Aula 3

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Redes Ethernet
Israel Morais
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Simuladores de redes
Simuladores de redes são softwares especialistas que possuem a capacidade de emular o funcionamento de equipamentos de rede de diversos fabricantes em ambientes de laboratório.
Atualmente temos disponível simuladores de rede proprietário que normalmente simula equipamentos de um fabricante especifico e os simuladores de rede de código aberto (Open Source) que simulam equipamentos de fabricantes variados.
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Simuladores de redes
Cisco Packet Tracert
O software Packet Tracert é uma ferramenta proprietária da Cisco System (Empresa de tecnologia de rede – www.cisco.com) e obviamente, emula equipamentos que possuem tecnologia Cisco. Sua licença é gratuita e pode ser baixado no site do fabricante.
O Cisco Packet Tracert foi criado pela com objetivo de apoiar os estudantes do programa Cisco Networking Academy a resolver e testar os problemas e configurações de equipamentos de rede durante o processo de estudo para as certificações da empresa.
Com a crescente evolução das redes Ethernet nos ambientes industriais (Termo de mercado é IoT – Internet of Things / Internet das Coisas), a Cisco modificou o Packet Tracert para se adequar a necessidade dos profissionais de tecnologias se especializarem nos equipamentos e soluções de rede Ethernet Industrial.
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Simuladores de redes
Realizar Laboratório 01
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Simuladores de redes
GNS3
O GNS3 é um simulador de rede Open Source de ótima qualidade que possibilita simular equipamentos de diversos fabricantes.
Para realizar download da ferramenta é necessário criar uma conta no site do GNS3.
Diferente do Packet Tracert, a instalação e configuração do GNS3 é um pouco mais complexa, sendo necessário baixar as versões dos softwares de cada fabricante e conhecimento avançados em computação.
Existem versões do GNS3 para Linux, MAC e Windows. Também é possível baixar uma máquina virtual (Appliance) do GNS3 Server (Servidor GNS3).
Com o servidor GNS3 é possível realizar laboratórios avançados com servidores Windows e Linux, switches de diversos fabricantes, captura de dados utilizando o wireshark (software para analisar dados na rede), configuração de firewalls, configuração de roteadores e entre outras diversas possibilidades.
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Modelo de referência OSI
Vídeo 03 
03 - Animação Encapsulamento OSI LARC.avi
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Modelo de referência TCP/IP
Vídeo 04
04 - Rede de Computadores - Animação em 3D.avi
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TCP/IP – Comparação entre TCP x UDP
Vídeo 05 – Funcionamento dos protocolos UDP e TCP
05 - Entenda os protocolos TCP e UDP.avi
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TCP/IP – Camada de Internet 	
	A camada de Internet é responsável pela identificação lógica dos elementos de rede e roteamento dos pacotes de dados. Nesta camada o Protocolo IP é definido. Os outros protocolos nessa camada existem apenas para suportá-lo.
Atualmente o protocolo IP possui duas versões, a IPv4 e IPv6. A versão IPv4 é mais utilizada em redes locais e sua versão mais nova, atualmente é largamente utilizada no ambiente de Internet (redes WAN). 
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TCP/IP – Camada de Internet 	
	O protocolo IPv4 possui um cabeçalho de 20 bytes (160 bits). Abaixo segue o resumo dos campos do cabeçalho IPv4:
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TCP/IP – Camada de Internet – Fragmentação de Datagramas IP	
	Em uma rede Ethernet o campo chamado MTU (Maximum Transmission Unit) define a quantidade de dados que podem ser transmitidos de uma vez em um único quadro (frame). Para quadros padrão Ethernet esse limite é de 1500 bytes e para quadros 802.3 é de 1492 bytes.
	Caso o tamanho do pacote seja maior do que o MTU, e o bit DF do campo Flags do cabeçalho IP esteja ajustado em 0, o roteador irá fragmentar o pacote.
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TCP/IP – Camada de Internet – Fragmentação de Datagramas IP	
Fragmentar o pacote significa dividir o pacote em unidades de menor tamanho, denominadas Fragmentos. O tamanho máximo de um fragmento é o tamanho da MTU menos o tamanho do cabeçalho IPv4, que pode variar de 20 a até 60 bytes. Cada fragmento será enviado pela rede em um pacote separado, e cada um desses pacotes seguirá as seguintes regras:
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TCP/IP – Camada de Internet – Fragmentação de Datagramas IP	
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TCP/IP – Camada de Internet – Protocolo ICMP
O protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) é definido na camada de Internet e é usado pelo protocolo IP na função de mensageiro. As mensagens ICMP são encapsuladas e transportadas em pacotes IP. 
Entre os eventos e mensagens mais comuns transportados pelo ICMP, podemos destacar os seguintes:
Tipo 0: Echo Replay – Resposta a um PING
Tipo 3: Destination unreachable - destino inalcançável
Tipo 8: Echo Request - Solicitação PING
Tipo 11: Time Exceed – TTL excedido
Tipo 30: Traceroute.
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TCP/IP – Camada de Internet – Comando Ping
O comando PING verifica a conectividade de nível IP com outro computador enviando mensagens de solicitação de eco ICMP. Os recebimentos de mensagens de resposta de eco correspondentes são exibidos juntamente com ida. O ping é o principal comando da pilha TCP/IP usado para solucionar problemas de conectividade, alcance e resolução de nomes.
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TCP/IP – Camada de Internet – Protocolos ARP e RARP
O ARP é um protocolo que permite obter o MAC Address de uma interface a partir de seu endereço IP. Existe também um outro protocolo que permite realizar o mapeamento inverso, ou seja, obter o endereço IP a partir de um MAC Address. Esse protocolo é conhecido por RARP (Reverse Address Resolution Protocol).
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TCP/IP – Camada de Internet – Protocolos ARP e RARP
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TCP/IP – Camada de acesso a rede
A camada de acesso a rede é responsável pela definição dos protocolos de acesso ao meio, como Ethernet, PPP, HDLC, etc. Nesta camada também são definidos os padrões de conectores, sinalização elétrica e tipo de topologias.
	As principais funções da camada de acesso a rede são:
Mapeamento de endereços IP para endereços físicos de hardware
Encapsulamento de pacotes IP em frames. 
Com base no tipo de hardware e na interface de rede, a camada de acesso à rede define a conexão com os meios físicos da rede.
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Endereçamento IPv4
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Endereçamento IPv4
	O endereço IP é um identificador único associado a cada dispositivo conectado a uma rede IP. Este endereço possibilita que o dispositivo seja localizado e que o processo de comunicação ocorra. Diferente o endereço MAC, o endereço IP é definido por software. O endereço IP foi criado para possibilitar a comunicação de equipamentos pelos diversos tipos de meio físico de transmissão (Ethernet, Frame Relay, PPP, etc). Esta característica torna o meio físico irrelevante para o processo de comunicação via IP.
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Endereçamento IPv4
	Antes de iniciar o estudo sobre a estrutura do endereçamento IP, é importante destacar os seguintes conceitos:
Bit: Menor porção de informação, seu valor sempreserá 0 ou 1;
Byte ou Octeto: Conjunto de 8 bits;
Endereço de Broadcast: Endereço IP especial utilizado para envio de informação para todos os dispositivos na rede simultaneamente;
Endereço de Multicast: Endereço IP especial utilizado para envio de informação para um grupo especifico do dispositivo de rede;
Endereço Unicast: Endereço IP utilizado para envio de informação de um equipamento para o outro.
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Endereçamento IPv4 - Broadcast
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Endereçamento IPv4 - Multicast
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Endereçamento IPv4 - Unicast
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Definição de domínio de colisão e broadcast
Quantos domínios de colisão e broadcast a topologia de rede abaixo possui?
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Endereçamento IPv4 - Conversão de números binários
	No sistema binário, os números evoluem na ordem de 2 elevado a alguma coisa. Sabendo disso, é possível converter números binários e decimal apenas observado a posição do digito binário e a respectiva ordem de grandeza do mesmo.
	O número binário é lido da esquerda para direita e a potência de 2 inicia em dois elevado a 0 (20=1). Os valores vão sempre dobrando conforme o valor do expoente cresce, como por exemplo: 20=1, 21=2; 22=4 .... 26=64, 27=128.
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Endereçamento IPv4 - Conversão de números binários
Como converter um número binário para decimal?
Deve-se verificar a quantidade de bits do número desejado. Por exemplo, o número binário 101011 possui seis bits;
O primeiro bit será o valor correspondente a potência de 2numero de bits – 1 
Obs.: O -1 (menos um) no expoente é referente ao início da potência de 2 para cadeia binaria, que se inicia em 20. Utilizando o número 101011 que contém seis bits, o primeiro valor será 25=32
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Endereçamento IPv4 - Conversão de números binários
Como converter um número binário para decimal?
A cada valor binário igual a 1, deve-se verificar sua posição na cadeia e anotar o valor decimal correspondente da potência de 2. Como por exemplo:
101011 – 25=32
101011 – Bit igual a 0, não faz nada
101011 – 23=8
101011 – Bit igual a 0, não faz nada
101011 – 21=2
101011 – 20=1
Após realizar o processo acima, deve-se somar os valores encontrados para descobrir o valor decimal do binário em questão. Como por exemplo:
32+8+2+1=43. O valor binário 101011 equivale a 43 no padrão decimal.
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Endereçamento IPv4 - Conversão de números binários
Como converter um decimal para binário?
Para realizar a conversão de Decimal para binário basta seguir a sequência abaixo:
Equação:
Y = valor decimal que deseja converter
X = quantidade de bits – 1 da posição do valor binário 
2X<= Y; Se for verdade (valor binário = 1; Y = Y – 2X); Se for falso (valor binário = 0; Y = Y); Se o resultado da subtração de Y for = 0, o processo de conversão foi concluído.
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Endereçamento IPv4 - Conversão de números binários
Como converter um decimal para binário?
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Endereçamento IPv4 - Conversão de números binários
E agora? Agora vamos fazer os exercícios.
Converta os seguintes números binários 11101, 100001, 101111, 110101 para decimal
Converta os seguintes números decimais 10, 100, 255, 224, 1024 para binário
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Endereçamento IPv4 – Definição do endereço IP
Um endereço IPv4 é formado por 32 bits. Esses bits são divididos em quatro grupos, chamados de octetos ou bytes.
A notação mais comum do endereço IPv4 é a decimal, com cada byte separado por pontos, como por exemplo 192.168.0.1. 
Cada byte em um endereço IPv4 pode conter um número decimal compreendido entre o intervalo de 0 à 255
O endereço IPv4 é estruturado de forma hierárquica, onde temos uma parte do endereço para endereçar a rede e outra para endereçar os dispositivos. 
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Endereçamento IPv4 – Definição do endereço IP
Quando o esquema de endereçamento IP foi definido, foram criadas cinco classes de endereçamentos, denominadas de classe A, B, C, D e E. As classes A, B e C são comumente utilizadas para endereçar os dispositivos de rede (computadores, roteadores, etc). A classe D não foi idealizada para alocação regular de host. Os endereços de Multicast são definidos na classe D. Por fim, a classe E foi reserva para pesquisas futuras e não tem utilização no dia a dia.
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Endereçamento IPv4 – Definição do endereço IP
Para assegurar a eficiência no processo de roteamento de pacotes, os criadores do protocolo IP definiram um padrão único de bits no primeiro octeto para identificar rapidamente cada uma das classes de endereçamento. Este padrão é apresentado na tabela abaixo. Dessa forma o roteador é capaz de identificar a qual classe um endereço IP pertence apenas lendo os primeiros bits de um endereço.
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Endereçamento IPv4 – Definição das classes de endereçamento IP
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Endereçamento IPv4 – Definição das classes de endereçamento IP
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Exemplo de uso:
Endereço IP: 10.40.0.37
Primeiro byte: 10
Segundo byte: 40
Terceiro byte: 0
Quarto byte: 37
Endereço IP convertido em binário: 00001010.00101000.00000000.00100101
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Endereçamento IPv4 – Definição do endereço IP
Para converter de binário para decimal, deverá colocar os bits posicionados na tabela e somar os valores decimal (primeira linha da tabela) referente ao bit ligado (valor 1).
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Endereçamento IPv4 – Definição do endereço IP
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Exemplo de uso:
Endereço IP: 00000010.01100000.10010001.00000100
Primeiro byte: 00000010
Segundo byte: 01100000
Terceiro byte: 10010001
Quarto byte: 00000100
Endereço IP convertido: 2.96.145.4
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Endereçamento IPv4 – Exercícios 
Desenhe a tabela auxiliar para conversão binária de endereço IPv4
Converta os seguintes endereços IPv4 de decimal para binário:
IP: 192.168.27.13 
IP: 200.255.27.17 
IP: 172.40.30.27
Converta os seguintes endereços IPv4 de binário para decimal:
 IP: 00001010.00101000.00110010.00001100
 IP: 10001010.00111000.10110010.00001101
 IP: 10001111.10001000.01110011.01111100
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