PIM 4 Arquitetura de Rede

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RESUMO 
No presente projeto integrado multidisciplinar tem como finalidade apresentar a implementação de uma infraestrutura de rede funcional para uma biblioteca comunitária localizada num bairro de uma grande cidade.
O objetivo principal desse trabalho é mostrar a execução do serviço feita pela empresa
PIM IV e mostrar as atividades a serem desenvolvidas como também o conteúdo teórico das disciplinas cabeamento estruturado, redes de dados e arquitetura de redes.
Foi feito um planejamento de cabeamento estruturado de acordo com a normativa NBR ISO 14656 em conjunto com as outras normas da referida matéria.
O presente projeto tem objetivo apresentar detalhadamente a infraestrutura de rede de computadores de uma biblioteca comunitária, seu ambiente físico e lógico, tipo de material utilizado e funcionalidade, tendo principalmente como base os conhecimentos adquiridos nas disciplinas de Cabeamento Estruturado, Redes de Dados e Comunicação e Arquitetura de Redes.
Na sala de computadores desta biblioteca terão trinta computadores ligados em rede com acesso à internet. Para o usuário comum, isso parece algo simples e prático, mas para tudo funcionar corretamente existe uma complexa estrutura de aparelhos e componentes de TI necessários para atender essa pequena rede.
Esse projeto foi baseado nas normativas padrões para cabeamento estruturado, os quais iremos apresentá-los, para assim poder atender de maneira eficiente a demanda deste projeto e tornar a rede de computadores nessa biblioteca muito eficaz e de qualidade.
TOPOLOGIAS DE REDES 
A topologia de uma rede de comunicação refere-se como os enlaces físicos e os nós estão organizados, determinando os caminhos físicos existentes utilizáveis entre quaisquer pares de estação conectados a essa rede. Muitas vezes a topologia influencia na velocidade e eficiência. As topologias mais comuns são:
Malha 
A interconexão é total garantindo alta confiabilidade, porém a complexidade da implementação física e o custo inviabilizam seu uso comercial.
Figura 1 - Malha
Estrela 
A conexão é feita através de um nó central que exerce controle sobre a comunicação. Sua confiabilidade é limitada à confiabilidade do nó central, cujo mal prejudica toda a rede.
Figura 2 - Estrela
Estrela estendida
É uma topologia de redes de computadores na qual todos os nós (computadores e periféricos) da rede estão conectados ao hub ou switch com uma conexão ponto-a-ponto, formando um segmento de rede físico.
Figura 3 - Estrela Estendida
Barramento 
As estações estão conectadas através de um cabo com difusão da informação para todos os nós. É necessário uma adoção de um método de acesso para as estações em redes compartilharem o meio de comunicações, evitando colisões. É de fácil expansão, mas de baixa confiabilidade, pois qualquer problema no barramento impossibilita a comunicação de toda a rede.
Figura 4 - Barramento 
Anel
O barramento toma forma de um anel, com ligações unidirecionais ponto a ponto. A mensagem é repetida de estação para estação até retornar à estação de origem, sendo então retirada do anel. O trafego passa por todas as estações do anel, sendo que somente a estação destino interpreta a mensagem.
Figura 5 - Anel
Hierárquica 
Também pode se chamar de Arvore (Tree). É a expansão da topologia em barra herdando suas capacidades e limitações. O barramento ganha ramificações que mantêm as características de difusão das mensagens e compartilhamento de meio entre as estações.
Figura 6 - Hierárquica
ARQUITETURA DE REDES 
Quanto à abrangência, as redes de computadores, podem ser classificadas em:
WIDE AREA NETWORK – Rede que conecta LANs situadas em diferentes áreas
metropolitanas.
Figura 7
LOCAL AREA NETWORK – Rede relativamente pequena de computadores, abrangência limitada.
Figura 8 
METROPOLITAN AREA NETWORK – Rede de alta velocidade composta de LANs
numa mesma região metropolitana.
Figura 9
PERSONAL AREA NETWORK – Redes de curtas distâncias, poucos metros. Ex.:
Bluetooth
Figura 10 
RADIO AREA NETWORK – Uma rede acesso por rádio é uma tecnologia que conecta dispositivos individuais a outras partes de uma rede por meio de conexões de rádio. É uma parte das conexões moderna, com conexões de rede 3G e 4G para telefones celulares.
PROTOCOLOS DE COMUNICAÇÃO 
Conceito
Para que os computadores de uma mesma rede possam se comunicar, é necessário que todos adotem as mesmas regras para receber e enviar as informações. Esse conjunto de regras é conhecido como protocolos de comunicação que definem parâmetros e critérios para a troca de dados.
Pilha de protocolo OSI 
A pilha de protocolo Open Systems Interconnection (OSI) é um modelo de referência que contém um conjunto de protocolos de comunicações. É denominada pilha porque sua arquitetura é composta de sete camadas. Nas próximas subseções serão apresentadas todas as setes camadas em uma didática descendente (camada de aplicação – camada física).
Aplicação 
É nessa camada que ocorre a interação micro - usuário. A camada de Aplicação é responsável por identificar e estabelecer a disponibilidade da aplicação na maquina destinatária e disponibilizar os recursos para que tal comunicação aconteça. Abaixo alguns exemplos de protocolos da camada de aplicação:
 File Transfer Protocol (FTP);
 Post Office Protocol (POP3);
 Hypertext Transfer Protocol (HTTP);
 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP).
Apresentação 
A camada de apresentação responde às solicitações de serviço da camada de aplicação e envia solicitações de serviço para a camada de sessão. Diferentemente das camadas inferiores, preocupadas em mover os bits de forma confiável de um ponto a outro, essa camada preocupa-se com a sintaxe e a semântica dos dados transmitidos. Dentre as possíveis tarefas realizadas nessa camada estão:
 Criptografia dos dados recebidos da aplicação;
 Compactação dos dados para que haja uma diminuição no volume de dados;
 Mudança da codificação em páginas HTML (ASCII, UTF-8).
As funções de compressão e segurança, entretanto, não são exclusivas à camada de
apresentação.
Sessão 
A camada de sessão é responsável pelo estabelecimento, gerenciamento e finalização de sessões entre a entidade transmissora e a entidade receptora. Ela basicamente mantem os dados de diferentes aplicações separados uns dos outros. Abaixo alguns exemplos de protocolos dessa camada:
 Network File System (NFS)
 Structured Query Language (SQL)
 Remote Procedure Call (RPC)
 AppleTalk Session Protocol (ASP)
Transporte 
Os serviços definidos na camada de transporte são responsáveis pela segmentação e reconstrução de fluxos de dados proveniente de camadas superiores. Eles provêm comunicação ponto a ponto e podem estabelecer uma conexão lógica entre aplicação origem e a aplicação destino em uma rede. Os protocolos são agrupados em dois conjuntos: os orientados à conexão com retransmissão e com controle de erro; e os não orientados à conexão sem retransmissão e sem controle de erros. Dentre os protocolos mais populares estão o Transmission Control Protocol (TCP) e o User Datagram Protocol (UDP).
Rede 
A camada de rede tem a responsabilidade de endereçar os pacotes de dados recebidos da camada de transporte como também definir a rota dos pacotes, que é o caminho assumido para entregar um pacote de origem ao destino. A seguir, alguns protocolos da camada de rede:
 Border Gateway Protocol (BGP)
 Internet Control Message Protocol (ICMP)
 Internet Protocol (IP)
 IP Security Protocol (IPSec)
 Routing Internet Protocol (RIP)
 Open Shortest Path First (OSPF)
Enlace 
A camada de enlace assegura que os dados sejam transmitidos ao equipamento apropriado e converte os dados vindos da camada superior (rede) em bits, tornando possível a transmissão através de meios físicos, cabos, definidos na camada física. A camada dois formata a mensagem em frames e adiciona um cabeça customizado contendo o endereço de hardware (MAC Address) das máquinas transmissoras e destinatária. É importante entender que à camada de Rede (onde os routers são definidos) não importa a localização física dasmaquinas, mas a localização lógica das redes. A camada de Enlace de Dados (onde os switches e bridges são definidos), sim, é responsável pela identificação de cada máquina (endereçamento físico) em uma rede local. Para um host enviar dados a outro através de um router, a camada de Enlace se utiliza do endereço de hardware ou MAC Address.
Figura 11
Alguns exemplos de protocolos da camada 2:
 Ethernet
 Fiber Distributed Data Interface (FDDI)
 High-level Data Link Control (HDLC)
Física 
A camada física define as especificações mecânicas e elétricas do meio de comunicação. Essa camada tem como principal responsabilidade prover o movimento de bytes entre dois dispositivos comunicantes. Um exemplo de atuação nessa camada é o padrão Ethernet, que atua diretamente na camada física definindo requisitos de transmissão (cabeamento, sinais elétricos etc.) das Local Areas Networks (LAN).
IDENTIFICANDO O CENÁRIO À NECESSIDADE REQUERIDA 
De acordo com o que foi apresentado nessa parte teórica, a topologia de rede que mais se adapta ao que foi solicitado é a estrela assim como a arquitetura de rede é a local área network (LAN).
ARQUITETURA DE REDES E SUAS CAMADAS 
Em nossa biblioteca, vamos implementar uma arquitetura de rede baseada nas camadas de 3 a 7, e consequentemente, expor suas funções. Elas serão apresentadas a partir da camada superior (camada 7), até a camada inferior (camada 3).
5.1 - Camada de Aplicação 
Camada 7 – Aplicação (OSI e TCP/IP): Essa camada dizemos ser a mais próxima do usuário da biblioteca, pois nela o usuário executa diversos protocolos como por exemplo: Quando o usuário navega na internet, ele está usando o protocolo HTTP (Hyper Text Transfer Protocol).
- Caso haja a necessidade de uma transferência de arquivos, pode ser usado o protocolo FTP (File Transfer Protocol).
 - No caso de o usuário necessitar de um envio de e-mail, será usado o protocolo SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), entre outros.
 5.2 – Camada de Apresentação
Camada 6 – Apresentação (OSI): 
Essa camada tem como função fazer com que dados com sintaxes diferentes possam se entender, negociar o formato de codificação e entregar ASCII ou EBCDIC. E até os formatos mais conhecidos, como vídeos MPEG (Motion Picture Experts Group) e JPEG (Joint Photographic Experts Group). 
5.3 – Camada de Sessão 
Camada 5 – Sessão (OSI): 
Essa sessão é responsável pela comunicação entre os hosts no que se diz referente à transferência de dados entre programas. Ao se comunicar, os programas entram em um acordo definindo a melhor forma de realizar essa transferência. Outra função muito importante são as marcações inseridas caso haja falha na rede. Exemplo: Se um usuário da biblioteca estiver baixando um livro e nesse momento acontece uma falha na rede, ao retornar, continua do mesmo ponto.
5.4 – Camada de Transporte 
Camada 4 - Transporte (OSI e TCP/IP): 
Responsável pelo transporte de informações de um local a outro. Basicamente podemos usar dois protocolos de comunicação para isso: 
1 - TCP: A função dele é garantir que os dados cheguem ao destino com confiabilidade, recebendo mensagens dizendo que o pacote chegou, só aí ele envia o próximo pacote, e assim sucessivamente.
2 - UDP: Ele somente envia os dados, sem confirmação de chegada. 
5.5 – Camada de Rede 
Camada 3 – Rede (OSI): Essa camada é responsável pelo endereçamento dos dados, com responsabilidade que cheguem ao destino da maneira mais rápida possível, escolhendo a rota melhor com menos congestionamento. 
Camada 3 – Internet (TCP/IP): Essa camada é responsável pelo endereçamento de internet, empacotamento e encaminhamento. Entre diversos protocolos, citamos os principais que irão nos auxiliar na biblioteca, o IP, ARP, ICMP e IGMP. 
IP: Será responsável pelo roteamento. 
ARP: Cumpre a função de descoberta do endereço da camada de acesso à rede, como um endereço de hardware associado a um determinado acesso na camada Internet.
ICMP: Responsável pelo diagnóstico, relatando erros. 
IGMP: Vai contribuir gerenciando os grupos de IP.