evitando que se quebre. Possui uma camada de blindagem para proteger os dados que atua absorvendo os sinais de ruído elétrico logo acima da camada isolante que pode ser de alumínio ou malha de cobre e por fim revestindo essa malha, o cabo contém a capa de proteção externa do fabricante. Em redes de computadores, utilizavam-se dois tipos de cabo coaxial, são eles: Cabo Coaxial Grosso (Thicknet): Consiste de um cabo rígido (Figura 29 a esquerda), o que torna um pouco difícil seu manuseamento. Este cabo pode transportar sinais elétricos de 23 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB informação até uma distância de 500 metros. Utiliza-se o conector AUI (Attachment Unit Interface – Figura 29 a direita) de 15 pinos em conjunto com um cabo transcepetor para fazer a conexão. Atualmente esta tecnologia caiu em desuso, no entanto é importante que o leitor tenha este conhecimento devido a existência de sistemas antigos e possíveis questões em provas e testes diversos. Figura 29 - Cabo Coaxial Grosso e Conectores AUI Cabo Coaxial Fino (Thinnet): Consiste de um cabo similar ao anterior porém, com um diâmetro menor (Figura 30 – Esquerda). A conexão pode ser feita por meio de um conector BNC tipo T (Figura 30 – Centro) em conjunto com um conector BNC fêmea simples em cada uma das pontas que estão ligadas ao T que por sua vez são ligadas ao cabo. Para a placa de rede local utiliza-se um conector BNC macho. Este cabo pode levar um sinal até uma distância máxima de 185 metros, no entanto esta tecnologia também encontra-se em desuso. Figura 30 - Cabo Coaxial Fino e Conector BNC Cabo de Fibra Óptica: Este cabo consiste de um filamento de vidro revestido de uma substância que contém um baixo índice de refração fazendo com que os raios luminosos sejam refletidos na parte interna do cabo, o que minimiza muito as perdas de transmissão. Cada um dos filamentos de vidro que compõe o cabo permitem que o sinal seja transportado apenas em um sentido, por esta razão, o cabo é formado por duas fibras ópticas. Os cabos de fibra óptica (Figura 31) utilizam 24 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB conectores SC, ST e MT-RJ em suas extremidades para fazer a conexão e podem ser classificados em dois tipos, são eles: Monomodo – Este cabo utiliza um diodo emissor de luz (LED) como fonte de luminosidade, por isso apresenta menor custo. Pode transportar dados até 2Km com uma velocidade de 100Mbps ou ainda transportar um sinal a 550m com uma velocidade de 1Gbps. Multimodo – Este tipo de fibra utiliza o laser como fonte de luminosidade, e os filamentos são mais delicados. Pode transportar um sinal até 5Km de distância com uma velocidade de 1Gbps, no entanto apresenta um custo maior. Figura 31 - Cabos de Fibra Óptica Sistema Wireless: Também conhecido pelo termo “sem fio”, este sistema permite que exista conexão entre dispositivos sem a utilização de cabos através do princípio de transmissão por ondas eletromagnéticas, que transportam os dados usando como meio o ar. Atualmente muitos switches domésticos e dispositivos mobile utilizam esta tecnologia, no entanto é possível utilizar adaptadores wireless para comunicar um computador desktop ou outros dispositivos por exemplo, sem usar cabo. Figura 32 – Dispositivos para Comunicação Wireless 25 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aula 09 – Layout e Cabeamento Estruturado Cabeamento estruturado é a modalidade cujo principal objetivo é estudar a disposição organizada e padronizada de conectores e meios de transmissão para as redes sejam elas de computadores ou telefonia, de modo que a infraestrutura de cabeamento seja livre quanto ao tipo de aplicação e layout, permitindo a interligação entre diversos equipamentos de rede. O cabeamento estruturado utiliza conectores RJ-45 e cabos UTP como mídias-padrão para a transmissão de dados. Quanto aos objetivos principais do cabeamento estruturado, pode-se destacar: Redução de custos de gestão do sistema; Dispor de um sistema de cabos que atenda tanto a rede de dados como a rede de telefonia; Proporcionar facilidade de expansão para uma rede local ou adaptação de novas redes; Facilitar a manutenção; Definir normas para instalação; Garantir bom funcionamento dos serviços. Como o assunto de cabeamento estruturado é muito extenso necessitando um curso apenas para tratar sobre o tema, então para este curso cujo objetivo são conceitos fundamentais de rede, será mostrada apenas uma visão geral sobre cabeamento estruturado sem entrar em maiores detalhes. Um sistema de cabeamento estruturado pode ser definido por 4 principais componentes, a seguir serão explicados cada um destes componentes do sistema: 1-) Área de Trabalho: Consiste do lugar definido para alocação de uma estação de rede (computador) e que possibilita a utilização de um usuário para tal. Uma quantidade de cabos é definida para atender uma determinada quantidade de áreas de trabalho de acordo com o projeto do local. 2-) Sala de Comunicação ou Sala de Equipamentos: Corresponde ao local onde são instalados os equipamentos de rede como switches, roteadores, servidores, etc. Normalmente estes equipamentos são instalados em grandes armários metálicos 26 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB denominados racks. Os racks mais utilizados para esta finalidade contém uma estrutura metálica capaz de armazenar os dispositivos em pilha de forma que fiquem alocados um sobre o outro porém acoplados na estrutura interna do rack. Os racks também possuem painéis instalados nele, conhecidos pelo nome de patch panel, onde são ligados os cabos que procedem de todas as estações que usam dispositivos deste rack, e por fim, as conexões são feitas através do patch panel (Figura 33 – Esquerda) até os dispositivos de rede como um switch por exemplo, utilizando um patch cord (Figura 33 – Direita). Um patch cord muito comum para este tipo de aplicação, consiste de um pedaço de cabo de par trançado com conectores RJ-45 nas duas pontas com um tamanho máximo de 5m, seu uso apresenta vantagens como fácil manuseio, manutenção, alteração do layout lógico de rede, etc. Figura 33 - Patch Panel e Patch Cord 3-) Cabeamento Horizontal: Corresponde ao seguinte conjunto de cabos: cabo de rede proveniente da estação de rede, cabo horizontal e o patch cord. Um cabo horizontal é também conhecido como cabo de link, consiste de um cabo que faz a ligação da tomada (ponto de rede) que encontra-se na área de trabalho onde fica a estação de rede até o patch panel do rack, sua distância máxima é de 90m. Uma vez executado o projeto de cabeamento horizontal, qualquer alteração da rede, não deverá ser feita mais manuseando o cabeamento horizontal, este manuseio deverá ser feito apenas através dos patch cords do rack ou do cabo que liga a estação de rede até a tomada de cabeamento horizontal (ponto de rede). 4-) Cabeamento de Backbone: Corresponde ao cabeamento que faz a ligação entre as salas de comunicação. Estas salas, podem estar 27 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB fisicamente situadas em pavimentos diferentes ou no mesmo pavimento de uma edificação. O tipo de cabo implementado (STP, UTP, Fibra, etc.) irá variar de acordo com alguns fatores como a distância, ambiente, ruído, entre outros. A Figura 34 ilustra uma visão simples e conceitual que descreve o cabeamento estruturado com base nos itens 1, 2, 3 e 4 explicados previamente. Figura 34 - Cabeamento Estruturado Aula 10 – Tipos de Rede As redes podem ser classificadas de acordo com o seu tamanho, atualmente existem diversos tipos de classificação para os tipos de rede, a seguir serão explicados os três grandes principais tipos de rede. LAN (Local Area Network) – É um tipo de rede cuja cobertura abrange uma pequena área geográfica. Uma rede LAN faz a conexão entre computadores, servidores, impressoras e outros dispositivos dentro de uma pequena área geográfica que pode ser uma residência, um prédio ou vários prédios dentro de uma área privada por exemplo. Este tipo de rede apresenta uma alta velocidade e uma baixa taxa de erros. MAN (Metropolitan Area Network) – Este tipo de rede faz a interligação de várias redes que encontram-se geograficamente próximas dentro de uma zona urbana, todos os pontos desta rede comunicam-se como se estivessem dentro da mesma rede local. A distância para interligar as redes do tipo MAN pode variar até dezenas de quilômetros, como um exemplo de rede MAN pode ser considerado o sistema de TV a cabo que era utilizado na década de 90 em grandes cidades do Brasil como São Paulo, Rio de Janeiro e outras. 28 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB WAN (Wide Area Network) – A rede WAN consiste de uma rede de longa distância, é um tipo de rede que abrange uma ampla área geográfica como por exemplo, várias cidades, um país ou um continente. Figura 35 - Redes LAN, MAN e WAN Aula 11 – A Pilha TCP/IP O TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) consiste de uma pilha de protocolos padrão atualmente disponível em quase todos os equipamentos. Esta pilha padrão permite que diferentes dispositivos e sistemas operacionais se comuniquem. Existe um conjunto de documentos chamados de RFC (Request For Comments), onde é publicada a padronização do TCP/IP. Esses documentos descrevem todos os trabalhos que são feitos para a padronização da Internet, alguns destes documentos ainda descrevem os serviços de rede e os protocolos de comunicação bem como suas implementações. A pilha TCP/IP é dividida em 4 camadas que se relacionam com as camadas do modelo OSI conforme mostra a Figura 36. Figura 36 - Modelo OSI e Pilha TCP/IP 29 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB A seguir, uma breve explicação de cada uma das camadas e suas funções na pilha TCP/IP. Interface de Rede – Também conhecida como “Acesso à Rede”, representa a camada mais baixa da pilha equivalendo às camadas Física e de Enlace no modelo OSI. A função desta camada é colocar e retirar os dados no meio físico. Internet – Equivalendo à camada de Rede no modelo OSI. A função desta camada é endereçar, empacotar e rotear os dados. Nesta camada, encontramos alguns protocolos importantes como: ARP (Address Resolution Protocol) – Responsável por resolver endereços de hardware de hosts (computadores) que encontram-se na mesma rede física, executam esta tarefa com o objetivo de localizar os endereços dos hosts de destino; ICMP (Internet Control Message Protocol) – Responsável por enviar mensagens e informar os erros que por ventura possam ocorrer na entrega dos pacotes; IP (Internet Protocol) – Responsável por endereçar e rotear pacotes entre hosts (computadores) e redes. Transporte – Esta camada é equivalente à camada de Transporte no modelo OSI. A função desta camada é proporcionar a comunicação entre os hosts. Nesta camada os principais protocolos são: TCP (Transmission Control Protocol) – Responsável por fornecer e estabelecer antes da transmissão uma comunicação segura e confiável. Este protocolo é muito utilizado em aplicações que enviam grandes quantidades de dados de uma só vez ou aplicações que necessitam de confirmação de recebimento de dados. UDP (User Datagram Protocol) – Este protocolo permite enviar um datagrama (unidade independente com informações que permitem seu roteamento) encapsulado em um pacote IP e não garante a entrega dos pacotes, por isso não é muito confiável. Normalmente seu uso é feito em aplicações que transmitem pequenas quantidades de dados de uma só vez, devido as limitações deste protocolo, o aplicativo deverá ter lógicas e rotinas de confirmação para o recebimento dos dados. 30 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aplicação – Esta camada é equivalente às camadas de Sessão, Apresentação e Aplicação no modelo OSI. A função desta camada é proporcionar o acesso do aplicativo à rede. Esta camada possui dois tipos de sistemas de interface, são eles: NetBIOS – Responsável por fornecer uma interface de programação para os protocolos que possuem suporte a convenção de nomes NetBIOS para endereçamento. Sockets – Permitem oferecer uma interface de programação padronizada para aplicativos que pode ser utilizada em diversos tipos de sistemas operacionais. Aula 12 – Endereçamento IP O esquema de endereçamento IP permite que um host TCP/IP possa ser identificado na rede. Considera-se um host, qualquer hardware que possa receber um endereço IP, por exemplo, um computador, um tablet, um servidor, um CLP, etc. Dentro de uma LAN, todo dispositivo deve ser identificado por um endereço único e que tenha um formato padronizado. Atualmente, existem dois tipos de endereçamento IP, o IPv4 e o IPv6. O IPv4 trabalha com endereços de 32 bits, suporte opcional de Ipsec, seus endereços de broadcast são utilizados para enviar tráfego para todos os hosts de uma rede, suporta pacotes de 576 bytes, etc. O número crescente de dispositivos, está fazendo com que o IPv4 não possua mais endereços disponíveis para todos os dispositivos, por isso ficará obsoleto no futuro. Visando a solução deste problema, foi criado o conceito de IPv6 com o intuito fornecer um número muito maior de endereços IP de modo a permitir que mais dispositivos possam se conectar a rede mundial. O IPv6 trabalha com endereços de 128 bits, suporte obrigatório de Ipsec, seus endereços de broadcast deixam de existir para dar espaço ao multicast e suporta pacotes de 1280 bytes entre tantas outras vantagens. Por ser mais didático e visando facilitar o aprendizado do leitor, este curso irá mostrar o conceito de endereçamento IP, utilizando como base o IPv4, pois este ainda é muito utilizado mundialmente. Um endereço IP (IPv4) consiste de um total de 32 bits, composto por 4 campos de 8 bits. Cada campo é separado por um ponto e este campo representa um número decimal que varia de 0 a 255. 31 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Veja a seguir na Figura 37, a composição de um endereço IP com suas representações na base binária (máquina) e na base decimal (usuário). Figura 37 - Constituição de um Endereço IP Um endereço IP é formado por duas partes, a primeira parte é o Net ID ou identificação de rede. A parte correspondente ao Net ID serve para identificar uma rede sendo que todos os computadores dentro desta rede deverão conter em seu IP o mesmo Net ID. A segunda parte é o Host ID que serve para identificar um dispositivo (computador, teblet, servidor, etc.) dentro de uma rede. O Host ID deve ser único para cada dispositivo. Figura 38 - Net ID e Host ID Um endereçamento IP é definido de acordo com sua classe. Existem 5 classes de endereçamento IP conhecidas como classe A, B, C, D e E que foram definidas para alocar redes de diferentes tamanhos, no entanto, é permitido comercialmente apenas o uso das classes A, B e C. As classes de endereçamento IP servem para definir quais campos serão utilizados pelo Net ID e pelo Host ID. 32 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Aula 13 – Sub-Redes O conceito de sub-redes surgiu em 1985 com a necessidade de dividir as redes formadas a partir das classes A, B ou C em outras redes menores. Este conceito foi definido através de um procedimento padrão por meio do RFC 950 com o objetivo de resolver dois problemas: 1-) Evitar que os administradores locais de rede fizessem numerosas requisições de número de rede para instalação de novas redes; 2-) Adequar os sistemas a expansão da Internet, que fazia as tabelas de roteamento crescerem. A solução encontrada foi a adição de mais um nível na estrutura de endereçamento, logo, o número do host foi dividido em uma parte destinada a numeração da sub-rede e a outra destinada a numeração do host, logo o esquema ficou conforme mostra a Figura 39. Figura 39 - Esquema de Endereço de Sub-Rede Com esta solução, o conceito de sub-rede ajudou a diminuir o crescimento da tabela de roteamento na Internet uma vez que a estrutura de sub-rede não é visível externamente, com isso todas as sub-redes dentro de um local, estão associadas a uma única entrada na tabela de roteamento da Internet, o que faz o roteamento da Internet para qualquer uma dessas sub-redes internas usar sempre o mesmo endereço IP. Uma sub-rede é administrada localmente e é vista pelo ambiente externo (Internet), como sendo uma única rede. Um endereço de rede, pode ser dividido em várias sub-redes sendo que o endereço mais baixo dará o endereço da rede (campo destinado a host ID preenchido por zeros) e o endereço mais alto será o endereço de broadcasting (pacote de dados que é enviado para todas as máquinas na rede). 33 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB Para entender melhor o conceito, veja o exemplo a seguir onde temos uma sub-rede formada a partir de uma classe C: Exemplo 1 – Endereçamento de Sub-Redes Endereços de Sub-Redes: 200.10.80.0 (Sub-Rede 1 – Rede 80) 200.10.85.0 (Sub-Rede 2 – Rede 85) 200.10.88.0 (Sub-Rede 3 – Rede 88) Exemplo 2 – Endereçamento de Máquinas em uma Sub-Rede (Rede 88) Endereço da Rede: 200.10.80.0 (Endereço mais baixo) Endereços Válidos de Host: 200.10.80.1 200.10.80.2 200.10.80.3 200.10.80.4 ... 200.10.80.254 Endereço da Broadcasting: 200.10.80.255 (Endereço mais alto) Uma outra coisa importante a se considerar é a máscara de sub-rede. É ela quem define quantos endereços IP serão permitidos utilizar na sub- rede, define o tamanho da sub-rede, também serve para identificar as partes do endereço IP que correspondem à rede pública (Internet), à rede local (Sub-Rede) e ao host (máquina). A máscara de sub-rede padrão sempre vai estar de acordo com a classe do endereço IP, por exemplo: Classe A: 255.0.0.0 Classe B: 255.255.0.0 Classe C: 255.255.255.0 As máscaras de sub-rede podem usar até 32 bits que são divididos em duas partes: um bloco de bits em “1”, seguido por outro bloco de bits em “0”. Os bits em “1” indicam a parte do endereço IP reservada à rede e os bits em “0” indicam a parte reservada ao host. 34 Distribuição Gratuita – Venda Proibida Elaborado por AGGARB As técnicas utilizadas para endereçamento IP e subneting requerem muitos cálculos e conceitos, para tal seria necessário desenvolver um outro curso abordando apenas estes assuntos, como a proposta deste curso é dar ao leitor a base do que é uma rede, seus fundamentos e a utilização de ferramentas de simulação para construir, testar e simular seus próprios projetos, no momento encerra-se por aqui o curso básico de redes. Agradeço e espero que todos que tenham lido este material e assistido as aulas, tenham absorvido e entendido de uma forma fácil o conhecimento sobre os conceitos de rede e desejo que você leitor não pare por aqui, isto é apenas o começo de uma caminhada, continue procurando mais conhecimento sobre redes, leia bons livros, faça diversos cursos (matricular-se em um bom curso presencial ajuda muito além de proporcionar um certificado), procure mais material na Internet, na biblioteca de sua faculdade ou em qualquer outro local, faça provas para obter certificações, leia, pesquise, jamais se contente com o básico, sempre procure mais, sempre aprenda mais, pois isso poderá fazer a diferença na sua vida profissional. Boa Sorte ! Links Úteis – Confira ! 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