Capítulo 2 - Redes no nosso dia a dia

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Capítulo 2: Redes no nosso dia a dia
Este capítulo começou discutindo o que significa ficar on-line. Ele descreveu os diferentes tipos de redes, como redes de celular, GPS, Wi-Fi, Bluetooth e NFC. Em seguida, abordou as quatro principais categorias de componentes de rede: host, periféricos, dispositivos de rede e mídia de rede. Estas são as três partes na configuração de IP que devem estar corretas para que o dispositivo envie e receba informações na rede:
• Endereço IP – Identifica o host na rede.
• Máscara de sub-rede – É usada para identificar a rede à qual o host está conectado.
• Gateway padrão – Identifica o dispositivo de rede que o host usa para acessar a Internet ou outra rede remota.
Este capítulo detalhou como controlar todos esses dispositivos, onde eles se encontram na rede e como estão conectados. Também analisou as topologias físicas e lógicas e os ícones usados nessas representações de rede.
Por último, foram discutidos cabeamento e mídia. Os três tipos de mídia usados para interconectar dispositivos e fornecer o caminho para a transmissão de dados são:
• Fios de cobre dentro de cabos
• Fibras plásticas ou de vidro (cabo de fibra óptica)
• Transmissão sem fio
Os tipos mais comuns de cabos são par trançado, coaxial e fibra óptica. Os quatro principais critérios para a escolha de um meio físico de rede são:
• A distância em que a mídia é capaz de transportar um sinal
• O ambiente em que a mídia deve ser instalada
• A quantidade de dados e a velocidade na qual ela deve ser transmitida
• O custo da mídia e da instalação
Alguns tipos de cabo Ethernet, como o coaxial e o par trançado não blindado (UTP), estão mais sujeitos a interferência eletromagnética e interferência por radiofrequência. Os cabos de par trançado blindado (STP) são muito menos susceptíveis a esses tipos de interferência. Os cabos de fibra óptica são imunes a interferência eletromagnética e interferência por radiofrequência. Há vantagens e desvantagens em cada tipo de cabo. Os requisitos da rede determinam qual tipo de cabo é melhor usar.
A organização TIA/EIA define dois padrões (esquemas de fiação) diferentes, chamados T568A e T568B. Cada esquema de pinagem define a ordem das conexões dos fios na extremidade do cabo. Quando dois dispositivos estão diretamente conectados com um cabo Ethernet UTP, é importante que as funções de transmissão e recepção em cada extremidade do cabo sejam revertidas. Um dispositivo envia dados em um conjunto específico de fios e o dispositivo na outra extremidade do cabo recebe os dados nos mesmos fios. Dois dispositivos que usam fios diferentes para transmissão e recepção são conhecidos como dispositivos diferentes. Eles exigem um cabo direto para troca de dados. Os cabos straight-through têm os mesmos padrões de cor nas duas extremidades do cabo.
Telefones móveis
Uma maneira comum de ficar on-line é pelo celular. Você sabia que a maioria dos telefones celulares pode ser conectada a muitos tipos diferentes de redes simultaneamente? Vamos analisar algumas formas pelas quais os telefones celulares (principalmente smartphones) interagem com as diversas tecnologias de rede e aprender alguns termos novos no processo.
Os celulares usam ondas de rádio para transmitir sinais de voz a antenas montadas em torres localizadas em regiões específicas. Os telefones móveis são conhecidos como "celulares" porque a região em que uma torre pode fornecer sinal para um telefone é denominada célula. Quando é feita uma ligação telefônica, o sinal de voz é retransmitido de uma torre a outra até chegar ao destino. Esse tipo de rede é usado quando você faz uma chamada para outro telefone celular ou para um telefone fixo. Também serve para enviar mensagens diretamente do telefone. O tipo mais comum de rede de telefone celular é o GSM, abreviação de “Global System for Mobile Communications” (Sistema Global para Comunicações Móveis)
Envio de dados através de redes de celular
O design dos primeiros transmissores de rádio por telefone celular não permitia a transmissão eficiente de dados digitais, por isso foram feitos aprimoramentos para melhorar a forma como os dados são enviados através de redes de celular. As abreviações 3G, 4G, e 4G-LTE são usadas para descrever as redes de celular avançadas que foram otimizadas para transmissão rápida de dados. O "G" nessas classificações representa a palavra "geração"; portanto, 3G é a terceira geração da rede de celular. A maioria dos celulares e smartphones tem um indicador que mostra quando um sinal 3G ou 4G está disponível. Quando o indicador não está aceso, significa que o telefone está conectado pela antiga rede 2G, que não oferece taxas rápidas de transferência de dados.
Como mostrado na figura, o número de usuários das redes mais rápidas está crescendo em ritmo acelerado, enquanto o número de usuários 2G está em declínio.
Diferentes tipos de redes
Além de transmissores e receptores GSM e 3G/4G, os smartphones se conectam a diferentes tipos de redes. Veja a seguir alguns exemplos de outras redes usadas pelos smartphones:
· GPS – A rede GPS (Sistema de posicionamento global) usa satélites para transmitir sinais no mundo todo. O smartphone pode receber esses sinais e calcular a localização do telefone com uma precisão de 10 metros.
· Wi-Fi – Transmissores e receptores Wi-Fi localizados no smartphone permitem que o telefone se conecte a redes locais e à Internet. Para receber e enviar dados em uma rede Wi-Fi, o telefone deve estar dentro do alcance do sinal de um access point de rede sem fio. As redes Wi-Fi normalmente pertencem a proprietários particulares, mas costumam oferecer hotspots de acesso público ou para convidado. Um hotspot é uma área onde os sinais de Wi-Fi estão disponíveis. As conexões de rede Wi-Fi no telefone são semelhantes às conexões de rede em um notebook.
· Bluetooth – Uma tecnologia sem fio de menor alcance e com baixo consumo de energia que substitui a conectividade com fio para acessórios como alto-falantes, microfones e fones de ouvido. Como a tecnologia Bluetooth serve para transmitir tanto dados como voz, ela pode ser usada para criar pequenas redes locais.
· NFC – NFC significa comunicação a curta distância. É uma tecnologia de comunicação sem fio que permite a troca de dados entre dispositivos que estejam bem próximos uns dos outros, normalmente apenas alguns centímetros.
Componentes de rede
Além de smartphones e dispositivos móveis, existem muitos outros componentes que podem fazer parte de uma rede local. Alguns exemplos de componentes de rede são computadores pessoais, servidores, dispositivos de rede e cabos. Esses componentes podem ser agrupados em quatro categorias principais:
· Hosts: Mídias de redes fornecem conexões entre host e dispositivos de rede. A mídia de rede pode ser cabeada, como cobre e fibra ótica, ou usar tecnologias de conexão sem fio.
· Periféricos: Os dispositivos periféricos compartilhados não se comunicam diretamente na rede. Em vez disso, os periféricos dependem do host conectado para realizar todas as operações de rede. Câmeras, scanners e impressoras conectadas localmente são exemplos de periféricos compartilhados.
· Dispositivos de rede: Os dispositivos de rede conectam outros dispositivos, principalmente hosts. Esses dispositivos se movem e controlam o tráfego de rede. Hubs, switces e rosteadores são exemplos de dispositivos de rede.
· Mídia de rede: Os hosts enviam e recebem tráfego do usuário. Host é um nome genérico para a maioria dos dispositivos de usuário final. Um host tem um endereço de rede IP. Computadores pessoais e impressoras conectadas a redes são exemplos de hosts.
Os componentes de rede com os quais você provavelmente está mais familiarizado são hosts e periféricos compartilhados. Lembre-se de que hosts são dispositivos que enviam e recebem mensagens diretamente pela rede.
Os periféricos compartilhados não são conectados diretamente à rede, mas sim a hosts. O host é responsável por compartilhar o periférico na rede. Os hosts têm software configurado para permitir que as pessoas na rede utilizemos dispositivos periféricos conectados.
Os dispositivos de rede, assim como a mídia de rede, são usados para interconectar hosts. Os dispositivos de rede são chamados às vezes de "dispositivos intermediários", por estarem localizados no caminho que as mensagens fazem entre um host de origem e um host de destino.
O termo "mídia de rede" descreve os cabos e os fios usados em redes com fio, além das ondas de radiofrequência usadas em redes sem fio. Essas redes com e sem fio fornecem os caminhos pelos quais as mensagens trafegam entre os diversos componentes de rede.
Alguns dispositivos podem desempenhar mais de uma função, dependendo de como estiverem conectados. Por exemplo, uma impressora conectada diretamente a um host (impressora local) é um periférico. Uma impressora conectada diretamente a um dispositivo de rede e que participe diretamente das comunicações de rede é um host.
Ethernet é a tecnologia mais usada em redes locais. Desenvolvida na Xerox PARC, a Ethernet foi introduzida comercialmente em 1980 pela Digital Equipment Corporation (DEC), pela Intel e pela Xerox. Em 1983, a Ethernet foi padronizada como IEEE 802.3. Os dispositivos usam uma Ethernet NIC (Network Interface Card, placa de interface de rede) para acessar a LAN de Ethernet. Cada Ethernet NIC tem um endereço único incorporado permanentemente na placa que é conhecido como endereço MAC (Controle de acesso à mídia).
Como conectar dispositivos de usuário final
Para se conectar fisicamente a uma rede, um dispositivo de usuário final deve ter uma placa de interface de rede (NIC). A NIC é uma peça de hardware que permite que o dispositivo se conecte à mídia de rede, com ou sem fio. Ela pode estar integrada à placa-mãe do dispositivo ou ser uma placa instalada separadamente.
Além da conexão física, é necessária alguma configuração do sistema operacional para que o dispositivo participe da rede. A maioria das redes se conecta à Internet e a utiliza para trocar informações. Um dispositivo de usuário final precisa de um endereço IP (Internet Protocol) e de outras informações que o identifiquem para os outros dispositivos na rede. Como mostrado na figura, há três partes na configuração de IP que devem estar corretas para que o dispositivo envie e receba informações na rede:
· Endereço IP – Identifica o computador na rede.
· Máscara de sub-rede – É usada para identificar a rede à qual o host está conectado.
· Gateway padrão – Identifica o dispositivo de rede que o host usa para acessar a Internet ou outra rede remota.
Observação: para acessar informações na Internet, a maioria dos aplicativos de rede usa um nome de domínio (como www.cisco.com), em vez de um endereço IP. Um servidor DNS é usado para converter o nome de domínio no respectivo endereço IP. Sem o endereço IP de um servidor DNS, o usuário terá dificuldade para acessar a Internet.
Atribuição manual e automática de endereços
Um endereço IP pode ser configurado de forma manual ou ser atribuído automaticamente por outro dispositivo, como mostrado na figura.
Configuração de IP manual
Na configuração manual, os valores necessários são inseridos no dispositivo através do teclado, normalmente por um administrador de rede. O endereço IP inserido é conhecido como endereço estático e é atribuído permanentemente a esse dispositivo.
Configuração de IP dinâmico
A maioria dos dispositivos de usuário final pode ser configurada para receber configuração de rede de forma dinâmica. Isso permite que o dispositivo solicite um endereço de um pool de endereços atribuídos por um servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) localizado na rede.
Nomes de dispositivo e planejamento de endereços
À medida que uma rede cresce em tamanho e complexidade, torna-se cada vez mais importante que ela seja bem planejada, organizada logicamente e bem documentada, conforme mostrado na figura.
Muitas empresas desenvolvem convenções para nomeação e endereçamento de computadores e outros dispositivos de usuário final. Elas fornecem as diretrizes e as regras que podem ser usadas pelo pessoal de suporte de rede para executar essas tarefas.
Os sistemas operacionais de computador (Microsoft Windows, por exemplo) permitem a nomeação de dispositivos, como um computador ou uma impressora. Os nomes de dispositivos devem ser exclusivos e ter um formato coerente que transmita informações significativas. Isso pode ajudar a determinar o tipo de dispositivo, a função, o local e o número de sequência com base no nome do dispositivo. Os endereços IP também devem ser exclusivos para cada dispositivo.
O uso de convenções para nomeação e endereçamento de dispositivos lógicos que sejam bem documentadas pode simplificar muito a tarefa de treinamento e gerenciamento de rede e ajudar na solução de problemas quando eles surgirem.
Representações e topologias de rede
Em uma rede simples com alguns computadores, é fácil visualizar como todos os diversos componentes se conectam. À medida que as redes crescem, fica mais difícil controlar a localização dos componentes e como cada um está conectado à rede. As redes com fio exigem uma grande quantidade de dispositivos de rede e de cabeamento para fornecer conectividade para todos os hosts da rede. Um diagrama oferece uma maneira fácil de entender como os dispositivos estão conectados em uma rede extensa.
Quando as redes são instaladas, é criado um diagrama físico de topologia para registrar onde se encontra cada host e como ele está conectado à rede. O diagrama de topologia física também mostra onde o cabeamento está instalado e os locais dos dispositivos de rede que conectam os hosts. Esse diagrama usa símbolos ou ícones para representar os diferentes dispositivos e conexões que formam uma rede. A figura ilustra alguns dos ícones usados para representar componentes de rede em diagramas.
Informações de rede lógica
Documentar as conexões físicas e os dispositivos na sua rede fornecerá as informações que você precisa saber para conectar dispositivos novos ou detectar problemas de conectividade interrompida. Mas há outras informações que você deve ter à mão para solucionar problemas de rede. Essas informações não podem ser observadas na visualização física da rede. Nomes de dispositivo, endereçamento IP, informações de configuração e designações de rede são informações lógicas que podem mudar com mais frequência do que a conectividade física.
Um diagrama chamado topologia lógica ilustra as informações importantes de configuração de rede. As figuras 1 e 2 mostram exemplos de topologias de rede físicas e lógicas.
Pense nos dispositivos na sua casa ou escola que acessam a Internet. Em casa, você tem dispositivos que pode controlar ou gerenciar do celular ou do tablet? Desenhe uma topologia física da rede da sua casa ou sala de aula. Compare a topologia com aquelas criadas por seus colegas.
O que queremos dizer com mídia de rede
Quando criamos topologias de rede, as linhas que interconectam os dispositivos representam transmissões sem fio ou meios físicos reais. Para selecionar os tipos apropriados de conexões de rede necessários para criar redes, precisamos entender as funções dos diferentes tipos de mídia de rede.
Redes modernas usam basicamente três tipos de meio para interconectar dispositivos e fornecer o caminho sobre o qual os dados podem ser transmitidos. Como mostrado na figura, esses meios físicos são:
· Fios de cobre em cabos
· Fibras plásticas ou de vidro (cabo de fibra óptica)
· Transmissão sem fio
Diferentes tipos de meio físico de rede oferecem características e benefícios diferentes. Nem todos os tipos de mídia de rede têm as mesmas características ou são apropriados para as mesmas finalidades. Os quatro principais critérios para a escolha de um meio físico de rede são:
· A distância que o meio físico consegue carregar um sinal com êxito
· O ambiente no qual o meio físico deve ser instalado
· A quantidade de dados e a velocidade na qual eles devem ser transmitidos
· O custo da mídia e instalação
Cabos de rede comum
Par trançado
A moderna tecnologiaEthernet geralmente usa um tipo de cabo de cobre conhecido como par trançado (TP) para interconectar dispositivos. Como a Ethernet é a base da maioria das redes locais, o TP é o tipo de cabeamento de rede encontrado com mais frequência.
Cabo Coaxial
Geralmente de cobre ou alumínio, o cabo coaxial é utilizado por empresas de TV a cabo para fornecer serviços. Também serve para conectar os diversos componentes que constituem os sistemas de comunicação via satélite.
Fibra ótica
Os cabos de fibra óptica são de vidro ou plástico. Eles têm uma largura de banda muito alta, o que permite que transmitam grandes quantidades de dados. A fibra é utilizada em redes de backbone, grandes data centers e ambientes de empresas de grande porte. Ela também é muito usada por companhias telefônicas.
Cabos Par Trançado
As redes na maioria das casas e escolas são conectadas com cabos de cobre de par trançado. Este tipo de cabo é barato em relação a outros tipos de cabos e está prontamente disponível. Os cabos de ligação Ethernet Ethernet que podem ser comprados pela Internet ou em uma loja são um exemplo de cabo de par trançado de cobre.
Os cabos de par trançado consistem em um ou mais pares de fios de cobre isolados que são trançados juntos e colocados dentro de um revestimento de proteção. Como todos os cabos de cobre, o par trançado usa pulsos de eletricidade para transmitir dados.
A transmissão de dados por cabo de cobre é sensível à interferência eletromagnética, o que pode reduzir a taxa de rendimento fornecida pelo cabo. Os itens comuns em residências que podem criar interferência eletromagnética são fornos de micro-ondas e acessórios com luz fluorescente.
Outra fonte de interferência, conhecida como diafonia, ocorre quando os cabos são agrupados para grandes distâncias. Os impulsos elétricos de um cabo podem ir diretamente para um cabo adjacente. Isso acontece com mais frequência quando a instalação e a terminação dos cabos não são feitas corretamente. Quando a transmissão de dados sofre interferência (diafonia, por exemplo), é preciso retransmitir os dados. Isso pode afetar a capacidade de transmissão de dados da mídia.
A figura ilustra como a transmissão de dados é afetada pela interferência.
Tipos de cabos de par trançado
Dois tipos de cabo de par trançado costumam ser instalados:
· Par trançado não blindado (UTP) – Este é o tipo de cabo de rede encontrado com mais frequência na América do Norte e em muitas outras áreas (Figura 1).
· Cabos blindados (STP) – São usados quase exclusivamente em países europeus.
O cabo UTP é barato, oferece largura de banda alta e é fácil de instalar. Esse tipo de cabo serve para conectar estações de trabalho, hosts e dispositivos de rede. Pode vir com diferentes números de pares no revestimento, mas o mais comum são quatro pares. Cada par é identificado por um código de cor específico.
Muitas categorias de cabos UTP foram desenvolvidas ao longo do tempo (Figura 2). Cada categoria de cabo foi criada para comportar uma tecnologia específica, e a maioria não é mais encontrada em residências ou escritórios. Os tipos de cabos que costumam ser utilizados são das categorias 3, 5, 5e e 6. Há ambientes elétricos em que a interferência eletromagnética e a interferência por radiofrequência são tão fortes que a blindagem é um requisito para tornar a comunicação possível (em uma fábrica, por exemplo). Nesse caso, pode ser necessário usar um cabo que contenha blindagem, como o par trançado blindado (STP). Infelizmente, os cabos STP são muito caros, não são tão flexíveis e têm requisitos adicionais devido à blindagem que dificulta trabalhar com eles.
A terminação de todas as categorias de cabo UTP para dados tradicionalmente é um conector RJ-45 (Figura 3). Ainda há alguns aplicativos que exigem o conector RJ-11 menor, como telefones analógicos e alguns aparelhos de fax.
Cabos de satélite e TV a cabo
Como o par trançado, o cabo coaxial transporta dados na forma de sinais elétricos. Como ele fornece maior proteção do que o UTP, pode transmitir mais dados. Normalmente, o cabo coaxial é feito de cobre ou alumínio. Ele é usado por empresas de TV a cabo para fornecer serviços e para conectar os diversos componentes que constituem os sistemas de comunicação via satélite. Provavelmente você já está familiarizado com os cabos coaxiais usados para conectar um aparelho de TV à origem do sinal na sua casa, seja uma tomada de TV a cabo, uma TV via satélite ou uma antena convencional. Acrescentando um modem a cabo, o provedor de TV a cabo pode oferecer dados e serviços de Internet, além de telefone e sinal de televisão, pelo mesmo cabo coaxial.
Embora o coaxial tenha melhorado as características da transmissão de dados, o cabeamento de par trançado substituiu o coaxial para redes de área local. Uma das razões dessa substituição é que, comparado com o UTP, o coaxial é fisicamente mais difícil de instalar, mais caro e mais difícil de solucionar problemas.
Cabos de Fibra Óptica
Diferentemente do UTP e do coaxial, os cabos de fibra óptica transmitem dados usando pulsos de luz. Embora não seja encontrado normalmente em residências ou pequenas empresas, o cabeamento de fibra óptica é amplamente usado em ambientes corporativos e em grandes data centers.
O cabo de fibra óptica é produzido em vidro ou plástico, que não conduzem eletricidade. Isso significa que, por ser imune a interferência eletromagnética e interferência por radiofrequência, ele é adequado para instalação em ambientes onde interferência é um problema. As conexões de fibra são uma boa opção para estender redes de um prédio para outro, tanto por causa da distância como porque os cabos de fibra óptica são mais resistentes às condições ambientais exteriores do que os cabos de cobre. Cada circuito de fibra óptica é composto por dois cabos de fibra. Um é usado para transmitir dados e o outro serve para receber dados.
Os cabos de fibra óptica podem alcançar vários quilômetros antes que o sinal precise ser gerado novamente. Tanto os lasers como os diodos emissores de luz (LEDs) geram os pulsos de luz utilizados para representar os dados transmitidos como bits na mídia. Além da resistência à interferência eletromagnética, os cabos de fibra óptica comportam uma grande quantidade de largura de banda, o que os torna ideais para redes de dados de alta velocidade. A largura de banda em links de fibra óptica pode alcançar velocidades de 100 Gb/s e evolui continuamente à medida que os padrões são desenvolvidos e adotados. Encontrados em muitas empresas, os links de fibra óptica também são usados para conectar provedores de serviços de Internet (ISPs).
As cores são importantes?
Você já analisou atentamente o conector RJ-45 de plástico na extremidade de um cabo de ligação Ethernet? Você já se perguntou por que a terminação de cada fio no conector tem uma cor ou um padrão específico? A codificação por cores dos pares de fios em um cabo UTP é determinada pelo tipo de padrão usado para fazer o cabo. Os diversos padrões têm objetivos diferentes e são controlados pelos organismos de normalização.
Para instalações Ethernet típicas, existem dois padrões amplamente implementados. A organização TIA/EIA define dois padrões (esquemas de fiação) diferentes, chamados T568A e T568B, como mostrado na figura. Cada esquema de pinagem define a ordem das conexões dos fios na extremidade do cabo.
Em uma instalação de rede, deve ser escolhido e seguido um dos dois esquemas de fiação (T568A ou T568B). É importante que o mesmo esquema de fiação seja usado para cada terminação no projeto.
Envio de dados em cabeamento UTP
As Ethernet NICs e as portas em dispositivos de rede são projetadas para enviar dados por cabos UTP. Pinos específicos no conector estão associados a uma função de transmissão e recepção. As interfaces em cada dispositivo são projetadas para transmitir e receber dados em fios designados no cabo.
Quando dois dispositivos estão diretamente conectados com um cabo Ethernet UTP, é importante que as funções de transmissão e recepção em cada extremidade do cabosejam revertidas. Um dispositivo envia dados em um conjunto específico de fios e o dispositivo na outra extremidade do cabo recebe os dados nos mesmos fios.
Dois dispositivos que usam fios diferentes para transmissão e recepção são conhecidos como dispositivos diferentes. Eles exigem um cabo direto para troca de dados. Os cabos straight-through têm os mesmos padrões de cor nas duas extremidades do cabo.
Dispositivos que estão diretamente conectados e usam os mesmos pinos para transmissão e recepção são conhecidos como dispositivos idênticos. Eles exigem o uso de um cabo cruzado para reverter a função de transmissão e a função de recebimento e permitir que os dispositivos troquem dados.