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www.esab.edu.br Redes de Computadores SISTEMAS DE INFORMAÇÃO Redes de Computadores Vila Velha (ES) 2014 Escola Superior Aberta do Brasil Diretor Geral Nildo Ferreira Diretora Acadêmica Beatriz Christo Gobbi Coordenadora do Núcleo de Educação a Distância Beatriz Christo Gobbi Coordenadora do Curso de Administração EAD Rosemary Riguetti Coordenador do Curso de Pedagogia EAD Claudio David Cari Coordenador do Curso de Sistemas de Informação EAD David Gomes Barboza Produção do Material Didático-Pedagógico Delinea Tecnologia Educacional / Escola Superior Aberta do Brasil Diretoria Executiva Charlie Anderson Olsen Larissa Kleis Pereira Margarete Lazzaris Kleis Conteudista Patryck Ramos Martins Coordenação de Projeto Andreza Regina Lopes da Silva Supervisão de conteúdo Renata Oltramari Líderança Técnica Design Gráfico Fernando Andrade Líderança Técnica Revisão Gramatical Tiago Costa Pereira Laís Gonçalves Natalino Designer Educacional Adriana Novelli João Paulo Mannrich Revisão Gramatical Bárbara Seger Zeni Laís Gonçalves Natalino Designer Gráfico Laura Rodrigues Neri Gonçalves Ribeiro Diagramação Dilsonir José Martins Junior Equipe Acadêmica da ESAB Coordenadores dos Cursos Docentes dos Cursos Copyright © Todos os direitos desta obra são da Escola Superior Aberta do Brasil. www.esab.edu.br Av. Santa Leopoldina, nº 840 Coqueiral de Itaparica - Vila Velha, ES CEP 29102-040 Apresentação Caro estudante, Seja bem-vindo à disciplina de Redes de Computadores, que irá permitir a você compreender os valores existentes nas conexões entre computadores, e aprender os principais conceitos que suportam todas as tecnologias utilizadas na sua comunicação. A atenção com o mercado de tecnologia enfrenta hoje o grande dilema da sociedade, a dependência com relação às máquinas. Essas máquinas, também denominadas computadores, estão produzindo cada vez mais mercadorias para atrair o consumidor e ocupar a vida das pessoas. As redes de computadores, que oferecem a estrutura necessária para que as máquinas se comuniquem, crescem sem controle desde a corrida espacial que levou o homem à Lua até os dias de hoje. Nesta disciplina, iremos compreender o tráfego de informações entre os computadores, listando todos os pontos necessários que identificam as particularidades inerentes às redes de comunicação e dados. Seja qual for a área de atuação de um profissional de Tecnologia da Informação, é obrigatório o conhecimento sobre os elos existentes entre os computadores, no intuito de estabelecer noções de compatibilidade nas relações estreitas que ocorrem nos cenários de transmissões dos mais diversos tipos. Então, ao desenvolver um programa para computador ou visualizar um banco de dados, o profissional precisa pesquisar conceitos sobre os recursos existentes na rede de computadores alocada. De forma gradativa, você irá elaborar uma opinião crítica sobre todo o ambiente de conexões das redes de computadores que o cercam, para que haja uma reflexão sobre as tecnologias estudadas. Vamos estudar o assunto fundamentando-nos em autores renomados desse segmento, como Kurose e Ross (2005), Comer (2007), Tanenbaum (2003, 2011), Torres (2009), Soares (1995). Portanto, é hora de começar a entender novos conceitos imprescindíveis para a sua formação de bacharel em Sistemas de Informação. Objetivo O nosso objetivo é apresentar os temas mais relevantes relacionados às redes de computadores e o contexto em que eles se aplicam, para que os alunos compreendam as inter-relações entre os computadores que disponibilizam e utilizam recursos diversos dos sistemas informatizados existentes. Os assuntos serão abordados do ponto de vista dos ambientes locais, remotos, em pequena e larga escala, exibindo os principais componentes de forma hierárquica, bem como suas funções e transações. Habilidades e competências • Projetar e diagnosticar o comportamento de computadores, equipamentos de conectividade e enlaces de comunicações. • Projetar e diagnosticar o funcionamento de aplicações de rede e suas interfaces de acesso. • Modelar e gerenciar ambientes de rede no que tange à comunicação física e lógica de dispositivos. • Reconhecer padrões e técnicas na transmissão de dados em redes de computadores. • Compreender a organização lógica dos dispositivos de redes de computadores. • Identificar tecnologias de comunicação e os protocolos de rede. Ementa Conceito de Redes de Computadores. Princípios dos modelos das redes de computadores: PAN, LAN, CAN, MAN e WAN. Camadas OSI e TCP/IP. Serviços e tarefas ofertados nas camadas. Tecnologias de enlace de dados. Roteamento. Redes de comutação de circuito e de pacotes e dispositivos ativos (Hub, switch, switch de camadas 3 e 4 e router). Sumário 1. Uso de redes de computadores e a internet .....................................................................7 2. História das redes de computadores e da internet .........................................................14 3. Tipos de redes ...............................................................................................................22 4. Classificação das redes de computadores (PAN, LAN, CAN, MAN, WAN) .........................29 5. Aplicações e serviços existentes em redes de computadores .........................................38 6. Protocolos de redes .......................................................................................................44 7. Transmissão de dados ...................................................................................................51 8. Modelos de referência ...................................................................................................58 9. Exercícios de fixação das unidades 1 a 8 ........................................................................66 10. Os modelos de referência OSI e TCP/IP – parte I ............................................................71 11. Os modelos de referência OSI e TCP/IP – parte II ...........................................................76 12. Camada física ................................................................................................................81 13. Comutação por circuitos versus comutação por pacotes ................................................88 14. Meios de transmissão guiados (par metálico, coaxial) – parte I ....................................95 15. Meios de transmissão guiados (fibra ótica) – parte II .................................................102 16. POTS versus ISDN ........................................................................................................109 17. xDSL – Família Digital Subscriber Line ........................................................................115 18. Equipamentos de conectividade e dispositivos passivos ..............................................120 19. Meios de transmissão não guiados..............................................................................129 20. Redes sem fio: 802.11 (Wi-Fi) .....................................................................................136 21. Redes sem fio: 802.15 (Bluetooth) ..............................................................................143 22. Redes sem fio: 802.16 (WiMAX) ..................................................................................148 23. Exercícios de fixação das unidades 10 a 22 ..................................................................155 24. Camada de enlace .......................................................................................................160 25. Ethernet – parte 1 ......................................................................................................167 26. Ethernet – parte 2 ......................................................................................................174 27. X.25 e Frame Relay ......................................................................................................18028. Asynchronous Transfer Mode (ATM) ............................................................................187 29. Equipamentos de conectividade do nível dois .............................................................193 30. Exercícios de fixação das unidades 24 a 29 ..................................................................200 31. Camada de rede ..........................................................................................................208 32. Internet Protocol .........................................................................................................214 33. IPv6.............................................................................................................................222 34. Equipamentos de conectividade do nível 3 .................................................................228 35. Algoritmos de roteamento ..........................................................................................236 36. Internet Control Message Protocol ..............................................................................243 37. Camada de transporte.................................................................................................251 38. TCP (Transmission Control Protocol) ............................................................................258 39. UDP (User Datagram Protocol) ....................................................................................264 40. Camadas de sessão e apresentação .............................................................................269 41. Exercícios de fixação das unidades 31 a 40 ..................................................................274 42. Camada de aplicação ..................................................................................................280 43. A World Wide Web .......................................................................................................287 44. HiperText Transfer Protocol (HTTP) ..............................................................................294 45. Protocolos de e-mail: SMTP/POP/IMAP .......................................................................300 46. Protocolos de transferência de arquivos e acesso remoto ............................................308 47. Protocolo de Gerência de Rede – SNMP ......................................................................314 48. Exercícios de fixação das Unidades 42 a 47 ..................................................................320 Glossário ............................................................................................................................328 Referências ........................................................................................................................343 www.esab.edu.br 7 1 Uso de redes de computadores e a internet Objetivo Apresentar os conceitos de comunicação em redes de computadores, definindo o momento em que se encontram atualmente as redes de computadores e a internet, entendendo seu crescimento e complexidade. Assim como existem as pessoas e a necessidade de comunicação entre elas, devemos pensar que computadores também trocam informações. Esta unidade tratará de conceitos importantes sobre o diálogo existente em redes de computadores, informando a atual configuração dessas malhas de comunicação, e quais itens existem para que elas funcionem. Vamos explorar também a internet, a maior dessas redes, que une vários computadores e dispositivos conectados. Para esta unidade utilizaremos como bibliografia os livros de Torres (2009), Comer (2007) e Kurose e Ross (2005). Esteja atento ao seguinte fato: desde o início de nossa disciplina, poderão surgir termos como host, nós ou sistemas computacionais para designar computadores. Utilizaremos esses termos por estarmos estudando ambiente de redes. 1.1 Conceitos iniciais em redes de computadores (princípios de comunicação) Neste primeiro tópico a função é abranger brevemente os conceitos primordiais para que exista a comunicação entre quem desejar comunicar e o alvo desse comunicador. Sabendo que pessoas e computadores precisam se comunicar para trocar informações, pode-se perceber que essas trocas de informações necessitam de padrões para acontecer. Por exemplo, em uma conversa entre mãe e filho utiliza-se a mesma língua (dialeto) para trocar informações. Se não falassem a mesma língua, mãe e filho não poderiam compreender quais as necessidades e anseios desejados entre quem emite (fala) a informação e quem a espera (ouve). www.esab.edu.br 8 Essa comunicação entre mãe e filho leva ao conceito de protocolo, nesse caso protocolo humano (KUROSE; ROSS, 2005). Esse protocolo humano é obrigatório em nossas vidas para que possamos conviver bem, dentro de certas regras e procedimentos, e isto acontece também com os computadores. Assim como uma pessoa que fala língua inglesa não consegue se comunicar com outra pessoa que fala a língua alemã, dois computadores que possuem tecnologias diferentes precisam se adequar para conseguir trocar dados. Podemos perceber, então, que o protocolo, seja ele humano ou computacional, é a base da troca de informações em uma conversação, ou seja, é um conjunto de regras que permite a comunicação. Além do protocolo, é necessário entendermos que existem outros quatro componentes para que se forme um processo de comunicação genérico (KUROSE; ROSS, 2005). A B Emissor: pessoa A Receptor: pessoa B Sinal: conversa Meio: ar Figura 1 – Processo de comunicação genérico. Fonte: Clip-Art Microsoft (2013). Segundo Kurose e Ross (2005), o protocolo humano ordena que, ao iniciarmos uma comunicação com outra pessoa, primeiramente a cumprimentemos. Observando a Figura 1, podemos perceber que o emissor é a pessoa (elemento) que transmite a informação, ou seja, quem irá gerar a informação. Já o receptor é aquela pessoa (elemento) que recebe a mensagem do emissor. Entre esses dois elementos (emissor e receptor) é necessário que exista o que transmitir, e para isso existe o sinal. O sinal é a mensagem propriamente dita, composta por dados e informações. Por fim, é necessário conhecer por onde esse sinal é transmitido, e o percurso é denominado meio. O meio, então, é chamado de interface ou caminho entre emissor e receptor, e tem a tarefa de transportar o sinal. Podemos observar isso no esquema da Figura 2. www.esab.edu.br 9 Emissor Receptor Meio Figura 2 – Computadores. Fonte: Clip-Art Microsoft (2013). Este meio então conduz o sinal, que no caso dos seres humanos são as informações (a fala) trocadas entre duas pessoas. A todo instante recebemos diversas informações, de vários lugares, as quais precisam do meio para serem divulgadas. Quando transportadas, as informações precisam de um caminho (meio) para percorrerem. Os caminhos disponíveis para comunicar dois ou mais computadores podem ser cabos de diversos tamanhos ou ondas eletromagnéticas, que levam a informação para dispositivos que não utilizam esses cabos. Por exemplo, uma onda é utilizada como forma de envio e recebimento de dados para transmitirmos uma imagem de um celular para uma câmera, e já em uma troca de informações entre dois computadores, um cabo pode ser a solução para que eles se comuniquem. Resumidamente, você pode perceber que em todos os momentos estamos cercados de emissores e receptores (computadores) levando nossas informações para os sistemas informatizados existentes. Essas informações trafegam por satélites, por cabos submersos nos oceanos e por cabos subterrâneos nas estradas. Para os sistemas computacionais se comunicarem, já vimos que eles precisam de um protocolo em comum para estabelecerem conectividade entre eles. www.esab.edu.br 10 Dica Faça um teste agora mesmo no computador para entender o que é um emissor e receptor. Navegue na internet e informe o site destino (receptor) em que você deseja se conectar. Desenhe o cenário desde o localonde você se encontra até o receptor para imaginar como ocorre a comunicação. 1.2 Uso de redes de computadores Ao conhecer o processo inicial de comunicação dos computadores, precisamos entender como funciona o conjunto destes e como desempenham suas funções. O conjunto de vários computadores se comunicando é chamado de rede de computadores (TANEBAUM, 2003). Nessas redes existentes ao longo do nosso planeta, cada computador conectado pode ser denominado de host, nó ou sistema computacional. A maior dessas redes existentes é a internet, que será abordada na unidade 2. Por exemplo, quando nos conectamos a um site em nossas residências, estamos também fazendo parte da internet. Apesar de, a princípio, não oferecer nenhum conteúdo ou serviço para ser utilizado por outras pessoas, o usuário final estará fazendo parte dessa grande rede de computadores em escala mundial ao se conectar à internet. Como informa Comer (2007), a taxa média de novos computadores sendo adicionados à internet alcançou mais de um por segundo em 1998, e aumenta a cada ano. Mesmo fora do ambiente explícito da informática, todos nós temos contato com algum tipo de rede, em maior ou menor grau. Caixas eletrônicos de bancos são os maiores exemplos: cada terminal não passa de um computador ligado a um computador central que armazena as informações de sua conta (TORRES, 2009). www.esab.edu.br 11 Podemos notar que temos contato com algum tipo de rede desde a utilização da internet até a troca de dados na rede da empresa em que trabalhamos, como produto final das redes de computadores. Seja em larga escala (como a internet) ou em pequena escala (como um escritório de contabilidade), você pode imaginar que o entendimento da complexidade desses ambientes conectados está relacionada também aos componentes que permitem que esses computadores conversem, além de outros fatores, tais como, localização geográfica, quantidade de computadores dependentes da conexão, criticidade do negócio, entre outros. Vejamos a seguir quais são esses componentes. 1.3 Os componentes (itens) de uma rede Para que haja comunicação entre os computadores, diversos são os componentes envolvidos no processo. A contribuição desses componentes é primordial para dar sentido ao processo de comunicação, dividindo as responsabilidades. Na Figura 3 são exibidos alguns componentes que acercam as redes de computadores. É preciso entender que tais componentes podem estar presentes ou não nos vários tipos existentes de redes de computadores. A presença ou não dos componentes se dará pela necessidade de cada ambiente de rede. Por exemplo, a impressora pode existir em um ambiente em que é desejável a impressão de documentos, mas se não existe esta demanda, ela pode não estar presente. www.esab.edu.br 12 Cliente Cliente Servidor Placa de rede Hardware de rede (hub) Recurso (arquivos do disco rígido) Cabo Dados (protocolo) Recurso (impressora) Figura 3 – Destaques na comunicação entre alguns componentes básicos de uma rede. Fonte: Torres (2009). Precisamos entender então que uma rede envolve diferentes equipamentos para que haja o diálogo entre as máquinas que utilizamos. Na Figura 3 podemos ver alguns desses equipamentos que permitem a conectividade entre computadores. O primeiro equipamento a ser abordado é o servidor. Um servidor é um computador que possui recursos de processamento (velocidade) e armazenamento (espaço) maiores do que estes computadores utilizados em residências. São construídos para trabalhar com volume de dados mais pesados, por atenderem diversas solicitações de informação simultaneamente. Tanenbaum (2003) chama esses servidores de poderosos computadores e indica que eles são mantidos em um local central sendo gerenciados por uma pessoa preparada para realizar tal operação. Já um cliente é um computador mais simples, muitas vezes localizado em residências e empresas (utilizado por funcionários). É designado para realizar trabalhos mais simples como editar um arquivo texto ou até mesmo cadastrar produtos em um sistema de estoque. O computador cliente por muitas vezes também acessa informações processadas por um computador denominado servidor. www.esab.edu.br 13 Como vimos no início desta unidade, para que haja comunicação entre os computadores, precisamos também compreender que existe um item imprescindível à comunicação entre servidor e cliente, o protocolo. Este serve como linguagem ou regra de comunicação entre dois componentes da rede de computadores, neste caso o cliente e o servidor. Além destes componentes descritos, uma rede de computadores também possui a placa de rede, o hardware de rede, o cabeamento, entre outros, como você pode observar na Figura 3. A placa de rede, também chamada de NIC (Network Interface Card), localizada dentro dos computadores (servidor e cliente), permite a conectividade entre eles. É por meio dela que os computadores irão receber o cabeamento, que são os cabos da rede que transmitem as informações de clientes para servidor e vice- versa. Complementando placa de rede e cabeamento, existe o hardware de rede, também chamado de equipamento de conectividade. Esse componente serve como um interlocutor entre computadores quando é preciso conectar vários computadores a pequenas ou grandes distâncias. Até aqui conhecemos alguns conceitos importantes sobre redes de computadores. Agora vamos estudar as particularidades relacionadas a esses conceitos. Inicialmente é importante entendermos como tudo surgiu. Para isso, vamos conhecer mais profundamente a internet na próxima unidade. Bons estudos! Saiba mais O processo de comunicação entre seres humanos e computadores deve sempre respeitar regras para alcançar seu propósito, a comunicação entre emissor e receptor. Para saber mais a respeito dessas relações, assista à reportagem do canal Globo News, disponível clicando aqui. http://www.youtube.com/watch?v=vtVxC9ocEu4 www.esab.edu.br 14 2 História das redes de computadores e da internet Objetivo Explorar o surgimento das redes de computadores, a história da ARPANET e redes agregadas até a internet. No estudo das redes de computadores é importante compreender melhor o que é a internet, além de outros conceitos relevantes estudados anteriormente. Para isso, faremos um breve resgate da história da internet, inspecionando o marco de origem de todas as comunicações existentes hoje em nosso planeta, a ARPANET. Nesta unidade utilizaremos os livros de Tanenbaum (2003) e Kurose e Ross (2005). Vamos lá! 2.1 A ARPANET A disputa militar, ideológica e política entre as nações alavancou várias tecnologias dos mais diversos tipos. A internet foi uma dessas tecnologias que precisou da disputa entre países para que pudesse surgir. Pense: o que seria da realidade atual se não fossem os acontecimentos ocorridos em épocas passadas? A história começa no final da década de 1950 (TANENBAUM, 2003), nos EUA, mais precisamente no Departamento de Defesa, onde se pensava em criar um cenário onde computadores e suas valiosas informações seriam capazes de sobreviver a uma guerra nuclear, por exemplo. Até então, para transmissão de informações só existia a rede de telefonia pública, e as comunicações militares passavam por ela, que era considerada como incerta diante da probabilidade de ocorrência de grandes acontecimentos ruins, tais como ataques de países inimigos (Figura 4). www.esab.edu.br 15 Figura 4 – À esquerda, a representação de um sistema de telefonia vulnerável completa. À direita, o ponto vermelho ligado por uma linha tracejada representa a quebra de uma central. Fonte: Adaptada de Tanenbaum (2003). De acordo com Tanenbaum (2003, p. 54), “A vulnerabilidade do sistema era o fato de que a destruição de algumas centrais interurbanas [pontos pretos centrais] importantes poderia fragmentar o sistema em muitas ilhas isoladas”. Portanto, a vulnerabilidade da rede de telefonia era creditada à sua forma de instalação e funcionamento,que concentrava todo o núcleo da rede em níveis hierárquicos com poucas opções de correção caso viesse a acontecer alguma falha nas conexões Em 1960, Paul Baran, funcionário da Rand Corporation, contratada pelo Departamento de Defesa dos EUA, lançou um projeto de rede como solução, apresentada na Figura 5. Esta solução consistia em um mapa de conexões entre alguns pontos de comunicação onde se planejava que tais pontos conseguissem ainda se comunicar mesmo com algum deles deixando de funcionar. www.esab.edu.br 16 Figura 5 – Estrutura proposta por Paul Baran. Fonte: Tanenbaum (2003). Tanenbaum (2003) ainda reitera que Baran expôs o projeto de rede que era altamente distribuído e tolerante a falhas e enviou diversos relatórios detalhados para o Departamento de Defesa dos EUA. O Pentágono gostou do conceito e pediu à AT&T (American Telephone and Telegraph), na época a empresa que detinha o monopólio nacional da telefonia nos Estados Unidos, que construísse um protótipo. A AT&T, na época, descartou as opiniões de Baran por questões políticas e ideológicas, isto é, não queriam ficar à mercê das ideias de um simples funcionário. Depois que a empresa recusou a proposta de Paul Baran, vários anos se passaram e o Departamento de Defesa dos Estados Unidos ainda não tinha um sistema melhor. Após ser superado na corrida espacial pela extinta URSS (União das Repúblicas Socialistas Soviéticas), o governo americano precisava rebater o sucesso dos soviéticos. Nesse momento, o Pentágono, descobrindo uma disputa interna de poder entre as forças armadas (Exército, Marinha e Força Aérea), avistou a possibilidade de solucionar o problema estabelecendo a ARPA (Advanced Research Projects Agency), em 1957. A ARPA não tinha cientistas nem laboratórios, somente um escritório e orçamento reduzido. No início, a agência realizava trabalhos de concessões e contratos para universidades e empresas que tinham ideias promissoras, sem muito saber a sua própria missão perante o governo americano. O então diretor da ARPA, Larry Roberts, em 1967, decidiu concentrar forças para mudar o tipo de www.esab.edu.br 17 trabalho que as agências vinham realizando, focando agora no conceito de redes. Após algumas conversas com estudiosos, surge a ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), em 1969, trazendo alguns fundamentos do trabalho realizado por Paul Baran em 1960. Em 1972, a ARPANET, antiga rede de computadores que originou a internet, foi apresentada publicamente na Conferência Internacional sobre Comunicação por Computadores daquele ano. Em complemento à ARPANET, inicialmente uma rede fechada, surgiram novas redes independentes (Figura 6), que também agregariam valor às redes de computadores atuais. Um desses exemplos era a ALOHAnet que permitia a comunicação entre as ilhas havaianas (KUROSE; ROSS, 2005; TANEBAUM, 2003). MILNET NSFNET ARPANETALOHAnet Figura 6 – A origem da internet: união de várias redes de computadores. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Além da ARPANET e da ALOHAnet, surgiam outras variantes de redes ao redor do planeta, como a NSFNET e a MILNET, o que foi importante para a disseminação das redes de computadores. O número de máquinas e usuários conectados à ARPANET cresceu rapidamente. Ao final da década de 1970, aproximadamente 200 máquinas compunham a conexão com a ARPANET. Ao redor do mundo, outras redes foram surgindo agregando computadores e semeando características parecidas com a ideia original da ARPANET. No início da década de 1990, a progenitora da internet deixou de existir, nascendo assim a maior rede mundial de computadores: a internet. www.esab.edu.br 18 Dica Além dessas redes que juntamente com a ARPANET puderam contribuir para a internet de hoje, existiam outras denominações de redes. Faça uma pesquisa e encontre os nomes das possíveis redes que geraram a internet. 2.2 Internet (história, introdução e conceitos) A internet surge para agregar conhecimento ao mundo. Desde a sua concepção, com o primeiro computador transmitindo informações, a ideia geral era compartilhar serviços e recursos que pareciam, na época, inofensivos e inúteis para a sociedade. De 1970 a 1990 a internet era utilizada por pesquisadores ligados às universidades, ao governo e à indústria e não possuía o valor agregado de serviços existentes que possui atualmente. Até 1990, a internet e suas predecessoras possuíam quatro serviços a serem oferecidos para os usuários, a saber: • correio eletrônico (e-mail): a possibilidade de redigir, enviar e receber mensagens surgiu na ARPANET; • newsgroups: os fóruns especializados em diversos interesses comuns trocam mensagens sob regras peculiares de tratamento entre seus membros; • logon remoto: a forma de acessar remotamente computadores já existia também na ARPANET. Dessa maneira, era possível conectar- se a qualquer computador a partir de usuário e senha; • transferência de arquivos: a possibilidade de copiar arquivos entre computadores ligados à internet era factível também desde o surgimento da internet, permitindo acesso a inúmeros artigos, banco de dados e outras informações. www.esab.edu.br 19 Podemos perceber que, no início da década de 1990, a internet era um ambiente fechado para pesquisadores, cientistas e não atraía a atenção do público em geral. Uma nova aplicação, a www (World Wide Web), transformou esse fato e aproximou milhares de novos usuários à rede sem o foco acadêmico. Para sua reflexão O caminho para alcançar a conectividade já estava estabelecido. Aplicativos surgiam para dirimir problemas de comunicação e interação entre emissor e receptor. Pense em por que a internet não apresentava tantos atrativos como apresenta hoje? Isso foi possível graças à tecnologia www, que permite facilidades ergonômicas e visuais, itens que antes não eram plausíveis de serem imaginados. A resposta a essa reflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. Com a internet agregando cada vez mais serviços e usuários, é preciso também entender o valor dos Provedores de Serviços de Internet (Internet Service Providers – ISPs). Esses provedores são empresas fornecedoras da conexão com a internet. Na Figura 7, podemos perceber como os ISPs funcionam, desde o início da conexão até o usuário final. www.esab.edu.br 20 Cliente Sistema telefônico POP ISP Grupo de servidores Figura 7 – Visão geral da internet. Fonte: Tanenbaum (2003). Podemos notar na Figura 7 o acesso de um usuário a um site qualquer, como o google.com. Então, usando uma linha telefônica de discagem, o usuário consegue conectar o computador a um aparelho específico, por exemplo, o modem. Esse modem pode ser pensado como um hardware que converte os sinais que o computador produz para o sistema telefônico. Esses sinais são transferidos para o POP, ou seja, para os pontos em que um ISP se conecta a outros ISPs. Após chegar ao ISP final, os sinais (informação) são entregues para o receptor corretamente, que nesse caso seria o google.com. Dica Gostou de saber como funciona a comunicação de um computador com a internet? Então, pesquise sobre outros termos que fazem parte da cadeia de comunicação entre emissor e receptor, como POP. www.esab.edu.br 21 Agora que já estudamos como conseguimos colocar nossos computadores em comunicação com os destinos específicos na internet, iremos estudar os tipos de redes existentes. Seja em casa, na organização em que trabalhamos ou até mesmo no local onde estudamos, é interessante avaliar os cenários existentes de conectividade, que veremos na próxima unidade. Tais cenários poderão habilitar o profissional da informática a visualizar questões de conectividade que existem diariamente, comunicando emissor e receptor entre diversos pontos de alcance. Saiba mais Conheça mais sobre a história da internet e reflita se essa rede veio para ficar. Visualize alguns conceitos que complementamo estudo relacionado à internet. Acesse clicando aqui. http://www.youtube.com/watch?v=QyOhW-cOpT0&feature=c4-overview-vl&list=PLA36AA58B0285BB12 www.esab.edu.br 22 3 Tipos de redes Objetivo Apresentar os tipos de redes e suas implementações, buscando avaliar os cenários cliente-servidor e ponto a ponto. Conforme tratamos nas unidades anteriores, as redes de computadores se originaram da necessidade da troca de informações. Seja em um escritório (com a quantidade de computadores reduzida) ou em uma compra pela internet, é importante entendermos que a comunicação entre as distintas partes envolvidas em uma comunicação possuem características peculiares a cada tipo de informação a ser transmitida. Nesta unidade, iremos compreender os tipos de comunicações que podem acontecer entre as partes (emissor e receptor) e as arquiteturas disponíveis para criar as redes de computadores. Para embasar os conceitos desta unidade, serão utilizados Tanenbaum (2003), Torres (2009) e Kurose e Ross (2005). 3.1 Formas de comunicação (transmissão da informação entre emissor e receptor) Como visto na unidade 1, um processo de comunicação genérico possui quatro componentes (emissor, receptor, sinal e meio). Continuaremos a estudar, neste momento, como ocorre o ato de transmissão das informações entre emissor e receptor. Emissores e receptores fazem parte a todo o momento das redes de computadores. Se avaliarmos, as redes de computadores inexistem sem a aplicação desses dois conceitos, pois um computador sempre irá solicitar e outro irá responder. Nos hardwares das redes de computadores, muitas são as diversidades de características presentes quando esses emissores e receptores se comunicam. Tais características mudam de fabricante para fabricante, pois cada empresa constrói de uma forma seus componentes de redes. www.esab.edu.br 23 Quando se trata da forma de comunicação entre dois pontos (emissor e receptor), a primeira questão a ser abordada é a direção em que pode ocorrer a transmissão de dados. Essa característica existe em todos os componentes da rede de computadores. Alguns componentes só conseguem transmitir a informação. Outros já conseguem transmitir e receber a informação, mas não simultaneamente. Por fim, existem os componentes que conseguem transmitir e receber informações ao mesmo tempo. Frente a isso, Tanenbaum (2003) informa que, quando a transmissão permite o tráfego dos dados em apenas um sentido, ela é chamada de simplex. Já a conexão que permite o tráfego de dados nos dois sentidos, mas apenas em um sentido de cada vez, é chamada de half-duplex. E aquelas transmissões que permitem o tráfego de dados em ambos os sentidos e simultaneamente, são denominadas full-duplex. Para elucidar nossos estudos sobre o que ocorre entre as partes (emissor e receptor) vamos analisar as Figuras 8, 9 e 10 e compreender como a informação pode ser disseminada, ou seja, transmitida. Acompanhe, primeiramente, a Figura 8. A Emissor B Receptor Figura 8 – Comunicação simplex: apenas em um sentido. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Podemos observar na situação apresentada na Figura 8 que a seta informa somente o emissor transmitindo a informação. Nesses casos a conexão permite o tráfego apenas em um sentido. De forma análoga, pode-se imaginar uma rua de mão única, na qual só é permitida a circulação de automóveis em um único sentido. Nesse caso os papéis não se invertem, sendo o dispositivo A sempre o emissor e o dispositivo B sempre o receptor. Outro exemplo em que ocorre a transmissão simplex seria a comunicação entre duas pessoas com uma lanterna usando o Código Morse, supondo que o receptor não tenha como responder à mensagem emitida. Já na transmissão denominada como half-duplex, representada na Figura 9, o tráfego de dados é permitido nos dois sentidos, mas somente um por vez. www.esab.edu.br 24 Receptor A Emissor B Receptor A Emissor B Figura 9 – Comunicação half-duplex: em dois sentidos, mas não ao mesmo tempo. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Como é possível observar na Figura 9, no instante em que o dispositivo A transmite, o dispositivo B não pode usar o mesmo canal de comunicação, fazendo somente papel de receptor. Isso também ocorre no momento em que o dispositivo B se torna o emissor, fazendo com que o dispositivo A seja somente o receptor, não sendo permitida a transmissão e recepção de dados ao mesmo tempo. De forma semelhante, podemos perceber que uma estrada de ferro única é denominada half-duplex, pois os trens podem andar nos dois sentidos, porém nunca em ambos ao mesmo tempo. Finalizando os tipos de transmissão de dados, existe também a conexão denominada full-duplex (Figura 10), na qual o tráfego ocorre em ambos os sentidos e ao mesmo tempo. A Emissor B Receptor Figura 10 – Comunicação nos dois sentidos e ao mesmo tempo, chamada de full-duplex. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Essa forma simultânea de comunicação, em que se pode enviar e receber dados ao mesmo tempo, é a que mais predomina nas redes de computadores atuais. Nesse caso, um dispositivo consegue ser emissor e receptor simultaneamente. De forma equivalente, podemos pensar em uma estrada de duas pistas, onde o tráfego de automóveis pode ocorrer nos dois sentidos e ao mesmo tempo. www.esab.edu.br 25 Para sua reflexão Agora que você conhece as formas de comunicação entre emissor e receptor, tente associar esses conceitos a situações do dia a dia, por exemplo, se o ir e vir em uma escada é uma comunicação full-duplex ou se a água que cai de uma cachoeira pode ser compreendida como uma situação análoga a comunicações simplex. 3.2 Arquitetura cliente-servidor e ponto a ponto Depois de mostrarmos como os dispositivos se comunicam, vamos entender quais são as maneiras de compartilhar dados em redes de computadores. Nesse sentido, Torres (2009) apresenta dois tipos básicos de rede: cliente-servidor e ponto a ponto. Vamos conhecê-las melhor? Nas redes definidas como cliente-servidor existirá sempre um computador, denominado servidor, conectado e pronto para receber requisições de computadores denominados clientes, por isso o nome cliente-servidor. Quando acessamos algum site na internet ou um banco de dados na rede de computadores da empresa, estamos aplicando o conceito de cliente-servidor, pois é solicitado algum tipo de requisição, seja do site ou do banco de dados, a um servidor por um cliente. A Figura 11 ilustra um exemplo de cenário cliente-servidor, em que o computador de Alice (cliente) está requisitando informações ao computador da google.com. Cliente Internet (Servidor) google.com Figura 11 – Arquitetura cliente-servidor. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). www.esab.edu.br 26 Devemos ter em mente que o google.com da empresa Google Inc., um site (servidor) com muitos acessos por vários clientes, pode ficar saturado de requisições sendo incapaz de atender a todas elas. Quando isso ocorre, as empresas que respondem por essas requisições, como a Google Inc., precisam estar preparadas e possuir um grande conjunto de servidores. Esse conceito de conjunto de servidores, normalmente chamado de datacenter, é implementado quando existe esta união de computadores respondendo por um só site (google.com), por exemplo. É válido observar que os clientes não se comunicam em uma arquitetura cliente-servidor, eles fazem parte desta arquitetura. Em contraste com a arquitetura cliente-servidor, existe também a arquitetura ponto a ponto ou P2P (Point-to-Point). A arquitetura ponto a ponto consiste em muitas conexões entre pares de máquinas individuais (TANENBAUM, 2003). Para ir da origem (emissor) ao destino (receptor), uma informação talvez tenha que atravessar vários computadores intermediários. Segundo Torres (2009), é o tipo mais simples de rede que pode ser desenvolvida. A visão que se deve ter de uma rede ponto a ponto é ilustrada na Figura 12, na qual se pode notar um dos computadorescom uma impressora instalada. Nesse caso, além do compartilhamento de dados entre os computadores, também existe o compartilhamento da impressora, propriedade instalada e configurada em um dos computadores presentes. Figura 12 – Comunicação em pares: arquitetura ponto a ponto. Fonte: Clip-Art Microsoft (2013). www.esab.edu.br 27 Os pares não são de propriedade dos provedores de serviços (os ISPs, vistos na unidade 2), mas sim de usuários sem a troca de dados com os computadores denominados servidores. Como trocam informações sem passar por nenhum servidor, a arquitetura é denominada ponto a ponto. Uma característica ímpar da arquitetura ponto a ponto é que cada computador (cada host) presente na rede funciona tanto como cliente quanto como servidor. Isto ocorre porque um ponto que solicita uma informação a outro ponto é tido como cliente (neste caso o emissor) e o outro ponto que possuía a informação é chamado de servidor (neste caso o receptor). Existem muitos softwares que utilizam a arquitetura ponto a ponto, tais como a distribuição de arquivos (músicas e filmes) e a telefonia pela internet. Uma das características mais interessantes da arquitetura ponto a ponto é a relação custo-benefício, por não requerer computadores servidores. No entanto, problemas com segurança podem ocorrer devido à precariedade presente nos computadores pares dos usuários finais, aspecto que é minimizado na arquitetura cliente-servidor devido a aspectos organizacionais mais burocráticos atrelados à segurança de computadores servidores corporativos. Hoje em dia, tanto a arquitetura cliente-servidor quanto a arquitetura ponto a ponto são utilizadas em empresas, residências e universidades. Qualquer que seja o propósito das redes de computadores, sempre teremos como implementar a opção de acordo com a necessidade do tipo de conexão a ser realizada. Após entender os conceitos apresentados por meio das arquiteturas cliente-servidor e ponto a ponto, você deve pensar em quais situações cotidianas atuais devem estar presentes os dois tipos de arquiteturas. Ambientes comerciais e residenciais precisam constantemente da comunicação em pares, assim como acesso de clientes a servidores. A questão que fica é em que momento utilizar qual arquitetura. Para isso, é imprescindível conhecer o tamanho das redes de computadores, podendo o aspecto geográfico ser significante ou não. Aspectos territoriais de possíveis implementações de arquiteturas serão abordados na próxima unidade. Bons estudos! www.esab.edu.br 28 Saiba mais Os datacenters são responsáveis por todo o processamento das requisições entre cliente e servidores. Neles estão contemplados equipamentos de conectividade, cabos e computadores servidores que fornecem diferentes tipos de serviços. Para diversificar o conhecimento sobre datacenters, acesse clicando qui. https://www.youtube.com/watch?v=PeQx6o_IXCw www.esab.edu.br 29 4 Classificação das redes de computadores (PAN, LAN, CAN, MAN, WAN) Objetivo Perceber a classificação tradicional por área de abrangência das redes de computadores até o momento atual, inserindo novas abordagens conceituais referentes ao espaço e à localização geográfica. Conhecemos, anteriormente, duas arquiteturas de rede (cliente-servidor e ponto a ponto). Trabalhando com computadores, seja provendo acesso a dados ou incluído em cenários de compartilhamento de arquivos e hardwares, o profissional informata precisa estar atento aos cenários de atuação dos sistemas computacionais. Estabelecendo conceitos com relação ao alcance de redes operacionais, esta unidade aborda as mais tradicionais classificações existentes das redes de computadores e as que estão emergindo com os novos tempos. Tanenbaum (2003), Comer (2007) e Kurose e Ross (2005) são os autores que serão utilizados como bibliografia nesta unidade. 4.1 Redes pessoais e locais O quebra-cabeça formado pela quantidade de tipos de redes de computadores deve ser organizado de alguma forma para que seja possível compreender as diferenças entre elas. Quando classificamos as redes de computadores precisamos tomar cuidado, pois conforme abordado por Tanenbaum (2003), não existe uma só característica que classifique de uma só forma as redes de computadores. Uma maneira de classificar as redes de computadores, conforme explica Tanenbaum (2003), é quanto à abrangência territorial que determinada rede consegue transmitir. Neste caso, estaremos classificando as redes de computadores conforme sua escala. www.esab.edu.br 30 Em relação à abrangência (escala), precisamos entender as siglas e atuação dessas redes. O critério citado por Tanenbaum (2003) trata de uma escala que referencia uma classificação exibida no Quadro 1. Distância Localização Tipo de rede 1 metro Metro quadrado Rede pessoal 10 metros Sala Rede local100 metros Edifício 1 km Campus 10 km Cidade Rede metropolitana 100 km País Rede geograficamente distribuída 1.000 km Continente 10.000 km Planeta A internet Quadro 1 – Escala de classificação de redes. Fonte: Adaptado de Tanenbaum (2003). Iremos estudar agora as redes de menor abrangência territorial, aquelas existentes, geralmente, em ambientes domésticos (casa) ou pequenas empresas. As redes ditas redes pessoais, tão comuns hoje em dia, podem receber duas denominações: são chamadas de PAN (Personal Area Network) ou Rede de Área Pessoal, quando utilizam meios de transmissão guiados (cabos); ou de WPAN (Wireless Personal Area Network) ou Rede de Área Pessoal sem fio, quando se empregam meios de transmissão não guiados (ar). Estas são redes destinadas a uma pessoa e compreendem, por exemplo, um espaço de um quarto com notebook conectado a um celular e um tablet. Neste caso, os computadores e equipamentos estão compartilhando informação em um espaço geograficamente curto (normalmente até uma dezena de metros). Um exemplo deste tipo de rede ocorre quando uma pessoa possui um computador e o objetivo é conectar teclado, mouse e fone de ouvido sem fio. Nesta situação, o ambiente sem fio (em inglês wireless) é considerado pessoal, pois é restrito a satisfazer as necessidades de uma só pessoa. A Figura 13 exibe outro exemplo de rede pessoal, restrito a um ambiente como um cômodo (quarto), cenário ideal para esse tipo de rede. Neste caso, um computador portátil (notebook) é utilizado por uma única pessoa e está conectado a mais dois dispositivos, um celular e um tablet. A informação é trocada entre estes dispositivos restritos ao alcance de, no máximo, 10 metros. www.esab.edu.br 31 Figura 13 – Ambiente propício para uma rede pessoal. Fonte: Clip-Art Microsoft (2013). Existem ainda outras tipificações para redes de computadores quanto à área de abrangência, com um alcance maior do que as redes pessoais. Vamos abordar agora as redes locais, as chamadas LAN (Local Area Network) ou Rede de Área Local, distribuídas normalmente em um único edifício. A LAN é uma rede privada usada para conectar computadores em ambientes como empresas, escritórios, indústrias, centros acadêmicos, entre outros tipos de cenários em que se utiliza a troca de informações (compartilhamento de arquivos e pastas) e o compartilhamento de recursos em espaço territorial reduzido (de até 1000 metros a distância), como informado anteriormente no Quadro 1. Uma LAN normalmente utiliza tecnologia Ethernet (a estudaremos nas unidades 25 e 26) para realizar a comunicação entre computadores, como você pode visualizar na Figura 14. www.esab.edu.br 32 Cliente Cliente Servidor Cliente ISP Figura 14 – Representação de uma LAN com conexão em um ISP. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Nas LANs estão contidos alguns itens que já foram tratados em unidades anteriores, tais como: computadores servidores e computadores clientes, bem como protocolos de comunicação que habitam as LANs e dispositivos de rede responsáveis pela comunicação dos computadores presentes na LAN, entre eles: hubs e switches, os quaisserão abordados em unidades posteriores. A junção de todos esses elementos forma uma LAN, ambiente que persiste desde os anos de 1970 até hoje. Assim como as PANs, uma rede de área local também possui a vertente sem fio, com características semelhantes na tecnologia de transmissão de dados e abrangência, suportando de 10 a 100 metros. Suas propriedades serão abordadas com maior ênfase na unidade 20. www.esab.edu.br 33 4.2 Redes metropolitanas e geograficamente distribuídas Deixando de lado as redes de pequeno alcance, iremos tratar agora de outras classificações de maior abrangência: as redes de computadores CAN, MAN e WAN. As redes de computadores de longa distância possuem características bem diferentes das redes PAN e LAN. Além da área de abrangência, que não fica mais restrita a salas ou edifícios, como visto no Quadro 1, a tecnologia de troca de dados e de conexão ao meio físico e os componentes que interligam estas redes também são outros. Em redes compreendidas como LAN, vimos que os dispositivos que comunicam computadores são hubs e switches. Além disso, percebemos que existem tecnologias (Ethernet, por exemplo) específicas para entender o que é transmitido pelos cabos e compreender como funcionam hubs e switches. Já em redes de longas distâncias estes dispositivos que comunicam computadores possuem outra denominação e outras características. Tais dispositivos não mais conectam computadores, mas sim redes de computadores. Os roteadores, por exemplo, são equipamentos que conectam redes em diferentes pontos distantes por cidades, estados, países e até continentes. Devido à área de abrangência ser maior nestas redes, existe uma situação peculiar envolvida, a velocidade de transmissão. A velocidade para transmitir entre emissor e receptor sofre um atraso característico deste tipo de ambiente devido à distância física que pode ocorrer (de cidades e até continentes). É preciso entender que é mais rápido transmitir de um celular para um computador em um quarto (dormitório) do que transmitir de um computador no Brasil para outro computador na China. Nesse caso, a mesma informação percorrendo dois caminhos diferentes deve chegar primeiro ao ambiente doméstico devido à restrição do espaço físico em que ocorre, pois não é preciso atravessar continentes através de cabos www.esab.edu.br 34 que transportariam estes dados. A este evento que determina atraso na comunicação de redes (transmissão de emissor até receptor) que atravessam continentes se dá o nome de retardo de transmissão. O retardo de transmissão em uma CAN, MAN e WAN é bem considerável se compararmos a uma LAN, por exemplo, pois a distância para percorrer entre emissor e receptor pode ser continental, ou seja, distância entre dois continentes (TANENBAUM, 2003; KUROSE; ROSS, 2005). Iremos conhecer três classificações de redes de computadores relacionadas à escala, mas desta vez sendo de maior abrangência. Para iniciar veremos as redes CAN. Redes CAN (Campus Area Network) ou Rede de Campus são redes que abrangem normalmente áreas de edifícios ou prédios diferentes. Redes entre Campi universitários, complexos industriais ou até mesmo condomínios são exemplos de redes CAN. A conexão entre computadores (emissor e receptor) ocorre entre os prédios. Podemos imaginar dois prédios em uma universidade, um do curso de Física e o outro do curso de Medicina. Nestes dois prédios estão abrigados diferentes computadores. Então no prédio A (Curso de Física) está o emissor que está distante 5km do receptor, outro computador localizado em outro prédio B (curso de Medicina), mas na mesma rede CAN, pois eles fazem parte de um único ambiente universitário. Existe também a MAN (Metropolitan Area Network) ou Rede de Área Metropolitana. Neste tipo de rede vários pontos da cidade ou até cidades vizinhas possuem conexão. Por exemplo, as filiais de lanchonetes em uma cidade, e possivelmente em cidades vizinhas, podem ficar conectadas. Então, sabendo que uma MAN abrange uma cidade, podemos perceber que o seu alcance visa à interligação de pontos específicos em um raio maior, aspecto não alcançado em redes locais. Outro serviço característico de redes MAN são os serviços oferecidos, por exemplo, por empresas de TV a cabo. Estas empresas possuem por característica oferecer serviços por regiões. Então, ao abranger a região sul (Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina), estaríamos criando uma rede MAN e a conexão dos computadores situados nos estados do Paraná, Rio Grande do Sul e Santa Catarina seria estabelecida. www.esab.edu.br 35 Por fim, Tanenbaum (2003) destaca que existem as WANs (Wide Area Network) ou Rede Geograficamente Distribuída, que compreende uma grande área geográfica, podendo ser um país ou até mesmo um continente inteiro. A maioria das WANs, devido a seu aspecto de grandes extensões territoriais, compreende numerosas linhas de transmissão terrestres e marítimas. As redes geograficamente distribuídas também podem apresentar o formato sem fio, com meios de transmissão não guiados, denominando-se, assim, as WWANs (Wireless Wide Area Network), que possuem as mesmas características de alcance, mas nesse caso a transmissão de dados é realizada por meio de satélites. Você, estudante, deve perceber que a internet, abordada na unidade 2, é um exemplo de rede WAN, pois ela abrange quase todo o planeta onde várias pessoas estão conectadas. Hoje em dia a internet é o maior exemplo de rede WAN existente. Uma rede WAN pode ser representada também por diversas LANs, ou seja, pode existir uma empresa que possua a matriz na Itália, com filiais no Brasil, Austrália e China. Ao conectar estas redes locais (LAN) por meio de dispositivos como o roteador estaremos criando uma WAN, devido à área de abrangência alcançar países separados em diversos continentes. Observe a Figura 15 e perceba como são distintas as áreas de atuação dos três tipos de redes de computadores de maiores alcances estudadas. Podemos observar que uma CAN fica restrita a apenas uma região da cidade, sendo que engloba edifícios ou prédios geralmente, que possuem o mesmo negócio (matriz e filiais, por exemplo). Observa-se também que uma MAN pode cobrir uma cidade inteira ou até mesmo cidades vizinhas. Por exemplo, se um empresário possui várias padarias na mesma cidade, então ele deve ter uma rede MAN que cubra todos os bairros dessa cidade. Por fim, é possível visualizar as redes WANs, que podem cobrir dois países ou até mesmo dois continentes, sendo que quando as WANs utilizam a comunicação por satélite são denominadas WWANs. www.esab.edu.br 36 WAN País A MAN Cidade 2 Cidade 1 CAN WAN País B MAN Cidade 4 Cidade 3 CAN Satélite Figura 15 – Divisão de abrangência das redes CAN, MAN e WAN. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Pode-se perceber, também na Figura 15, que as redes de computadores classificadas quanto a sua área de abrangência possuem relações de conexão. Uma WAN, por exemplo, pode conter duas ou mais MANs que por sua vez pode conter duas ou mais LANs. Isto ocorre devido aos locais de atuação destas redes poderem ser os mesmos, por exemplo, o Brasil. Se pensarmos quando estamos em um bairro de Florianópolis em uma determinada rua que possui uma videolocadora, esta é denominada uma LAN, pois sua área de abrangência é restrita ao ambiente da videolocadora. No entanto, se em outro bairro um pouco mais distante, mas na mesma cidade, existir uma filial dessa videolocadora conectada, agora já se pode afirmar que existe uma MAN. Ao mesmo tempo se ocorrer a abertura de outra filial dessa mesma locadora em uma cidade de um estado no Brasil ou em qualquer lugar do mundo, estaremos então estabelecendo uma WAN. www.esab.edu.br 37 Para sua reflexão Em todos os lugares, pessoas com celulares, tablets e notebooks estão usando o conceito de redes WPAN (Wireless Personal Area Network) ou PAN (Personal Area Network). A tecnologia atual permite não só que um únicoindivíduo construa sua própria rede, mas que essas redes pessoais possuam outra característica, a mobilidade. E quais serão os avanços dessas redes pessoais no futuro? Teremos a mobilidade em lugares inimagináveis, como o monitoramento das células do corpo humano? Pense sobre isso. A resposta a essa reflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. Como vimos, as redes de comunicação possuem aspectos diversos que as diferenciam. No entanto, a categorização mais válida utilizada por importantes autores define a área de abrangência como componente classificatório mais importante devido a outros fatores atrelados que estão subentendidos, como tipos de tecnologias, mercado de atuação e velocidade na transmissão. Antes de finalizarmos esta unidade e podermos compreender os papéis dos diversos tipos de redes existentes, precisamos conhecer os serviços que podem ser implementados em cada região de acesso à rede de computadores. Vamos à próxima unidade! Saiba mais Para melhor aproveitar os assuntos estudados e conhecer mais sobre o funcionamento da internet e seus recursos, assista a um vídeo bastante tradicional na área de redes de computadores: “Como funciona a internet e seus equipamentos”. Ele se encontra disponível e legendado clicando aqui (parte 1) e aqui (parte 2). https://www.youtube.com/watch?v=QTdR6SnE0zQ https://www.youtube.com/watch?v=QTdR6SnE0zQ https://www.youtube.com/watch?v=ZG2rLXkR0ZI www.esab.edu.br 38 5 Aplicações e serviços existentes em redes de computadores Objetivo Avaliar em redes de computadores as aplicações e os serviços que ofertam informações diversas aos usuários. De posse do conhecimento da classificação das redes de computadores, partiremos para a avalição das aplicações e serviços presentes em redes de computadores. As redes de computadores nasceram e sobrevivem por possuírem serviços e aplicações que são utilizados por um ou mais usuários. Sabendo que tipo de serviço e aplicação será oferecido por uma rede que possui diversos computadores, conseguiremos definir o modelo de protocolo a ser utilizado. Por exemplo, quando oferecemos o acesso de uma página da internet para um usuário, é porque possuímos um computador que está dentro de uma rede de computadores prestando este serviço. Ou seja, ele possui o conteúdo da página que o usuário irá visitar. Independentemente da abrangência das redes de computadores, a comunicação entre clientes e servidores sempre estará cercada por aplicações e serviços, seja para navegar em um site ou até mesmo para compartilhar um arquivo entre um celular e um computador portátil. Nesta unidade, nos fundamentaremo-nos nas ideias de Tanenbaum (2003) e Kurose e Ross (2005). Antes de iniciarmos esta unidade, é fundamental destacar que aplicações e serviços precisam ser tratados de modo diferente enquanto conceitos. Um serviço em uma rede de computadores pode ser considerado como uma união de ações implementadas por um protocolo por meio de uma interface, e uma aplicação pode ser entendida como um software que utiliza esses serviços existentes. www.esab.edu.br 39 5.1 Aplicações e serviços comerciais Agora que distinguimos os dois conceitos, voltamos o nosso pensamento à unidade 3, na qual abordamos computadores denominados servidores que oferecem aplicações e serviços para o usuário utilizar via redes de computadores. Como podemos ver na Figura 16, temos as aplicações e serviços que são responsáveis por várias atividades que realizamos todos os dias, seja nas organizações em que trabalhamos, seja em nossas casas. Quando acessamos um e-mail corporativo, ou mesmo quando conversamos com alguém em um fórum de discussões, estamos utilizando essas aplicações e serviços que existem instalados e configurados em computadores tidos como servidores. Sites Chat e-mail Arquivos Figura 16 – Usuário com acesso a aplicações e serviços em um ambiente coorporativo. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). Quando um computador cliente, como exibido na Figura 16, acessa o computador servidor o modelo cliente-servidor, visto na unidade 3, é empregado. Nesse caso, normalmente um único computador servidor pode gerenciar um grande número de clientes. Ao entender a interação entre cliente-servidor, devemos perceber que existem dois processos envolvidos nessa forma de comunicação: um no computador cliente e o outro no computador servidor. A comunicação inicialmente ocorre por parte do cliente que envia uma mensagem pela rede ao servidor. Esse servidor possui um processo (programa em execução), alocado na memória RAM do computador, que está pronto para ser utilizado pela conexão estabelecida com o cliente, ficando o processo cliente à espera de uma mensagem de resposta. Quando o processo servidor recebe a solicitação, ele executa a ação solicitada e envia de volta uma resposta (TANENBAUM, 2003). Observe melhor esse processo na Figura 17. www.esab.edu.br 40 Computador cliente (quem solicita aplicações e serviços) Computador servidor (quem possui aplicações e serviços) REDE Solicitação Resposta Figura 17 – Troca de informações entre cliente e servidor. Fonte: Adaptada de Tanenbaum (2003). Sabendo que existe a troca de dados de clientes e servidores nas redes de computadores, é preciso entender que tipos de serviços e aplicações são encontrados em ambientes domésticos e ambientes corporativos. Em uma empresa que possui um ambiente de redes, normalmente há troca de mensagens entre funcionários e parceiros de negócios. Por exemplo, o e-mail, serviço disponível por computadores servidores, é um item obrigatório em quaisquer ambientes que possuam acesso à internet, entre outras formas de comunicação. Segundo Tanenbaum (2003, p. 5): [...] o e-mail não é a única forma de comunicação otimizada que as redes de computadores tornaram possível. Com uma rede, é fácil duas ou mais pessoas que trabalham em locais muito distantes escreverem juntas um relatório. Quando um trabalhador faz uma mudança em um documento on-line, os outros podem ver a mudança imediatamente, em vez de esperarem vários dias por uma carta. Tal aceleração facilita a cooperação entre grupos de pessoas distantes entre si, o que antes era impossível. A troca de dados entre usuários hoje em dia é uma das principais vantagens de utilizar as redes de computadores. Devido ao artifício do compartilhamento de informações (via planilha eletrônica, por exemplo), os serviços oferecidos pelas redes de computadores deixam a cada dia os ambientes organizacionais mais dependentes tecnologicamente. Adicionais a esses dois serviços vistos, e-mail e compartilhamento de arquivos, temos ainda outros não tão populares, como o acesso remoto a computadores, onde é permitida a comunicação de funcionários www.esab.edu.br 41 em locais distantes, com computadores utilizados fisicamente nas organizações. Além destes, existem ainda outros serviços como o comércio de produtos pela internet e a transferência de dados entre pastas remotas de usuários (FTP). 5.2 Aplicações e serviços domésticos Assim como as empresas, as pessoas também possuem necessidades de utilizar recursos que permitem facilidades e comodidades no dia a dia. Infelizmente, esse não era um pensamento unânime dos pesquisadores na década de 1970, como podemos acompanhar. Em 1977, Ken Olsen era presidente da Digital Equipment Corporation, então o segundo maior fornecedor de computadores de todo o mundo (depois da IBM). Quando lhe perguntaram por que a Digital não estava seguindo a tendência do mercado de computadores pessoais, ele disse: “Não há nenhuma razão para qualquer indivíduo ter um computador em casa”. (TANENBAUM, 2003, p. 6) Como destacado pelo autor, o tempo mostrou que o então presidente da empresa estava equivocado, o fato de a empresa nem existir mais parece ser uma prova disso. Apesar de os computadores nas residências se resumirem inicialmente à edição de textos e jogos, ainternet impulsionou a utilização dos computadores a ponto de torná-los um artefato importante nas residências. De acordo com Tanenbaum (2003), os serviços mais populares utilizados em ambientes domésticos são: • acesso a informações remotas: nesse serviço estão inclusas a navegação em sites para acessar desde notícias até informações de recreação ou lazer; • comunicação entre pessoas: nesse caso nos referimos às aplicações de chats, que servem para conversação e troca de áudio, vídeo e texto, fóruns de conversação com pessoas discutindo assuntos similares, grupos de notícias (newsgroups) etc.; www.esab.edu.br 42 • entretenimento interativo: nesses serviços estão inclusos os vídeos por demanda com a possibilidade da visualização de filmes pela internet, além dos jogos compartilhados por multijogadores; • comércio eletrônico: a utilização da internet para efetuar compras de serviços e produtos, além da utilização dos produtos de instituições financeiras também consistem em recursos bastante utilizados por usuários domésticos. É notório que as redes de computadores ajudam os ambientes residenciais a serem lugares com atuação tecnológica importante no emprego dos recursos da internet. Como vimos na unidade 4 <DG fazer link para a unidade 4 tópico 4.1>, esses ambientes podem ser chamados de PAN (redes pessoais). A vivência dos usuários com as tecnologias promove o desenvolvimento de novas aplicações e serviços que acabam trazendo, consequentemente, o desenvolvimento compulsório tanto para as pessoas (como o comércio online e as redes sociais) como para as empresas que provêm esse tipo de recurso. Para sua reflexão Que tipo de serviço poderá ser idealizado daqui a dez anos providos com computadores servidores? Essa pergunta pode estar atrelada a diversos fatores, mas acaba encontrando sempre a mesma resposta. Os aplicativos e serviços são criados para atender a uma necessidade ou são criados para fazer surgir alguma necessidade que antes não existia? A resposta a essa reflexão forma parte de sua aprendizagem e é individual, não precisando ser comunicada ou enviada aos tutores. www.esab.edu.br 43 Por fim, como apresentam Kurose e Ross (2005), a quantidade de tráfego na internet cresceu consideravelmente e estima-se que dez terabits por segundo de capacidade internacional foram utilizados por ISPs em 2008. Esses dados tendem a duplicar a cada dez anos e fazem com que os cientistas pensem sobre a qualidade e capacidade das tecnologias que funcionam, e que devem funcionar, nas residências comparando-as cada vez mais com as já existentes em grandes corporações. Para que aplicações e serviços sejam implementados possibilitando a interação entre quem solicita o serviço (cliente) e quem possui tal aplicação para ser utilizada, é preciso entender as formas de comunicação existentes e que regras respeitar para que emissor e receptor possam se comunicar corretamente. Tais regras são denominadas protocolos, que estudaremos mais profundamente na próxima unidade, dando maior ênfase nas redes de computadores. Até lá! Saiba mais Para aprofundar mais os assuntos estudados em relação à internet, assista à entrevista do professor Sílvio Meira, concedida ao canal Futura, intitulada: “Impactos das novas tecnologias na sociedade”, disponível clicando aqui. No vídeo, o professor aborda alguns impactos das tecnologias informatizadas na sociedade. https://www.youtube.com/watch?v=N_PXfrqgTUo www.esab.edu.br 44 6 Protocolos de redes Objetivo Compreender o funcionamento dos protocolos e a importância do funcionamento desses padrões de comunicação. Como apresentado na unidade 1, um protocolo pode ser conceituado como o conjunto de regulamentos sobre a maneira como acontece a comunicação entre emissor e receptor. Saber mais sobre esses protocolos, entendendo suas principais regras, é um norte que o estudante de tecnologia precisa ter para estar preparado para definir aspectos de relacionamentos entre todo e qualquer dispositivo, aplicação e serviços existentes em redes de computadores. Para esta unidade, utilizaremos os livros de Tanenbaum (2003) e Kurose e Ross (2005). 6.1 Protocolos: fundamentos e analogias Como mencionado por Tanenbaum (2003), nas primeiras redes de computadores concebidas se pensava que o alicerce principal para haver comunicação entre partes que desejavam se comunicar era o hardware. O software (protocolos inclusos) ficava em segundo plano. Essa estratégia foi passada adiante e percebeu-se que o software é parte fundamental de qualquer tipo de comunicação entre emissor e receptor. Precisamos lembrar que um protocolo de rede é semelhante a um protocolo humano, como já vimos na unidade 1, diferindo no aspecto homem e máquina. Podemos concluir que nos seres humanos, o protocolo é gravado no cérebro e no computador, em um dispositivo interno de armazenamento. Complementarmente, Kurose e Ross (2005, p. 7) escrevem que: [...] um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou mais entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão e/ou no recebimento de uma mensagem ou outro evento. www.esab.edu.br 45 Já Tanenbaum (2003, p. 29) afirma objetivamente que um protocolo é “[...] um acordo entre partes que se comunicam, estabelecendo como se dará a comunicação”. Imaginando duas entidades (emissor e receptor) trocando informações, precisamos estar cientes de que quem controla a conversa entre esses dois elementos é um protocolo, o qual dita as regras desde a apresentação entre os computadores, gerenciamento da conexão entre eles até a finalização da transmissão. Portanto, é válido ressaltar que todas as atividades existentes na internet ou redes (LANs, PANs, CANs, MANs e WANs) são dependentes dos protocolos. 6.2 O relacionamento entre protocolos e serviços Como já estudamos na unidade 5, cada aplicação que você utiliza na internet precisa de um protocolo específico e de um serviço, disponível em um computador servidor e atrelado a esse protocolo. Em nossas vidas, quando queremos participar dos diversos círculos de amizade, imitamos o computador, pois temos que nos adequar a cada situação utilizando a linguagem mais apropriada. Na reunião com executivos sobre negócios as pessoas tendem a ter um comportamento mais requintado e usam geralmente palavras que não utilizariam em momentos de lazer, pois sabemos que tipo de linguagem cabe em cada situação. O computador também funciona dessa maneira. Por exemplo, quando abrimos um arquivo de texto e o editamos, o computador irá executar o programa específico para isso. Já quando acionamos um site na internet, teremos outro tipo de comportamento, tendo nosso computador a obrigação de chamar outro computador denominado servidor, pois é ele que possui o conteúdo e o serviço que estamos buscando. Vamos a um exemplo? Quando usamos um navegador, aplicativo para visitar páginas na internet, estamos utilizando o protocolo de comunicação que oferece conteúdos dessas páginas (Figura 18). Esse protocolo HTTP (HyperText Transfer Protocol), o qual veremos na unidade 44, define regras para acessar conteúdos da internet. Desse modo, tanto o computador cliente (quem requisitou a página) quanto o computador servidor (quem possui o conteúdo da página e o serviço inerente ao protocolo HTTP) conseguem manter uma conversa correta. www.esab.edu.br 46 Diferentes e inúmeros são os protocolos existentes para cada tipo de comunicação e para cada tipo de serviço. Alguns protocolos possuem estruturas simples de implantação, todavia existem aqueles com certo grau de complexidade. Veja a seguir um exemplo do funcionamento do protocolo HTTP ao acessar o conteúdo do endereço http://www.google.com.br. Como pode ser visto na Figura 18, o protocolo HTTP é utilizado para obter o conteúdo de um endereço na internet com o propósito de exibir a informação para o usuário (cliente) que a requisitou. Em um primeiro momento, existe a solicitaçãodo usuário (cliente) a um computador (servidor) que precisa ter funcionando (instalado e configurado) o serviço HTTP. Quando o usuário (cliente) souber que esse computador (servidor) responde ao serviço de que ele necessita, ele encaminha um comando, neste caso o “GET”, que funciona para capturar todo o conteúdo da página inicial de um site e apresentá-lo em um navegador para o usuário (cliente). solicitação de acesso HTTP a um site qualquer resposta de conexão HTTP GET http://www.google.com.br <arquivo solicitado (página inicial)> TempoTempo Figura 18 – Funcionamento de um protocolo em redes de computadores. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). www.esab.edu.br 47 Independentemente do grau de complexidade da comunicação e do serviço, o importante é saber que cada protocolo é um conjunto de regras, conforme vimos na apresentação da Figura 18, com uma simples requisição do conteúdo de uma página na internet. Os protocolos utilizados em redes de computadores entendem as tecnologias utilizadas entre cliente e servidor fazendo com que ambas as partes consigam se comunicar corretamente. Neste caso, o protocolo deve ser entendido como uma linguagem para transmitir dados pelas redes de computadores. Ao abordarmos os protocolos de modo mais técnico, devemos entender que eles são algoritmos, passos necessários para a realização de uma tarefa. Desse modo, são eles que fazem parte do processo fundamental para toda estrutura de uma rede funcionar, controlando o fluxo de dados, verificando possíveis erros de acesso a determinados computadores servidores e analisando possíveis tráfegos incorretos que geram dados inválidos na transmissão da informação. Os protocolos são preparados para perceberem futuros problemas e necessidades dos ambientes computacionais. Como já mencionado, precisamos imaginar que os protocolos possuem diversos níveis de atuação, funcionando desde o cabo que conecta as redes de computadores até os programas utilizados por elas. Então, se eles tratam de diversos níveis de entendimento da troca de dados, também possuem diversas camadas pares para entender as sequências existentes na transmissão da informação, conforme a Figura 19. Protocolo da camada n Protocolo da camada 2 Protocolo da camada 1 Protocolo da camada n Protocolo da camada 2 Protocolo da camada 1 Figura 19 – Comunicação entre as camadas do par (emissor e receptor). Fonte: Elaborada pelo autor (2013). www.esab.edu.br 48 Note que a abstração das entidades pares é de fundamental importância para o leitor, pois ajuda a perceber que todo o processo existente no computador cliente (emissor) também será feito no computador servidor (receptor). Por exemplo, podemos pensar que nos protocolos da camada 2 será estabelecido que não há limite para o tamanho dos dados transmitidos. No entanto, o protocolo da camada 3 pode permitir somente dados de determinado tamanho, limitando o tráfego em questão. É interessante perceber que cada camada é atuante nos dois elementos dos pares (tanto emissor quanto receptor), pois os dois são computadores, possuem conexão por meio de cabos, possuem placas de redes e aplicativos inerentes aos aspectos de comunicação. Nesse caso, o que muda é apenas a valência, sendo um o provedor da informação (receptor) e o outro o requisitante da informação (emissor). Se você ainda não entendeu a relação entre as camadas de emissor e receptor, podemos imaginar uma situação (Figura 20) em que dois arquitetos precisam conversar (eles atuam na camada 3). Um deles fala português e/ou outro, italiano. Como não conversam em um único idioma, eles contratam tradutores (que atuam na camada 2), que por sua vez possuem cada qual uma secretária para organização (atuantes na camada 1). Nesse caso, as duas secretárias conseguem estabelecer os mesmos critérios de conversação para marcar o dia e o horário relacionados ao encontro dos profissionais (tradutores), que por sua vez também são atuantes do mesmo nível em que compete atender seus clientes no dialeto desejado. Camada 3 Arquitetos Camada 2 Tradutores Camada 1 Secretárias Figura 20 – Analogia à comunicação de pares dos protocolos. Fonte: Elaborada pelo autor (2013). www.esab.edu.br 49 Percebemos que os protocolos conseguem atuar em diversos níveis, mas sempre obedecendo às regras já implícitas em uma comunicação, para que haja graus de comunicação respeitáveis entre emissor e receptor, seja qual for a tecnologia por eles utilizada. Sem essas camadas e protocolos, seria impossível tratar de comunicação em redes de computadores. Portanto, agora que já entendemos como funcionam os protocolos, é perceptível que sem eles não teríamos comunicação, nas redes de computadores, entre diferentes fabricantes de hardwares e softwares. Isso porque para se comunicarem, eles devem possuir camadas equivalentes nas quais os protocolos arcam com a forma de comunicação, encontrando sempre um mediador entre solicitante e solicitado. Algumas questões fundamentais existentes em redes de computadores sempre terão embutidos os conceitos que vimos nesta unidade. Seja em alto nível de abstração ou apenas para definição de linguagens de acesso a sistemas, a interoperabilidade entre computadores sempre precisará existir. Bons estudos e até a próxima unidade! Fórum Caro estudante, dirija-se ao Ambiente Virtual de Aprendizagem da instituição e participe do nosso Fórum de discussão. Lá você poderá interagir com seus colegas e com seu tutor de forma a ampliar, por meio da interação, a construção do seu conhecimento. Vamos lá? www.esab.edu.br 50 Resumo Na unidade 1 estudamos que, desde o início da utilização do computador, o ser humano precisou inventar formatos e padrões para estabelecer a correção na utilização de hardware e software. Em relação às redes de computadores, ações semelhantes precisaram ser tomadas, estabelecendo, assim, conceitos básicos na transmissão da informação. Na unidade 2, percebemos que a internet que conhecemos hoje em dia foi imaginada tempos atrás, concebendo conceitos de interligação entre máquinas. Massivamente utilizada atualmente, a internet disponibilizou tecnologias antes inimagináveis e que hoje sustentam o crescimento e complexidade atual das redes de comunicação e dados. Na unidade 3, estudamos que independentemente do cenário existente, em qualquer âmbito de redes de computadores sempre deverá haver o computador solicitante e o computador de destino. As diferentes formas de comunicação em um ambiente de rede e os tipos de arquiteturas são o cerne para entendermos como ocorre a interligação entre as partes. Com a unidade 4, vimos que basicamente ao conectarmos dois computadores, em qualquer cenário, podemos imaginar troca de dados de diversas espécies. Constatamos ainda que o cenário de expansão das redes de computadores hoje leva a informação a lugares distintos e atrelados. Em uma sala, um quarto ou uma empresa, pode-se classificar ambientes definindo as formas de utilização das tecnologias de acordo com classes e arquiteturas de comunicação usadas. Na unidade 5 compreendemos que existem ambientes capazes de conectar computadores de várias espécies uns aos outros, diferenciando área de atuação (propósito) e tipo de recurso a ser oferecido. A importância de entender esses ambientes está vinculada à maneira pela qual eles são concebidos respeitando a abrangência, podendo ser explorados comercialmente ou possuir características particulares inerentes a aplicativos e serviços não organizacionais. Finalmente, na unidade 6, vimos que a forma básica que permite o entendimento entre emissor e receptor nas redes de computadores é realizada por protocolos. São eles que permitem a comunicação entre quem envia e quem recebe dados, estabelecendo, assim, critérios e regras de funcionamento, seja qual for o propósito da informação trafegada. www.esab.edu.br 51 7 Transmissão de dados Objetivo Elencar os diferentes modos de transmissão de dados e diferenciar
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