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01 FUNDAMENTOS DE REDES DE COMPUTADORES Manaus, 2020 Prof. Alexandre Campos Programa de Graduação Engenharia da Computação / Ciência da Computação O que são Redes de Computadores Redes de Computadores Refere-se a interconexão por meio de um sistema de comunicação baseado em transmissões e protocolos de vários computadores com o objetivo de trocar informações, além de outros recursos. Essa conexão é chamada de estações de trabalho (nós, pontos ou dispositivos de rede). Breve Histórico Desde muito tempo, o ser humano sentiu a necessidade de compartilhar conhecimento e estabelecer relações com pessoas distantes. Na década de 1960, durante a Guerra Fria, as redes de computadores surgiram com objetivos militares: interconectar os centros de comando dos EUA para proteção e envio de dados. A experiência com redes iniciaram através dos cientistas Lawrence Roberts e Thomas Merril, que fizeram uma conexão entre os centros de pesquisa na Califórnia e Massachusetts. Esses experimentos com redes se deu por causa da corrida espacial durante o programa da Advanced Research Projects Agency (ARPA), renomeada posteriormente para DARPA. A partir daí, vários conceitos relacionados a redes de computadores, como transferência de pacotes de dados, protocolo TCP/IP, entre outros, surgiram estando relacionados à criação da internet. Após isso, as redes tiveram propósitos acadêmicos e pesquisa em várias universidades. http://guerra-fria.info/ Alguns tipos de Redes de Computadores Antigamente, os computadores eram conectados em distâncias curtas, sendo conhecidas como redes locais. Mas, com a evolução das redes de computadores, foi necessário aumentar a distância da troca de informações entre as pessoas. As redes podem ser classificadas de acordo com sua arquitetura (Arcnet, Ethernet, DSL, Token ring, etc.), à extensão geográfica (LAN, PAN, MAN, WLAN, etc.), a topologia (anel, barramento, estrela, ponto-a-ponto, etc.) e o meio de transmissão (redes por cabo de fibra óptica, trançado, via rádio, etc.). Alguns tipos de Redes de Computadores • Redes Pessoais (Personal Area Networks – PAN) – se comunicam a 1 metro de distância. Ex.: Redes Bluetooth Alguns tipos de Redes de Computadores • Redes Locais (Local Area Networks – LAN) – redes em que a distância varia de 10m a 1km. Pode ser uma sala, um prédio ou um campus de universidade. Alguns tipos de Redes de Computadores •Redes Metropolitanas (Metropolitan Area Network – MAN) – quando a distância dos equipamentos conectados à uma rede atinge áreas metropolitanas, cerca de 10km. Ex.: TV à cabo. Alguns tipos de Redes de Computadores • Redes a Longas Distâncias (Wide Area Network – WAN) – rede que faz a cobertura de uma grande área geográfica, geralmente, um país, cerca de 100 km; • Redes Interligadas (Interconexão de WANs) – são redes espalhadas pelo mundo podendo ser interconectadas a outras redes, capazes de atingirem distâncias bem maiores, como um continente ou o planeta. Ex.: Internet Alguns tipos de Redes de Computadores Alguns tipos de Redes de Computadores • Rede sem Fio ou Internet sem Fio (Wireless Local Area Network – WLAN) – rede capaz de conectar dispositivos eletrônicos próximos, sem a utilização de cabeamento. Além dessa, existe também a WMAN, uma rede sem fio para área metropolitana e WWAN, rede sem fio para grandes distâncias http://internet-sem-fio.info/ TOPOLOGIAS DE REDES As topologias das redes de computadores são as estruturas físicas dos cabos, computadores e componentes. Existem as topologias físicas, que são mapas que mostram a localização de cada componente da rede e as lógicas, representada pelo modo que os dados trafegam na rede. Topologia Ponto-a-ponto – quando as máquinas estão interconectadas por pares através de um roteamento de dados TOPOLOGIAS DE REDES • Topologia de Estrela – modelo em que existe um ponto central (concentrador) para a conexão, geralmente um hub ou switch; TOPOLOGIAS DE REDES • Topologia de Anel – modelo atualmente utilizado em automação industrial e na década de 1980 pelas redes Token Ring da IBM. Nesse caso, todos os computadores são interligados formando uma anel e os dados são transmitidos de computador à computador até a máquina de origem; TOPOLOGIAS DE REDES • Topologia de Barramento – modelo utilizado nas primeiras conexões feitas pelas redes Ethernet, se trata de computadores conectados em formato linear, cujo cabeamento é feito em sequência Redes de Difusão (Broadcast) – quando as máquinas estão interconectadas por um mesmo canal através de pacotes endereçados (unicast, broadcast e multicast) TOPOLOGIAS DE REDES HARDWARE DE REDE O hardware de rede de computadores varia de acordo com o tipo de conexão. Assim são formados por cabos, placas de redes, roteador, hubs e outros componentes. Cabos Os cabos ou cabeamentos fazem parte da estrutura física utilizada para conectar computadores em rede, estando relacionados a largura de banda, a taxa de transmissão, padrões internacionais, etc. Há vantagens e desvantagens para a conexão feita por meio de cabeamento. Os mais utilizados são: • Cabos de Par Trançado – cabos caracterizados por sua velocidade, pode ser feito sob medida, comprados em lojas de informática ou produzidos pelo usuário; HARDWARE DE REDE •Cabos Coaxiais – cabos que permitem uma distância maior na transmissão de dados, apesar de serem flexíveis, são caros e frágeis. Eles necessitam de barramento ISA, suporte não encontrado em computadores mais novos HARDWARE DE REDE • Cabos de Fibra Óptica – cabos complexos, caros e de difícil instalação. São velozes e imunes a interferências eletromagnéticas. Após montar o cabeamento de rede é necessário realizar um teste através dos testadores de cabos, adquirido em lojas especializadas. Apesar de testar o funcionamento, ele não detecta se existem ligações incorretas. É preciso que um técnico veja se os fios dos cabos estão na posição certa. SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO Para que essa conexão não atrapalhe o ambiente de trabalho, se feito em uma grande empresa, são necessárias várias conexões e muitos cabos, assim surgiu o cabeamento estruturado. Através dele, um técnico irá poupar trabalho e tempo, tanto para fazer a instalação, quanto a remoção da rede. Ele é feito através das tomadas RJ-45 que possibilitam que vários conectores possam ser encaixados num mesmo local, sem a necessidade de serem conectados diretamente no hub. Além disso, o sistema de cabeamento estruturado possui um painel de conexões, em inglês Patch Panel, onde os cabos das tomadas RJ-45 são conectados, sendo um concentrador de tomadas, facilitando a manutenção das redes. Eles são adaptados e construídos para serem inseridos em um rack. Todo esse planejamento deve fazer parte do projeto do cabeamento de rede, em que a conexão da rede é pensada de forma a realizar a sua expansão. SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO Repetidores Dispositivo capaz de expandir o cabeamento de rede. Ele poderá transformar os sinais recebidos e enviá-los para outros pontos da rede. Apesar de serem transmissores de informações para outros pontos, eles também diminuirão o desempenho da rede, havendo colisões entre os dados à medida que são inseridas outras máquinas. Esse equipamento, geralmente, localiza-se dentro do hub. Hubs Dispositivos capazes de receber e concentrar todos os dados da rede e distribuí-los entre as outras estações (máquinas). Nesse momento nenhuma outra máquina consegue enviar um determinado sinal até que os dados sejam distribuídos completamente. Eles são utilizados em redes domésticas e podem ter 8, 16, 24 e 32 portas, dependendo do fabricante. Existem os Hubs Passivos, Ativos, Inteligentes e Empilháveis. SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO Bridges É um repetidor inteligente que funciona como uma ponte. Ele lê e analisa os dados da rede, além de interligar arquiteturas diferentes. Switches Tipo de aparelho semelhantea um hub, mas que funciona como uma ponte: ele envia os dados apenas para a máquina que o solicitou. Ele possui muitas portas de entrada e melhor desempenho, podendo ser utilizado para redes maiores. SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO Roteadores Dispositivo utilizado para conectar redes e arquiteturas diferentes e de grande porte. Ele funciona como um tipo de ponte na camada de rede do modelo OSI (Open Systens Interconnection - protocolo de interconexão de sistemas abertos para conectar máquinas com fabricantes diferentes), identificando e definindo um IP para cada computador que se conecta com a rede. Sua função principal é organizar o tráfego de dados na rede e selecionar o melhor caminho. Existem os roteadores estáticos, capaz de encontrar o menor caminho para tráfego de dados, mesmo se a rede estiver congestionada; e os roteadores dinâmicos que encontram caminhos mais rápidos e menos congestionados para o tráfego. SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO Modem Dispositivo responsável por transformar a onda analógica que será transmitida por meio da linha telefônica, convertendo-o em sinal digital original. SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO Servidor Sistema que oferece serviço para as redes de computadores, como por exemplo, envio de arquivos ou e- mail. Os computadores que acessam determinado servidor são conhecidos como clientes. Placa de Rede Dispositivo que garante a comunicação entre os computadores da rede. Cada arquitetura de rede depende de um tipo de placa específica. As mais utilizadas são as do tipo Ethernet e Token Ring (rede em anel). SISTEMA DE CABEAMENTO ESTRUTURADO SOFTWARE DE REDE As redes de computadores possuem vários componentes, quer sejam físicos ou lógicos baseadas em camadas e protocolos. A esse conjunto dá se o nome de arquitetura de rede. Cada sistema operacional possuem características específicas que oferecem suporte. A maioria das redes se organiza em camadas ou níveis (hierarquia), que são colocadas sobrepostas, sendo que cada uma tem a sua função específica, oferecendo suporte as camadas superiores. Para estabelecerem comunicação entre camadas de máquinas diferentes existem os protocolos da camada n. Cabeamento Estruturado https://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwj36__1peXOAhUBfZAKHRhcDRoQjRwIBw&url=http://www.resolveinfraestrutura.com.br/cabeamento-estruturado&bvm=bv.131286987,d.Y2I&psig=AFQjCNFAOkJAQSzRvNz0Ukob2uvLCI-fLg&ust=1472514380697206 Não faça isso!!! • Cabo UTP – Placa de Ethernet • Cabo UTP com 4 pares • Fabricantes de Cabo • Conector RJ-45 • CM ou CMX – Flamabilidade • Os cabos possuem classificações que determinam o grau de sua proteção em relação à propagação de chama (flamabilidade). Esta classificação está relacionada diretamente a segurança dos usuários, instalações e terceiros. • No Brasil as classificações mais usuais são: CMX e CM. • Os cabos CMX são mais baratos e têm um custo relativamente menor, porém são indicados para aplicações restritas, como locais protegidos por dutos metálicos, com baixa densidade de cabos ou quando a parte exposta seja inferior a 03 metros. • Categorias Cat 3 – Telefonia (10 Mbps) Cat 5 – Dados (até 100 Mbps) Cat 5e – Até 1000Mbps / 1Gbps ENHANCED (MELHORADO) CAT 6 – (400 MHZ) supera os 1000 Mbps Cat 6e – (625 MHZ / 500 MHZ) = 10 Gigabit Ethernet (10GBASE - T) DRAFT CAT 7 – rascunho do novo padrão (600 – 700 MHZ) 1.2GHZ em pares com conector Siemon - Blindado • Cabo Cat6 • Comprimento máximo do cabo: • Cat 5e – 100 metros • Cat 6 UTP – 100 metros para Gigabit Ethernet • Cat 6 UTP – 37 metros para 10 Gbps • Blindado Cat 6 e Cat7 – 100 metros • Ferramentas para Crimpar • Função dos pares 1 – 2 = TX 3 – 6 = RX 4 – 5 = VOZ 7 – 8 = Aterramen to / Sincronismo • Cabos ligados ao switch • Decapando o cabo • Colocando os fios na ordem • Inserindo o conector • Montagem do cabo • Montagem do cabo • Sequência Crossover no Cable Tester • Certo x Errado • Testador de Cabos • Não faça isso! • Tomadas de parede Jack – RJ45 • Crimpando Jack Encaixar cada fio nas fendas • Fixar os Fios Corte Correto • Corte Errado • Acabamento • Cabeamento Estruturado • Tomadas e emendas • Uma boa opção ao cabear é usar tomadas para cabos de rede, ao invés de simplesmente deixar os cabos soltos. Elas dão um acabamento mais profissional e tornam o cabeamento mais flexível, já que você pode ligar cabos de diferentes tamanhos às tomadas e substituí-los conforme necessário (ao mudar os micros de lugar, por exemplo). Existem vários tipos de tomadas de parede, tanto de instalação interna quanto externa: • O cabo de rede é instalado diretamente dentro da tomada. Em vez de ser crimpado, o cabo é instalado em um conector próprio (o tipo mais comum é o conector 110) que contém lâminas de contato. A instalação é feita usando uma chave especial, chamada, em inglês, de punch/push down tool: http://www.hardware.com.br/livros/redes/tomadas-emendas.html • O problema é que quase todas as emendas baratas que vemos à venda aqui no Brasil são destinados a cabos de voz (como a emenda amarelo-fosco da foto à esquerda) e não a cabos de rede. Isso significa que eles não atendem às especificações dos cabos cat5 ou cat5e e causam uma grande atenuação do sinal quando usadas. • Elas geralmente funcionam sem grandes problemas quando usados em conjunto com cabos curtos em redes de 100 megabits, mas causam graves problemas de atenuação em redes gigabit, desconectando a estação, ou fazendo com que as placas chaveiem para um modo de transmissão mais lento, de forma a manter a conexão. • Emendas destinadas a cabos de rede são quase sempre rotuladas com a categoria à qual atendem com uma etiqueta ou decalque (como a emenda prateada da foto à direita), mas são mais caras e mais difíceis de encontrar. • Na falta de uma, o correto é substituir os dois cabos por um único cabo maior ou fazer uma extensão, usando um cabo com um conector RJ-45 crimpado de um lado e um keystone jack (ou uma tomada de parede) do outro. • A ferramenta pressiona o cabo contra as lâminas, de forma a criar o contato, e ao mesmo tempo corta o excesso de cabo. Alguns conectores utilizam uma tampa que, quando fechada, empurra os cabos, tornando desnecessário o uso da ferramenta (sistema chamado de tool-less ou auto-crimp). Eles são raros, justamente por serem mais caros. • O próprio conector inclui o esquema de cores dos cabos, junto com um decalque ou etiqueta que indica se o padrão usado corresponde ao EIA 568A ou ao EIA 568B. Se você estiver usando o EIA 568B no restante da rede e o esquema do conector corresponder ao EIA 568A, basta trocar a posição dos pares laranja e verde no conector. • Outro conector usado é o keystone jack, uma versão fêmea do conector RJ-45, que é usado em patch panels (veja a seguir) e pode ser usado também em conectores de parede, em conjunto com a moldura adequada. Os cabos são instalados da mesma forma que nos conectores de parede com o conector 110, usando a chave punch down: • Existem também emendas (couples) para cabos de rede, que consistem em dois conectores RJ-45 fêmea, que permitem ligar diretamente dois cabos, criando um único cabo mais longo: PROTOCOLOS São códigos ou padrões específicos emitidos por meio de um sistema de pergunta e resposta, utilizado entre dispositivos diferentes. Esses padrões permitem que haja uma interação entre software e hardware. Além disso, eles são regras de comunicação. Existem vários tipos de protocolos para situações específicas. Por exemplo, um protocolo de rede é executado quando digitamos o endereço de uma página da web. O computador envia uma mensagem pedindo a conexão com um servidor remoto, este irá responder positivamente à mensagem, quando essa conexão é feita, a página digitada pelo usuário é encontrada e o servidor envia o arquivo correspondente. Os protocolosde comunicação em rede para internet conhecidos são: PROTOCOLOS • Protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) – tipo de protocolo de aplicação de rede para internet. Ele organiza a transmissão de informações e estabelece o tipo de endereçamento e envio de dados. PROTOCOLOS Protocolo UDP (User Datagram Protocol) – protocolo não tão confiável e rápido. É utilizado para o transporte de informações, sem garantia da entrega dos dados PROTOCOLOS Protocolo TCP (Transmission Control Protocol)– realiza a transferência de dados de modo seguro e full- duplex (é preciso haver conexão antes da transferência dos dados) PROTOCOLOS Protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol) - faz a transferência do hipertexto, áudio, vídeo, textos, etc. para que haja comunicação entre as páginas da internet e os usuários PROTOCOLOS Protocolo FTP (File Transfer Protocol) – protocolo utilizado para a transmissão de arquivos entre computadores portáteis e locais, na realização de download e upload •Protocolo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – é um protocolo essencial para a trocas de mensagens eletrônicas. Ele utiliza o serviço do TCP, ideal para a segurança na transferência de e-mail entre o remetente e o destinatário, entre outros. PROTOCOLOS A História da Internet O modelo de referência OSI Esse modelo se baseia em uma proposta desenvolvida pela ISO (International Standards Organization) como um primeiro passo em direção à padronização internacional dos protocolos usados nas várias camadas (Day e Zimmermann, 1983). O modelo se chama Modelo de Referência ISO OSI (Open Systems Interconnection), pois ele trata da interconexão de sistemas abertos — ou seja, sistemas abertos à comunicação com outros sistemas. Para abreviar, chamaremos simplesmente de modelo OSI. Princípios Aplicados para chegar às sete camadas 1 - Uma camada deve ser criada onde houver necessidade de outro grau de abstração. 2 - Cada camada deve executar uma função bem definida. 3 - A função de cada camada deve ser escolhida tendo em vista a definição de protocolos padronizados internacionalmente. 4 - Os limites de camadas devem ser escolhidos para minimizar o fluxo de informações pelas interfaces 5 - número de camadas deve ser grande o bastante para que funções distintas não precisem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e pequeno o suficiente para que a arquitetura não se torne difícil de controlar O modelo de referência OSI O modelo OSI propriamente dito não é uma arquitetura de rede, pois não especifica os serviços e protocolos exatos que devem ser usados em cada camada. Ele apenas informa o que cada camada deve fazer. O modelo de referência OSI CAMADA PRINCIPAL ATRIBUIÇÃO FÍSICA Trata da transmissão de bits normais por um canal de comunicação. O projeto da rede deve garantir que, quando um lado enviar um bit 1, o outro lado o receberá como um bit 1, não como um bit 0. ENLACE DE DADOS A principal tarefa da camada de enlace de dados é transformar um canal de transmissão normal em uma linha que pareça livre de erros de transmissão. Para fazer isso, a camada de enlace mascara os erros reais, de modo que a camada de rede não os veja. Fonte: Tanenbaum 5ª Ed CAMADA PRINCIPAL ATRIBUIÇÃO REDE Controla a operação da sub-rede. Uma questão fundamental de projeto é determinar a maneira como os pacotes são roteados da origem até o destino. As rotas podem se basear em tabelas estáticas, ‘amarradas’ à rede e raramente alteradas, ou frequentemente podem ser atualizadas de forma automática, para evitar componentes defeituosos. TRANSPORTE A função básica da camada de transporte é aceitar dados da camada acima dela, dividi-los em unidades menores, se for preciso, repassar essas unidades à camada de rede e garantir que todos os fragmentos chegarão corretamente à outra extremidade CAMADA PRINCIPAL ATRIBUIÇÃO SESSÃO Camada de sessão permite que os usuários em diferentes máquinas estabeleçam sessões de comunicação entre eles. Oferece serviços de sessão de diálogo, gerenciamento de tokens e a sincronização. Autenticação, Comunic: Half-Duplex ou Full-Duplex. APRESENTAÇÃO Diferente das camadas mais baixas, que se preocupam principalmente com a movimentação de bits, a camada de apresentação está relacionada à sintaxe e à semântica das informações transmitidas. APLICAÇÃO A camada de aplicação contém uma série de protocolos comumente necessários para os usuários. Um protocolo de aplicação amplamente utilizado é o HTTP (HyperText Transfer Protocol), que constitui a base da World Wide Web. Quando um navegador deseja uma página Web, ele envia o nome da página desejada ao servidor que hospeda a página, utilizando o HTTP. O servidor, então, transmite a página ao navegador. O modelo de referência OSI Fonte: Tanenbaum 5ª Ed Fonte: Tanenbaum 5ª Ed O modelo de referência TCP/IP Esse modelo foi definido pela primeira vez em Cerf e Kahn (1974), depois melhorado e definido como um padrão na comunidade da Internet (Braden, 1989). A filosofia de projeto na qual se baseia o modelo é discutida em Clark (1988). O Departamento de Defesa queria que as conexões permanecessem intactas enquanto as máquinas de origem e de destino estivessem funcionando, mesmo que algumas máquinas ou linhas de transmissão intermediárias deixassem de operar repentinamente. Além disso, como eram visadas aplicações com requisitos divergentes, desde a transferência de arquivos e a transmissão de dados de voz em tempo real, era necessária uma arquitetura flexível. O modelo de referência TCP/IP A Camada de Enlace Descreve o que os enlaces como linhas seriais e a Ethernet clássica precisam fazer para cumprir os requisitos dessa camada de interconexão com serviço não orientado a conexões. Ela não é uma camada propriamente dita, no sentido normal do termo, mas uma interface entre os hosts e os enlaces de transmissão A camada internet define um formato de pacote oficial e um protocolo chamado IP (Internet Protocol), mais um protocolo que o acompanha, chamado ICMP (Internet Control Message Protocol). A tarefa da camada internet é entregar pacotes IP onde eles são necessários. O roteamento de pacotes claramente é uma questão de grande importância nessa camada, assim como o congestionamento (embora o IP não seja eficaz para evitar o congestionamento). A Camada Internet (Camada de Rede) A Camada de Transporte A finalidade dessa camada é permitir que as entidades pares dos hosts de origem e de destino mantenham uma conversação, exatamente como acontece na camada de transporte OSI. A Camada de Aplicação Ela contém todos os protocolos de nível mais alto. Dentre eles estão o protocolo de terminal virtual (TELNET), o protocolo de transferência de arquivos (FTP) e o protocolo de correio eletrônico (SMTP). Muitos outros protocolos foram incluídos no decorrer dos anos como o DNS (Domain Name Service), que mapeia os nomes de hosts para seus respectivos endereços da camada de rede (Internet), o HTTP, protocolo usado para buscar páginas na World Wide Web, e o RTP (Real Time Protocol), protocolo para entregar mídia em tempo real, como voz ou vídeo. Modelo OSI X TCP/IP Modelo OSI X TCP/IP O modelo OSI tem três conceitos fundamentais: 1. Serviços: informa o que a camada faz, e não a forma como as entidades acima dela a acessam ou como a camada funciona 2. Interfaces: informa como os processos acima dela podem acessá-la. Também especifica quais são os parâmetros e os resultados a serem esperados 3. Protocolos: os protocolos utilizados em uma camada são de responsabilidade dessa camada. Esta pode usar os protocolos que quiser, desde que realize o trabalho (ou seja, forneça os serviços oferecidos). ESTUDO DA CAMADA DE ENLACE A camada de enlace de dados usa os serviços da camada física para enviar e receber bits pelos canais de comunicação. Ela tem diversas funções, entre as quais: 1. fornecer uma interface de serviço bem definida à camada de rede; 2. lidar com erros de transmissão;3. regular o fluxo de dados de tal forma que receptores lentos não sejam atropelados por transmissores rápidos. ESTUDO DA CAMADA DE ENLACE Cada quadro contém um cabeçalho (header) de quadro, um campo de carga útil, que conterá o pacote, e um final (trailer) de quadro. O gerenciamento de quadros constitui o núcleo das atividades da camada de enlace de dados. Serviços oferecidos à Camada de Enlace A função da camada de enlace de dados é fornecer serviços à camada de rede. O principal serviço é transferir dados da camada de rede da máquina de origem para a camada de rede da máquina de destino. Serviços oferecidos à Camada de Enlace A camada de enlace de dados pode ser projetada de modo a oferecer diversos serviços. Os serviços reais oferecidos podem variar de um protocolo para outro. Três possibilidades razoáveis que consideraremos são: 1. serviço não orientado a conexões sem confirmação: consiste em fazer a máquina de origem enviar quadros independentes à máquina de destino, sem que esta confirme o recebimento desses quadros. A Ethernet é um bom exemplo. 2. serviço não orientado a conexões com confirmação: Quando esse serviço é oferecido, ainda não há conexões lógicas sendo usadas, mas cada quadro enviado é confirmado individualmente. Dessa forma, o transmissor sabe se um quadro chegou corretamente ou não. Caso não tenha chegado dentro de um intervalo específico, o quadro poderá ser enviado outra vez. Esse serviço é útil em canais não confiáveis, como os sistemas sem fio. O padrão 802.11 (WiFi) é um bom exemplo dessa classe de serviço. 3. serviço orientado a conexões com confirmação: Com ele, as máquinas de origem e destino estabelecem uma conexão antes de qualquer dado ser transferido. Cada quadro enviado pela conexão é numerado, e a camada de enlace de dados garante que cada quadro será, de fato, recebido. Protocolos Básicos à Camada de Enlace O processo da camada física e parte do processo da camada de enlace de dados funcionam em hardware dedicado, chamado placa de interface de rede, ou NIC (Network Interface Card). O restante do processo da camada de enlace e o processo da camada de rede atuam sobre a CPU principal como parte do sistema operacional, com o software para o processo da camada de enlace normalmente tomando a forma de um driver de dispositivo. No entanto, outras implementações também são possíveis (por exemplo, três processos transferidos para um hardware dedicado, chamado acelerador de rede, ou três processos rodando na CPU principal a uma razão definida pelo software). Na realidade, a implementação preferida muda de uma década para a outra, com as mudanças de tecnologia. De qualquer forma, tratar as três camadas como processos separados torna a discussão conceitualmente mais clara e também enfatiza a independência das camadas. Protocolos Básicos à Camada de Enlace Exemplos de Protocolos de Enlace de Dados Dentro de um prédio, as LANs são muito utilizadas para interconexão, mas a maior parte da infraestrutura de rede a longa distância é montada a partir de linhas ponto a ponto. Aqui, em duas situações comuns, veremos os protocolos de enlace de dados nas linhas ponto a ponto da Internet. A primeira situação é quando os pacotes são enviados por enlaces de fibra óptica SONET, nas redes a longas distâncias. Esses enlaces são muito utilizados, por exemplo, para conectar roteadores nos diferentes locais da rede de um ISP. Exemplos de Protocolos de Enlace de Dados Exemplos de Protocolos de Enlace de Dados A segunda situação é a dos enlaces ADSL que se localizam no circuito terminal da rede telefônica, na borda da Internet. Esses enlaces conectam milhões de indivíduos e empresas à Internet. A Internet precisa de enlaces ponto a ponto para esses fins, bem como modems de linha discada, linhas alugadas, modems a cabo e assim por diante. Um protocolo-padrão, chamado protocolo ponto a ponto, ou PPP (Point-to--Point Protocol), é usado para enviar pacotes por esses enlaces. O PPP é definido na RFC 1661 e mais elaborado na RFC 1662 e em outras RFCs (Simpson, 1994a, 1994b). Enlaces SONET e ADSL aplicam PPP, mas de maneiras diferentes. Exemplo ADSL Exemplo SONET Exemplos de Protocolos de Enlace de Dados Exemplos de Protocolos de Enlace de Dados ESTUDO DA CAMADA DE ENLACE A Camada de Rede e o protocolo IP na comunicação entre as redes é necessário de alguns requisitos para fornecer conectividade e seleção de caminho entre transmissor e receptor. Na camada de enlace, a comunicação é possível, pois transmissor e receptor estão na mesma rede. Já na camada de rede uma comunicação entre ambos é realizada host a host, ou seja, numa rede com diversos roteadores a comunicação é feita através de pares de roteadores. O modelo utilizado na Internet é uma rede de datagramas onde a comunicação entre sistemas finais não requer estabelecimento de conexão (circuito virtual) e não utiliza de forma exclusiva o meio de comunicação Camada de Rede Camada de Rede No modelo TCP/IP a camada de rede recebe os serviços da camada de enlace e presta serviços para a camada de transporte. A lista de serviços oferecidos é: •Interconexão – prover conexão lógica entre diversas redes físicas heterogêneas (podem conter diferentes tecnologias de enlace, por exemplo, ATM e ethernet) de forma que as camadas superiores abstraiam o caminho percorrido. •Endereçamento – Prover a identificação de forma única de um host na rede ao qual faz parte seja esta rede uma LAN ou a Internet. •Roteamento – prover a escolha de rotas por onde os pacotes irão trafegar para que cheguem ao seu destino. Vale ressaltar que o IP utiliza o conceito de datagrama. •Encapsulamento – encapsular pacotes recebidos de camadas superiores num datagrama. •Fragmentação – permite que um datagrama viaje por diferentes redes sem a preocupação com a tecnologia executadas. Assim, algumas vezes é necessário dividir os pacotes para se adaptar ao novo segmento de rede Camada de Rede O protocolo IP O Internet Protocol, ou simplesmente IP, é um protocolo da camada de rede responsável pelo encaminhamento dos dados numa rede. Presta todos os serviços de rede (interconexão, roteamento, endereçamento, fragmentação e encapsulamento) para as camadas superiores. É o protocolo base da arquitetura internet e é utilizado por todos os serviços de aplicação como: páginas, e-mail, transferência de arquivos, gerência de redes, resolução de nomes, dentre outros. Camada de Rede Detalhamento do Datagrama IP •VER – informa a versão do protocolo. •HLEN – informa o tamanho do cabeçalho •Service – tem como objetivo identificar o tipo de serviço para dar preferência no roteamento. Entretanto não foi muito utilizado. Maiores detalhes RFC791. •TTL – indica a quantidade de hops entre transmissor e receptor. O valor é decrementado a cada roteador do caminho. •Source IP e Destination IP – indica os endereços origem e destino. •Checksum – serve para verificar a integridade do cabeçalho IP. Camada de Rede Endereçamento IP Cada computador conectado a internet possui um endereço IP único e universal composto de 32 bits e pode ser escrito da seguinte forma: 200.217.69.132 Tal endereço também pode ser escrito com a seguinte notação binária: 11001000.11011001.1000101.10000100 Diferentemente do MAC Address o endereço IP é configurado via software e pode ser alterado pelo usuário e/ou administrador da rede. Para a configuração do endereço IP devemos também levar em consideração: Vejamos a um exemplo: Vamos descobrir o valor do octeto 11011011 usando a tabela anterior: Valor do octeto em decimal: 128 + 64 + 0+ 16 + 8 + 0+ 2 + 1 = 219 Suponha um endereço IP cujos octetos sejam a combinação de bits 11011000.00011011.00111101.10001001. Qual o valor correspondente a esse IP em decimal? R.: 216.27.61.137 Camada de Rede Máscara – “Uma máscara de subrede também conhecida como subnet mask ou netmask é um número de 32 bits usada para separar em um IP a parte correspondente à redepública, à sub-rede e aos hosts. Uma sub-rede é uma divisão de uma rede de computadores - é a faixa de endereços lógicos reservada para uma organização. A divisão de uma rede grande em menores resulta num tráfego de rede reduzido, administração simplificada e melhor desempenho de rede. No IPv4 uma sub-rede é identificada por seu endereço base e sua máscara de sub-rede.” Segundo Kourose Gateway – é um dispositivo intermediário geralmente destinado a interligar redes servindo de caminho para elas. Pode também separar domínios de colisão ou mesmo traduzir protocolos. Exemplos: roteadores, firewalls e Proxy. O que é uma máscara /24? A representação /24 indica a quantidade de bits destinada ao endereço da rede (netid), ou seja, uma máscara /24 pode ser escrita em binário como: 11111111.1111111.1111111.00000000 ou em decimal: 255.255.255.0 Quantos hosts cabem numa rede /24? Camada de Rede Endereçamento com Classes e sem Classes Quando o endereço IP foi utilizado inicialmente com classe de endereçamento, onde o escopo dos possíveis IPs subdividido em cinco classes: Camada de Rede Na criação do endereçamento com classes, um endereço IP era subdividido, de forma fixa, em duas partes, identificador de rede (netid) e identificador de host (hostid). Esta subdivisão pode ser vista na Tabela anterior. Assim um endereço classe A que utilizasse o conceito de endereçamento por classes (126.0.0.0/8) teria a possibilidade de 224 dispositivos de rede. Será que existe uma rede desse tamanho? Quantos switches seriam necessários para montar uma rede local deste tipo? Daí surge à necessidade de uma melhor utilização dos endereços IP visando evitar o desperdício. O endereçamento sem classes permite uma maior flexibilização da máscara de rede de acordo com o tamanho da rede. Por exemplo, uma rede 192.168.10.0/24 pode conter 256 possibilidades de IP, das quais: Camada de Rede • 192.168.10.0 – Identifica a rede • 192.168.10.255 - Corresponde ao IP de difusão (broadcast) Camada de Rede Assim restando 254 possíveis endereços IPs (192.168.10.1 até 192.168.10.254). Daí nos perguntamos, qual a menor máscara para uma rede com 100 computadores? Em um endereço classe C, são reservados 8 bits para endereços de host. Mas para 100 computadores precisaríamos de apenas 7 bits (27 = 128). Assim poderíamos alocar um endereço de host para rede da seguinte forma: Note que um endereço de máscara /24 (256 possibilidades) foi subdividido em dois endereços /25. Esta realocação de bits pode ser feita com os bits seguintes e com qualquer máscara inicial. Camada de Rede Esta subdivisão de endereços IP é uma atividade comum para o administrador de redes, seja do provedor de acesso ou apenas uma grande rede. Camada de Rede – Exemplos Camada de Rede – Exemplos Classes Reservadas Existem classes de endereços reservadas que não podem ser consideradas como endereçáveis para acesso na internet, como: •127.0.0.0/8 – IP de loopback1•0.0.0.0 – Identificador da rede * •255.255.255.255 – IP de broadcast (todas as redes) •10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16 – Exemplos de IPs para redes privadas. Serão vistos maiores detalhes na seção seguinte * O endereço de loopback local permite à aplicação-cliente endereçar ao servidor na mesma máquina sem saber o endereço do host, chamado de "localhost (127.0.0.1). Camada de Rede – Exemplos IPS privados e públicos Dentre as 4 bilhões de possibilidades disponíveis, três faixas são reservadas para redes privadas. Uma rede privada não pode se comunicar diretamente com redes públicas, como a internet. Se um dispositivo em uma rede privada deseja acessar a internet, será necessária a utilização de um gateway. Normalmente este gateway terá que fazer NAT (Network address translation). A partir de agora, qualquer referência a IPs privados tem como objetivo informar que o mesmo pertence a uma rede que não pode conectar-se diretamente a internet. Tais endereços são comumente utilizados em redes locais (LANs). Camada de Rede – Exemplos NAT - Network Address Translation Com o compartilhamento de internet entre diversas estações numa LAN saindo por um único gateway, surgiu o problema de como os computadores pertencentes à esta LAN poderiam receber as respostas aos seus pedidos feitos para fora da rede. Como sabemos, uma LAN com IPs privados (10.0.0/8 ou 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16) nunca poderiam acessar a internet pois não existem redes com tais faixas de IP e o computador que recebesse um pedido com um desses números não saberia para onde enviar a resposta. Camada de Rede – Exemplos Desta forma, o gateway responsável pelo acesso à outras redes precisavam traduzir o endereço interno para um IP público endereçável à internet. Sendo assim, os pedidos teriam de ser gerados com um IP global do router. Mas quando a resposta chegasse ao router, seria preciso saber a qual dos computadores presentes na LAN pertencia àquela resposta. A solução encontrada foi fazer um mapeamento baseado no IP interno e na porta local do computador. Resumindo, pode-se afirmar que com o NAT : •Não é preciso alocar uma gama de endereços do ISP: apenas um endereço IP é usado para todos os dispositivos; •Podem-se alterar os endereços dos dispositivos na rede local sem precisar notificar o mundo exterior; •Pode-se mudar de ISP sem alterar os endereços dos dispositivos na rede local; •Dispositivos da rede local não são explicitamente endereçáveis ou visíveis pelo mundo exterior (um adicional de segurança). Camada de Rede – Exemplos Roteamento IP Roteamento consiste na escolha do caminho onde os datagramas irão trafegar. Diferentemente do tráfego rodoviário, onde os automóveis podem escolher sua rotas, a escolha dos caminhos neste caso é feita pelos dispositivos de rede. Dessa forma, um datagrama é conduzido até o seu destino final de acordo com as tabelas de roteamento. Roteamento estático Neste roteamento a tabela é construída manualmente pelo administrador da rede ou técnico de suporte. Assim qualquer mudança na topologia da rede ou sua respectiva configuração impacta diretamente na mudança de configuração da tabelas de roteamento. Para encaminhamento de um datagrama, é necessário que o dispositivo que irá efetuar o roteamento possua pelo menos três campos: IP destino, máscara e gateway. Para facilitar o encaminhamento, alguns roteadores também indicam a interface que o datagrama será encaminhado. Recomendo fortemente treinar a configuração da tabela de roteamento com os exercícios disponíveis na página da disciplina. Camada de Rede – Exemplos Rede Primeiro IP Válido Último IP Válido Broadcast 192.168.1.0 192.168.1.1 192.168.1.254 192.168.1.255 Máscara de Sub-Rede 255.255.255.0/24 128 64 32 16 8 4 2 1 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 00000000 192.168.1.0/24 Número de Ref p/ Sub-Redes IP´s = 2^8 = 256 IPS Válidos = 2^8-2=254 Sub-Redes= 2^n=1 Rede Primeiro IP Válido Último IP Válido Broadcast 192.168.1.0 192.168.1.1 192.168.1.126 192.168.1.127 192.168.1.128 192.168.1.129 192.168.1.254 192.168.1.255 Máscara Sub-Rede: 255.255.255.128/25 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 10000000 192.168.1.0/24 Número de Ref p/ Sub-Redes 128 IP´s = 2^7 = 128 IPS Válidos = 2^7-2=126 Sub-Redes= 2^1=2 24 + 1= 25 128 64 32 16 8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Rede Primeiro IP Válido Último IP Válido Broadcast 192.168.1.0 192.168.1.1 192.168.1.62 192.168.1.63 192.168.1.64 192.168.1.65 192.168.1.126 192.168.1.127 192.168.1.128 192.168.1.129 192.168.1.190 192.168.1.191 192.168.1.192 192.168.1.193 192.168.1.254 192.168.1.255 Máscara Sub-Rede: 255.255.255.192/26 128 64 32 16 8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 11000000 192.168.1.0/24 Número de Ref p/ Sub-Redes 64 IP´s = 2^6 = 64 IPS Válidos = 2^6-2=62 Sub-Redes= 2^2=4 24 + 2= 26 Rede Primeiro IP Válido Último IP Válido Broadcast 192.168.1.0 192.168.1.1 192.168.1.30 192.168.1.31 192.168.1.32 192.168.1.33 192.168.1.62192.168.1.63 192.168.1.64 192.168.1.65 192.168.1.94 192.168.1.95 192.168.1.96 192.168.1.96 192.168.1.126 192.168.1.127 192.168.1.128 192.168.1.129 192.168.1.158 192.168.1.159 192.168.1.160 192.168.1.161 192.168.1.190 192.168.1.191 192.168.1.192 192.168.1.193 192.168.1.222 192.168.1.223 192.168.1.224 192.168.1.225 192.168.1.254 192.168.1.255 Máscara Sub-Rede: 255.255.255.224/27 128 64 32 16 8 4 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 11100000 192.168.1.0/24 Número de Ref p/ Sub-Redes 32 IP´s = 2^5 = 32 IPS Válidos = 2^5-2=30 Sub-Redes= 2^3=8 24 + 3= 27 Roteamento na Rede ROTEADORES O roteador é um aparelho usado em redes de computadores para o encaminhamento das informações acondicionadas em pacotes de dados, proporcionando conectividade entre os dispositivos como computadores, smartphones e tablets, em redes LAN com a internet. Além disso, o roteador possui uma característica específica: buscar as melhores rotas para enviar e receber dados, podendo priorizar não só as transmissões mais curtas, como também as menos congestionadas. ROTEADOR Roteador.pdf VOIP Visão Geral ➢VoIP ➢Tecnologia que permite às redes de dados, que utilizam o conjunto de protocolos das redes IP (TCP/UDP/IP), transmitir sinais de voz em tempo real na forma de pacotes de dados ➢Telefonia IP ➢Consiste no fornecimento de serviços de telefonia utilizando a rede IP para o estabelecimento de chamadas e comunicação de Voz. ➢Nessas redes são implementados protocolos adicionais de sinalização de chamadas e transporte de Voz que permitem a comunicação também com as redes convencionais dos sistemas públicos de telefonia comutada ou de telefonia móvel. Visão Geral ➢Estrutura de redes tradicionais ➢Empresas implementam redes separadas para dados e voz ➢Inconvenientes: ➢Grandes despesas com ligações ➢Gerenciamento e manutenção de redes separadas ➢Dificuldades para expansão/modificação da estrutura de rede Visão Geral Visão Geral ➢Vantagens da VoIP ➢Gerenciamento centralizado ➢Facilidade de expansão e manutenção ➢Não há mais gasto com interurbanos ➢Links bem utilizados ➢Grande potencial de crescimento ➢Desvantagens ➢Tecnologia incipiente ➢Sensibilidade à latência ➢Qualidade da comunicação Visão Geral Aplicação Geral Visão Geral ➢Requisitos ➢Transmissão de voz em tempo real com tempo de latência (atraso) menor que 300 ms ➢Existência de procedimentos de sinalização para o estabelecimento, controle de chamadas e fornecimento de serviços adicionais (chamada em espera, identificador de chamadas etc.) ➢Existência de interfaces com os sistemas públicos de telefonia comutada e móvel ➢Flexibilidade e viabilidade ➢Qualidade de Serviço Arquitetura Básica ➢Principais características: ➢Arquitetura aberta ➢Gerência hierárquica dos elementos físicos e virtuais da rede; ➢Partição lógica do hardware permitindo a execução de várias funções de controle paralelo; ➢Divisão em camadas ou planos com interfaces padronizadas; ➢Facilidade para criar e/ou modificar serviços com rapidez; ➢Application Programming Interfaces (APIs) padronizadas permitem que os fornecedores se especializem em equiptos para uma ou mais camadas, aumentando o número de fornecedores. Arquitetura Básica Arquitetura Básica Arquitetura Básica ➢Arquitetura PC-a-PC ➢Comunicação estabelecida entre dois computadores conectados à Internet; ➢Todo o tratamento do sinal de voz (amostragem, compressão e empacotamento) é realizado nos computadores; ➢Chamada de voz estabelecida com base no endereço IP do receptor (ou através de um nome, que será convertido para um endereço IP); ➢Possui variante onde o PC é substituído por um telefone com capacidade de codificação de voz e implementação do protocolo IP. Arquitetura Básica Arquitetura Básica ➢Arquitetura com Gateway ➢Um telefone padrão é utilizado para gerar e receber a chamada telefônica sobre a Internet ➢O usuário chamador disca para o Gateway de telefonia IP mais próximo de sua central telefônica local ➢Este Gateway reconhece e valida o número telefônico bilhetagem) e solicita a este que forneça o número do usuário de destino Arquitetura Básica Arquitetura Básica ➢Arquiteturas Híbridas ➢Um usuário de um telefone padrão origina/recebe uma chamada para um usuário de PC/telefone IP ➢Há translação endereços IP e números telefônicos ➢Existem 4 caminhos unidirecionais neste caso: ➢PC-a-PC ➢Gateway-a-Gateway ➢PC-a-Gateway ➢Gateway-a-PC ➢Todos terminais devem usar mesmo esquema de codificação de voz ➢Entroncamento de PABX Ponto a Ponto ➢Empresas que dispõem de PABXs interligados por linhas dedicadas, e que possuem uma rede WAN IP interligando os mesmos escritórios onde se encontram estes PABXs, podem eliminar a linha dedicada (tieline) e transportar o tráfego de voz sobre a rede IP ➢Deve-se introduzir Gateways de VoIP em ambas extremidades ➢Os pacotes de voz são transferidos entre endereços IP predefinidos e não há necessidade de mecanismos complexos de conversão de número telefônico/endereço IP Arquitetura Básica Tipos de Serviços ➢Entroncamento de Centrais da Rede Pública ➢As operadoras de serviços de telecomunicações podem substituir os troncos, analógicos ou digitais, por enlaces IP ➢Tráfego de Voz Sobre Uma Rede IP Corporativa ➢Escritórios geograficamente distribuídos pode rotear todo o tráfego de voz através da rede IP corporativa existente ➢Descarte do uso de canais de voz e linhas dedicadas Tipos de Serviços ➢Tráfego de Voz Sobre uma Rede IP Corporativa ➢Nestas aplicações é mantida parte dos entroncamentos com a RTPC, que vai servir para: ➢Rotear as chamadas não corporativas,ou seja, destinadas à RTPC; ➢Suportar o tráfego de voz corporativa em caso de falha na rede IP; ➢Suportar o excesso de tráfego corporativo em caso de congestionamento na rede IP; ➢Geralmente as implementações permitem ao usuário usar a rede IP corporativa ou a RTPC. Tipos de Serviços ➢Tráfego de Voz Sobre Uma Rede IP Corporativa ➢A rede rotea simultaneamente tráfego de voz e dados; ➢Pode eventualmente se basear em outra tecnologia de comutação de pacotes (como Frame Relay ou ATM); ➢Links dedicados PPP ou Frame Relay, com CIR devidamente dimensionado para o consumo total de telefonia e ainda o tráfego de dados ➢ADSL/cable modem só podem ser utilizados se forem empresariais Tipos de Serviços Tipos de Serviços Tipos de Serviços ➢Serviço Público de Voz de Longa Distância ➢Pode ser usada, abstraindo-se das questões legais e normativas, pelos Provedores de Serviços Internet (ISP) que já dispõem de uma extensa rede de pacotes de âmbito nacional ou internacional, e como alternativa tecnológica para a implementação (ou substituição) dos backbones das empresas operadoras de serviços de telecomunicações ➢As operadoras já vem testando e algumas espelhos já oferecem este serviço ➢Rede IP ➢Sistema de Telefonia Fixa Comutada (STFC) ou RTPC ➢PABX ➢Terminal Telefônico Convencional ➢Terminal Telefônico IP (Tel IP) ➢Telefone preparado para a comunicação de VoIP ➢Contém funcionalidades e protocolos necessários para suportar comunicação bidirecional de voz em tempo real e a sinalização de chamadas ➢Funcionalidades adicionais integradas dependem da finalidade e do custo do terminal Elementos Elementos ➢Terminal IP - Cisco 7900 Series IP Phones EXERCÍCIO COM SIMULADOR PACKET TRACER Configuração do Switch Configuração do Roteador Configuração do Roteador Configuração do Roteador Configuração do Roteador Conexão com os telefones IP Disque 777 do primeiro telefone à esquerda e atenda no telefone 2 à direita Conexão com os telefones IP EXERCÍCIO COM SIMULADOR PACKET TRACER Configuração do Switch Configuração do Roteador Configuração do Roteador Configuração do Roteador Configuração do Roteador Camada de Transporte Como a camada de rede, a camada de transporte é o núcleo da hierarquia de protocolos.A camada de rede oferece remessa de pacotes fim a fim usando datagramas ou circuitos virtuais. A camada de transporte se baseia na camada de rede para oferecer transporte de dados de um processo em uma máquina de origem a um processo em uma máquina de destino com um nível de confiabilidade desejado independentemente das redes físicas em uso no momento. Ela provê as abstrações de que as aplicações precisam para usar a rede. Sem a camada de transporte, todo o conceito de protocolos em camadas faria pouco sentido. Camada de Transporte Camada de Transporte - Serviço O principal objetivo da camada de transporte é oferecer um serviço confiável, eficiente e econômico a seus usuários, que, em geral, são processos presentes na camada de aplicação. Para atingir esse objetivo, a camada de transporte utiliza vários serviços oferecidos pela camada de rede. O hardware/software da camada de transporte que executa o trabalho é chamado entidade de transporte. A entidade de transporte pode estar localizada no núcleo do sistema operacional, em um pacote da biblioteca vinculada às aplicações em rede, em outro processo do usuário ou na placa de interface de rede. As duas primeiras opções são mais comuns na Internet. O relacionamento (lógico) existente entre as camadas de rede, de transporte e de aplicação está ilustrado na próxima figura. Camada de Transporte - Serviço Camada de Transporte - Serviço Diante disso, fazemos a seguinte pergunta: se o serviço da camada de transporte é tão semelhante ao serviço da camada de rede, por que há duas camadas distintas? Por que uma só camada não é suficiente? A resposta, embora sutil, é de importância crucial. O código de transporte funciona inteiramente nas máquinas dos usuários, mas a camada de rede funciona principalmente nos roteadores, cuja operação é de responsabilidade da concessionária de comunicações (pelo menos no caso de uma rede geograficamente distribuída). O que acontecerá se a camada de rede oferecer um serviço inadequado? E se perder pacotes com frequência? O que acontecerá se os roteadores apresentarem falhas ocasionais? As quatro primeiras camadas são consideradas o provedor de serviços de transporte, enquanto as camadas superiores constituem o usuário de serviços de transporte. Essa distinção entre provedor e usuário tem um impacto considerável sobre o projeto das camadas e coloca a camada de transporte em uma posição-chave, pois ela representa a principal fronteira entre o provedor e o usuário do serviço de transmissão de dados confiável. Esse é o nível que as aplicações veem. Camada de Transporte - Serviço Primitiva Pacote enviado Significado LISTEN (nenhum) Bloqueia até algum processo tentar conectar CONNECT CONNECTION REQ. Tenta ativamente estabelecer uma conexão SEND DATA Envia informação RECEIVE (nenhum) Bloqueia até que um pacote de dados chegue DISCONNECT DISCONNECTION REQ. Solicita uma liberação da conexão As primitivas para um serviço de transporte simples. Camada de Transporte – As Primitivas de Serviço Camada de Transporte – As Primitivas de Serviço Camada de Transporte – Elementos do protocolo de transporte Na camada de enlace de dados, dois roteadores se comunicam diretamente através de um canal físico com ou sem conexão por cabo, enquanto na camada de transporte esse canal físico é substituído pela rede inteira. Essa diferença tem muitas implicações importantes para os protocolos. Por um lado, na camada de enlace de dados o roteador não precisa especificar com qual roteador deseja se comunicar, pois cada linha de saída especifica de modo exclusivo determinado roteador. Na camada de transporte, é necessário o endereçamento explícito de destinos. Camada de Transporte – Endereçamento Quando um processo de aplicação (por exemplo, um usuário) deseja estabelecer uma conexão com um processo de aplicação remoto, é necessário especificar a aplicação com a qual ele irá se conectar. (O transporte não orientado a conexões tem o mesmo problema: a quem cada mensagem deve ser enviada?) O método normalmente utilizado é definir os endereços de transporte que os processos podem ouvir para receber solicitações de conexão. Na Internet, essas extremidades são chamadas portas. Vamos utilizar o termo genérico ponto de acesso de serviço de transporte, ou TSAP (Transport Service Access Point). Os pontos extremos análogos na camada de rede (ou seja, os endereços da camada de rede) são chamados, então, pontos de acesso de serviço de rede, ou NSAPs (Network Service Access Points). Os endereços IP são exemplos de NSAPs. Camada de Transporte – Endereçamento Camada de Transporte – Estabelecimento de Conexões Estabelecer uma conexão parece uma tarefa fácil, mas, na verdade, trata-se de um procedimento complicado. À primeira vista, pode parecer que basta uma entidade de transporte enviar um segmento CONNECTION REQUEST ao destino e aguardar uma resposta CONNECTION ACCEPTED. O problema é que a rede pode perder, atrasar, corromper e duplicar pacotes. Esse comportamento causa sérias complicações. Camada de Transporte – Estabelecimento de Conexões Camada de Transporte – Encerramento de Conexões Encerrar uma conexão é mais fácil do que estabelecê-la. No entanto, nesse procedimento há mais armadilhas do que se poderia esperar. Como já mencionado, existem dois tipos de encerramento de conexão, o encerramento simétrico e o encerramento assimétrico. O encerramento assimétrico representa o funcionamento do sistema telefônico, ou seja, quando um dos interlocutores desliga, a conexão é interrompida. Em contraste, o encerramento simétrico trata a conexão como duas conexões unidirecionais isoladas e exige que cada uma seja encerrada separadamente. T e m p o Host 1 Host 2 Os dados não são entregues após o pedido de encerramento da conexão Desconexão repentina com perda de dados. Camada de Transporte – Encerramento de Conexões Camada de Transporte – Encerramento de Conexões Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP O TCP é o protocolo mais usado isto porque fornece garantia na entrega de todos os pacotes entre um PC emissor e um PC receptor. No estabelecimento de ligação entre emissor e receptor existe um “pré- acordo” denominado de Three Way Handshake (SYN, SYN-ACK, ACK). • A sessão entre um cliente e um servidor é sempre iniciada pelo cliente, que envia um pedido de ligação pacote com a flag SYN ativada; • O cliente envia também um número sequencial aleatório; • O servidor responde com um pacote SYN,ACK com o seu próprio número sequencial aleatório e um número de confirmação (igual ao número sequencial do cliente +1); • Para finalizar o cliente responde com um pacote ACK com o número de confirmação (igual ao número de sequência do servidor +1). Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP Exemplo protocolo TCP Considerem por exemplo que querem transmitir um filme ou um ficheiro com um jogo que ocupa 800 MB. Esse ficheiro terá de ser partido em partes mais pequenas (fragmentação), para que seja viável a sua transferência para outro PC. Recorrendo ao protocolo TCP existe a garantia que todos os pacotes serão entregues e ordenados do outro lado (uma vez que podem seguir caminhos diferentes). Além disso, por cada pacote ou conjunto de pacotes (previamente definido), a máquina de destino confirma que recebeu essa informação ao emissor e, no caso de falha de algum pacote, a máquina de destino procede ao emissor o pedido de retransmissão do(s) pacote(s) em falta. Já pensaram se na transmissão do arquivo do filme ou jogo de (800 MB) faltassem por exemplo apenas 2 k???? … o receptor simplesmente não iria conseguir abrir esse ficheiro recebendo provavelmente a mensagem “arquivo corrompido”. Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP UDP O UDP é um protocolo mais simples e por si só não fornece garantia na entrega dos pacotes. No entanto, esse processo de garantia de dados pode ser simplesmente realizado pelaaplicação em si (que usa o protocolo UDP) e não pelo protocolo. Basicamente, usando o protocolo UDP, uma máquina emissor envia uma determinada informação e a máquina receptor recebe essa informação, não existindo qualquer confirmação dos pacotes recebidos. Se um pacote se perder não existe normalmente solicitação de reenvio, simplesmente deixa de existir para o destinatário. Exemplo Vamos a um exemplo comum. Imaginem que vão usar streaming de vídeo e áudio através da Internet e usam o Skype como aplicação. Se estabelecerem uma ligação com um amigo seu, vão notar que existem muitos pacotes na transmissão que se perdem. Não teria muita lógica que a meio dessa transmissão a su aplicação parasse o streaming e fosse solicitar ao receptor pacotes perdidos. Simplesmente começaríamos uma conversa e no meio iríamos receber informações provavelmente daquilo que falamos no início. Não é muito normal encontrar aplicações que usem exclusivamente o protocolo UDP, usando o exemplo do streaming existe sempre o recurso ao TCP para trocar informações de controle, liberando o UDP apenas para o envio da informação. Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP Camada de Transporte – Protocolo TCP X UDP Quais as unidades nesta camada? Erradamente é normal chamar-se “pacotes” a tudo. O pacote é a unidade (PDU – Protocol Data unit) da camada 3 do modelo OSI, que corresponde à camada de rede. No caso do modelo TCP/IP, corresponde à camada 2. Quando falamos na camada de transporte, usamos segmento para designar a unidade quando usamos o protocolo TCP ou datagrama quando fazemos uso do protocolo UDP. ROTEADORES O roteador é um aparelho usado em redes de computadores para o encaminhamento das informações acondicionadas em pacotes de dados, proporcionando conectividade entre os dispositivos como computadores, smartphones e tablets, em redes LAN com a internet. Além disso, o roteador possui uma característica específica: buscar as melhores rotas para enviar e receber dados, podendo priorizar não só as transmissões mais curtas, como também as menos congestionadas. ROTEADOR Roteador.pdf Ementa: - NBR 14565:2013 - Cabeamento Estruturado e Subsistemas - Normas aplicáveis em cabeamento estruturado - ANSI/TIA 568 C - Problema relativo ao cabeamento Cabeamento Estruturado Considerações gerais sobre Infraestrutura de Redes Introdução As redes de computadores surgiram e evoluíram com a crescente necessidade de compartilhamento de recursos computacionais e de informação nas empresas. As primeiras redes eram de pequeno porte onde haviam uso de soluções patenteadas de um único fabricante. Nos EUA (64) foi usado comercialmente um sistema integrado de computadores para a reserva de passagens de companhias aéreas. Introdução Década de 70: primeira iniciativa para a implantação de uma rede de diferentes fabricantes. Grupo formado por empresas e entidades de padronização deram início aos chamados “protocolos abertos” A tecnologia das LANs moveu-se rapidamente do estágio experimental à disponibilidade comercial, e a velocidade de transmissão de 10Mbps a 10Gbps em torno de 20 anos. Introdução As razões por trás desse crescimento podem ser classificadas em dois pontos gerais: • Tecnologia do cabeamento; • Tecnologia de produtos (software e hardware) para redes de computadores; Introdução Introdução É cada vez maior a tendência de integração entre as redes de computadores e os diversos serviços de comunicação e automação existentes: telefonia, sistemas de segurança, de administração predial, etc. Fusão de tecnologias →mudança na concepção dos ambientes de trabalho. A infraestrutura básica para o uso destas tecnologias é o Sistema de Cabeamento Estruturado Sistema Estruturado Sistema Estruturado Segundo PINHEIRO: • Seu objetivo principal é organizar e unificar as instalações de cabos existentes e os novos sistemas de cabeamento em empresas, residências e indústria • Trata-se de uma rede física passiva, que comporta as mais variadas aplicações (sinais de voz, dados, imagem e controle), adequada para o tráfego de quaisquer sinais de baixa tensão, até um limite de frequência definido • Regido por normas internacionais, utiliza conectores e cabos padronizados, de forma a integrar a rede de comunicação de dados, voz e imagem, suportando ainda controles lógicos como alarmes e sensores de temperatura, umidade, fumaça, etc. Sistema Estruturado Segundo MARIN: • É um sistema que envolve cabos e hardware de conexão (definidos em normas), capaz de atender às necessidades dos usuários de redes nos mais diferentes tipos de edificações • Deve ser projetado de forma que em cada área de trabalho qualquer serviço de telecomunicações possa ser habilitado e utilizado por qualquer usuário no edifício (ou edifícios) • Uma tomada de telecomunicações pode ser usada por qualquer aplicação disponível na rede. Sistema Estruturado Algumas estatísticas: • Cerca de 70% dos problemas de uma rede deve-se ao cabeamento • Vida útil média do software: 2 a 3 anos • Vida útil média do hardware: 5 anos • Vida útil do cabeamento: em torno de 15 anos • 40% dos funcionários de uma empresa mudam fisicamente de lugar pelo menos uma vez ao ano • Dentre os gastos com a implantação de uma nova rede completa (softwares, estações de trabalho, hardware de rede) o de cabeamento é o menor (cerca de 6%) Sistema Estruturado Cabeamento não-estruturado É aquele normalmente executado sem um planejamento prévio. • Dimensionamento não considera modificações ou futuras expansões na rede • Utiliza cabos específicos para cada aplicação • Uso de diversos padrões, topologias, conectores, etc. • Sofrem modificações para cada layout da rede Vantagens: • Custo inicial relativamente baixo • Implantação em um curto período de tempo Cabeamento não-estruturado Outras características da rede não-estruturada: • Passagem de cabos geralmente é feita em estrutura já existente e nem sempre adequada (ex: sist. elétrico) • Cabos são lançados em função dos dispositivos existentes, não sendo observadas futuras ampliações • Não utilizam nenhum tipo de organizadores de cabos • Pouca ou nenhuma flexibilidade • Não envolve obras civis, “improvisando” caminhos adicionais para novos cabos • Sem documentação adequada dos pontos • Muitas das especificações técnicas não são observadas Cabeamento não-estruturado Além do baixo investimento, só haverá vantagem se: • O layout físico sofre poucas modificações • A rede cresce muito lentamente • Na prática, a maioria das redes sofrem constantes modificações, exclusões e ampliações em sua estrutura física ao longo do tempo Quanto maior a rede, maior a necessidade do cabeamento estruturado • Maior probabilidade de mudanças • Maior facilidade no gerenciamento Estruturado x Não-estruturado Ambiente típico de Rede Local Principais normas de cabeamento estruturado Brasileira: ABNT NBR 14565:2013 • Cabeamento estruturado para edifícios comerciais e data centers • Publicações: 2000, 2007, 2012 (+ emenda), 2013 Americana: ANSI/TIA-568-C • C.0: Cabeamento de telecomunicações genérico para as dependências do cliente (início/2009). • C.1: Cabeamento de telecomunicações para edifícios comerciais (início/2009). • C.2: Cabeamento de telecomunicações em par balanceado e componentes (final/2009). • C.3: Componentes de cabeamento em fibra ótica (final/2008) • C.4: Cabeamento coaxial e componentes para banda larga (final/2011) Internacional: ISO/IEC 11801:20022aed, adendo I (2010) Européia: EN 50173:2011 Apresentam pequenas diferenças em suas nomenclaturas Relação entre a norma 568 C e a ANSI/TIA Componentes de um sistema de cabeamento estruturado Um sistema de cabeamento estruturado é dividido basicamente em dois subsistemas: • Cabeamento Horizontal • Cabeamento Vertical (Backbone) • Backbone de campus • Backbonede edifício Estes subsistemas são responsáveis pela ligação de alguns espaços (elementos funcionais)bem definidos: • Área de trabalho (WA) • Salas de telecomunicações (TR) • Sala de equipamentos (ER) • Infra estrutura de entrada (EF) Componentes de um sistema de cabeamento estruturado Componentes de um sistema de cabeamento estruturado Componentes de um sistema de cabeamento estruturado Cabeamento Horizontal É a parte do sistema que conecta o distribuidor de piso de uma sala de telecomunicações às tomadas de telecomunicações das áreas de trabalho do mesmo pavimento ou pavimento adjacente • Os segmentos de cabo que normalmente o compõe são instalados em dutos embutidos no piso; ou em eletro calhas ou bandejas suspensas ao teto • Deve ser instalado na topologia estrela, com um segmento de cabo exclusivo entre cada porta do distribuidor de piso e uma tomada de telecomunicações da área de trabalho atendida por esse elemento Cabeamento Horizontal Além dos 90m definidos para o cabeamento horizontal: ● 10m são reservados para a Área de trabalho e a sala de telecomunicações; ● sendo 5m permitidos para os Jumper Cables (que interligam as tomadas de telecomunicações as estações); ● 5m permitidos para os patch cables( que interligam os patch panels aos equipamentos eletrônicos de telecomunicações). Cabeamento Vertical (Backbone) É a parte do sistema que interconecta salas de telecomunicações, salas de equipamentos e infraestrutura de entrada principal do edifício. Cabeamento Vertical (Backbone) Tipos de Cabos utilizados Horiz/Vertical Área de Trabalho (WA) • Cada tomada de telecomunicação na área de trabalho deverá ter no mínimo, duas conexões fêmeas, sendo que uma necessariamente deve ser RJ45; ● Os componentes se estendem da tomada de telecomunicação até os terminais e os equipamentos utilizados na área de trabalho ; ● São designados de tal forma que adições de novas estações e mudanças de layout sejam feitas facilmente. Área de Trabalho (WA) Sala de Telecomunicações (TR) É um espaço dentro do edifício comercial usado para a interconexão dos subsistemas horizontal e vertical. • Espaço onde se encontra o distribuidor de piso que distribui o cabeamento horizontal • Uma boa recomendação é que haja uma sala de telecomunicações em cada pavimento de um edifício para atender suas áreas de trabalho • Não sendo possível, uma mesma sala pode atender pavimentos adjacentes Sala de Telecomunicações (TR) Sala de Equipamentos (ER) Local onde encontramos uma infraestrutura especial para os equipamentos de telecomunicações e servidores, e as ligações para as salas de telecomunicações. • Também possui capacidade de alojar os operadores • Fornece um ambiente controlado para abrigar equipamentos de telecomunicações, hardware de conexão, gabinetes de emendas de fibras ópticas, aterramento e elementos de proteção. • Pode abrigar o armário de telecomunicações do andar a que pertence. Infraestrutura de Entrada (EF) Espaço do sistema de cabeamento que contém o ponto de demarcação do cabeamento externo e interno • Contém os cabos, hardware de conexão, dispositivos de proteção, etc. necessários para interligar os cabeamento externo e interno; • Espaço pode abrigar também a infraestrutura de backbone de edifício e de backbone de campus. Armário de Telecomunicações • Abriga ativos e painéis de conexão • Proteção contra ação do tempo • Manipulação indevida de pessoas não autorizadas • Sua capacidade é através de uma medida padrão • “U”: corresponde a uma altura de 4,5 cm e 19 polegdas (19”) • Equipamentos feitos para rack adotam estas medidas • Diversos tamanhos: 6Us, 20Us, 40Us, etc. • Comumente chamado “rack” Armário de Telecomunicações Componentes mais comuns nos Armários de Telecomunicações Ativos (hubs, switches, roteadores e até mesmo servidores) • Patch Panel, distribuidores internos ópticos (DIO), guias de cabos • Filtros de linha, bandejas. Patch Panel (Painel de Conexão) Patch Panel (Painel de Conexão) Terminadores para cabeamento horizontal proveniente da área de trabalho DIO (Distribuidor Interno Óptico Problemas relativo ao cabeamento 1 - Cabo mal conectado entre equipamentos Exemplo: em uma placa de rede ou em um switch, um cabo mal encaixado pode deixar o equipamento fora de rede. Isso pode acontecer, principalmente, por dois motivos: falha nos conectores (que engatam perfeitamente os cabos) ou por oxidação. Há, ainda, a possibilidade de negligência no momento de instalação do cabeamento estruturado. Portanto a implantação da estrutura deve ser feita com cautela, conhecimento e documentação a fim de evitar dores de cabeça futuras às empresas. Deve ser executada por uma equipe certificada, de preferência. Problemas relativo ao cabeamento 2 - Estrutura oxidada Técnicos devem acompanhar constantemente as condições do cabeamento estruturado. Um dos motivos é para verificar se o ambiente provocou oxidação dos cabos. Esse aspecto pode comprometer toda a rede instalada. Para prevenir essa ação do tempo, mais comum em ambientes úmidos, é fundamental escolher equipamentos de qualidade, que garantam a manutenção da qualidade da conexão em condições adversas de clima, temperatura e pressão. Problemas relativo ao cabeamento 3 - Montagem inadequada do conector Se um cabo está mal ou completamente desencaixado, fator que resulta no posicionamento incorreto do cabeamento estruturado, é sinal de que o conector escolhido para a estrutura não foi a melhor opção. Nesses casos, o ideal é cortar e encaixar um novo conector. Mas lembre-se: esse procedimento deve ser executado por alguém que possua ferramenta e conhecimento adequados no assunto. Não se arrisque: querer resolver o problema sozinho pode comprometer toda a rede. Problemas relativo ao cabeamento 4 - Cabos danificados Um cabo rompido, por exemplo, pode ocasionar lentidão em toda a rede. Se o problema não for resolvido logo, progressivamente, a rede torna-se impraticável. Os equipamentos enviam dados a partir da checagem de erros e, sempre que uma informação chega ao destino e esses erros são detectados, ela é enviada novamente. Esse procedimento repete-se até que todos os dados cheguem completamente até o outro lado. Testadores de cabos nas duas pontas são capazes de descobrir se a estrutura está rompida e em qual parte esse rompimento aconteceu ou qual parte foi comprometida. A partir da detecção de dano, basta substituir o cabo. Nunca faça emendas! Problemas relativo ao cabeamento 5 - Pinagem dos conectores Em uma rede de câmeras de vigilância, por exemplo, existem padrões de instalação específicos que devem ser seguidos por quem implantará o cabeamento estruturado. São eles: T568a e T568b. Portanto, fica expressamente proibida a combinação de T568a e T568b em um mesmo cabo. Se não foi verificado esse aspecto em sua rede, é provável que ela esteja ameaçada e valha a pena realizar alguns testes. Problemas relativo ao cabeamento 6 - Ausência de certificação e documentação da rede Os principais órgãos que regulamentam a certificação, como EIA, TIA e ABNT, se aplicam a diferentes estruturas e garantem o pleno funcionamento de uma rede. Esses órgãos regulam todas as normatizações para cabeamento estruturado. Caso sua estrutura não tenha seguido nenhuma delas, é recomendada uma análise a fim de garantir maior organização, segurança, otimização de recursos e fácil gerenciamento à empresa. Problemas relativo ao cabeamento Atenção: Caso não seja entregue uma documentação com os relatórios de certificação, não há como garantir que o cabeamento tenha sido bem instalado. Por isso, é fundamental que os técnicos realizem um memorial descritivo do projeto exatamente como ele foi concebido. Um as built de instalação de rede é composto por informações como cabeçalho, histórico das versões do documento (com as atividades executadas e inseridas no documento cada vez que atualizá- lo), identificação das pessoas ligadas ao projeto, inventário de hardware e software, descrição da montagem da estrutura, definição das Vlans, endereçamento e acesso aos equipamentos,desenho das ligações físicas e arquivos de configurações inseridos, SLA (acordo de nível de serviço) e suporte. Mesmo que a maioria das pessoas não goste de executar esse processo, documentar uma rede é tão importante quanto implementar uma solução. Problemas relativo ao cabeamento 7 - Treinamentos ineficazes junto ao cliente final O treinamento com o usuário final é imprescindível para que uma instalação de cabeamento estruturado seja concluída. Nessa etapa, novos equipamentos são apresentados aos usuários e, principalmente, processos e procedimentos são consolidados. Uma capacitação desse tipo possibilita usuários na tomada de decisão e na melhor utilização da estrutura instalada.
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