RC Mod2 | pedrolima

AULA 1

Aula 1

1. INTRODUÇÃO ÀS REDES DE COMPUTADORES

1.1 Redes de computadores e suas implementações

A Internet é conhecida como a maior rede existente, mas o que é realmente?

A Internet não passa de uma super rede constituída por várias redes de menor dimensão ligadas entre si.

Tipos de ligações:

cabos eléctricos (cobre) ou ópticos, terrestres ou submarinos,
a ligações via rádio, terrestres ou via satélite,
outras tecnologias Wireless.

Desta forma, é possível controlar uma casa à distância (subir/ descer estores, saber se o alarme está a tocar, desligar o fogão, etc.), bem como controlar reservatórios/estações de abastecimento de água, semáforos, sistemas de vídeo-vigilância e mais uma infindável lista de opções.

Tudo isto é alcançado devido à existência de redes.

CASO EXEMPLO - TeamViewer

Imagine o seguinte cenário: uma empresa do Norte do país tem um contrato com uma empresa do Sul do país relativo à manutenção de um programa de contabilidade. Quando ocorre um problema, alguém da primeira empresa terá de se deslocar à segunda.

No entanto, em média 85% dos problemas conseguem ser corrigidos remotamente. Desta forma, através, por exemplo do TeamViewer, poderíamos entrar no computador da empresa do Sul e sem sairmos da nossa secretária corrigir o erro.

O cliente ficaria satisfeito porque o problema seria resolvido rapidamente e a empresa do Norte não teria encargos com a viagem, estadia, almoços, etc. Adicionalmente, não deixaria de contar com um colaborador, devido à deslocação, que o impediria de continuar o trabalho na própria empresa.

As redes são de extrema utilidade para muitas organizações e por vezes são também um factor preponderante nos lucros da mesma.

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1.2 Noção e classificação de Redes de computadores

Para cada rede é possível analisar certos parâmetros de classificação que permitem distingui-las. Os parâmetros mais comuns são:

Meio físico

Cabos de cobre, cabos de fibra óptica, sem fios (Wireless).

Dimensão da rede

Redes locais, metropolitanas, área alargada, etc.

Tecnologia de transmissão

Redes "ethernet" , "token-ring", FDDI, etc.

Capacidade de transferência de informação

Baixo débito, médio débito e alto débito.

Tipologia ou Topologia

Redes em estrela, malha, árvore, etc.

1.3 Tipos de Redes

Os tipos de redes mais comuns usados em redes de computadores são:

Rede Local (LAN) Local Area Network

Redes domésticas ou relativamente pequenas (ex.: rede dentro de uma sala).

Campus

Ao conjunto de LANs interligadas denomina-se de CAMPUS (ex.: várias salas ligadas entre si).

Rede metropolitana (MAN) Metropolitan Area Network

Rede de maior dimensão que a local. Quando uma organização tem vários edifícios espálhados pela cidade e os interliga entre si.

Rede de área alargada (WAN) Wide Area Network

Rede que liga regiões, países ou mesmo todo o planeta. O exemplo mais concreto é a Internet.

Rede sem fios (WLAN) Wireless Local Area Network

Rede local de curta distância sem fios.

Rede local virtual (VLAN) Virtual Local Area Network

Rede local virtual criada em Switchs.

Rede de armazenamento (SAN) Storage Area Network

Redes de armazenamento, usadas para ligações de muito curta distância entre servidores e dispositivos de armazenamento massivo.

Rede virtual privada (VPN) Virtual Private Network

Redes privadas virtuais que utilizam uma rede pública, Internet, para estabelecer uma ligação de dados entre dois pontos. Estes dados têm a particularidade de serem encriptados para maior segurança.

Ficha de trabalho nº1

AULA 2

Aula 2

2. TIPOLOGIAS DE REDES

As redes são definidas pela forma como os equipamentos se encontram ligados entre si.

Neste capítulo, dividem-se as tipologias (ou topologias) em dois grandes grupos:

Tipologias FÍSICAS
Tipologias LÓGICAS

No final, reserva-se ainda uma parte para o caso particular das tipologias usadas nas redes sem fios.

2.1 TIPOLOGIAS FÍSICAS

Existem 5 tipologias físicas:

Barramento
Estrela
Árvore
Malha
Anel

2.1.1 Tipologia em BARRAMENTO (BUS)

Já foi das mais usadas em redes locais (LAN)
Precisava de pouco equipamento e as ligações eram fáceis de configurar
Deixou de ser usada devido às suas limitações, como por exemplo, velocidade máxima de transmissão (devido ao cabo coaxial) e a baixa fiabilidade (uma ficha mal cravada impedia toda a rede de comunicar)

2.1.2 Tipologia em ESTRELA (STAR)

Esta tipologia é atualmente a mais utilizada em redes locais (LAN)
Usa cabos de pares entrançados e não coaxiais
Necessita de um equipamento de interligação (switch) entre os PCs
Equipamento de interligação com limite de portas (ligações)
Possuí maior velocidade de transmissão e mais fiabilidade em relação à tipologia anterior (barramento)

2.1.3 Tipologia em ÁRVORE (TREE)

Existem vários equipamentos de interligação (switchs, hubs ou routers)
Para além dos computadores se encontrarem ligados a estes equipamentos, também os próprios se ligam entre si.
Cada switch/hub liga-se a vários computadores na sua própria zona, criando várias LANs que irão formar um CAMPUS.

Imagine que na sua escola cada sala tem o seu switch/hub/router e que cada pavilhão tem outro switch/hub/router principal que interliga todas as salas.

A grande vantagem desta tipologia é permitir que em caso de falha na rede seja mais fácil detectar o sítio onde esta ocorreu.

2.1.4 Tipologia em MALHA (MESH)

Esta tipologia é um exemplo de como se encontra estruturada a Internet
Utiliza-se em redes alargadas WAN

VANTAGEM

Quando enviamos um pacote de dados (como, por exemplo, um e-mail), ele vai percorrer um dos muitos caminhos alternativos até ao destino. Imagine agora, que é enviado pela segunda vez, imediatamente a seguir, esse mesmo e-mail. Há grande probabilidade dele não seguir o mesmo caminho do primeiro, apesar de ter o mesmo destino e a mensagem ser a mesma. Esta é a grande vantagem deste tipo de tipologia, os vários Caminhos disponíveis para atingir um destino. Desta forma, existe sempre grande probabilidade da informação chegar ao seu destino.

DESVANTAGEM

Tem como desvantagens, a maior complexidade da rede e o preço dos equipamentos de interligação nos nós (routers).

A analogia pode ser feita com uma "teia de aranha”. Imagine o planeta envolvido nela ... obtemos a Internet.

2.1.5 Tipologia em ANEL (RING)

Esta tipologia usada em LAN, CAMPUS e MAN
Consiste em interligar os computadores em anel tendo a vantagem de evitar colisões, visto os sinais passarem sequencialmente de PC em PC e sempre no mesmo sentido
A fiabilidade é um dos principais problemas. No caso do cabo se danificar todos os PC's deixam de ter comunicação

2.2 TIPOLOGIAS LÓGICAS

Como vimos anteriormente algumas das tipologias físicas apresentavam problemas, nomeadamente relacionados com fiabilidade.

Na tentativa de minimizar este défice foram criadas tipologias lógicas. Existem duas tipologias lógicas:

Barramento
Anel

2.2.1 Lógica em BARRAMENTO (com tipologia física em estrela)

Apesar de já termos observado uma tipologia semelhante à da figura seguinte, esta só se denomina assim quando se utiliza um hub (daí barramento) para interligar os PC's.
Consequentemente, um dos PC's pode deixar de funcionar continuando os outros a comunicar em pleno.
No entanto, um hub contém no seu interior um barramento (logo partilhado) causando assim uma diminuição da eficiência na presença de múltiplos pedidos (devido a colisões entre dados).

2.2.2 Lógica em ANEL (com tipologia física em estrela)

A tipologia seguinte é similar à anterior. Porém, o equipamento que interliga os computadores não é um Hub mas sim um MAU Multistation Access Unit
Este equipamento, em vez de um barramento (como no hub), apresenta um anel lógico no seu interior

Mais uma vez, a vantagem relativamente à tipologia física do mesmo género relaciona-se com a fiabilidade.
No caso de um dos cabos se danificar, apenas o PC a que está ligado perde comunicação, trazendo vantagens sobre a tipologia física em anel vista anteriormente. O MAU simula um anel sequencial com ligações ponto-a-ponto.

2.3 TIPOLOGIAS DE REDES SEM FIOS - WIRELESS

As redes sem fios são cada vez mais utilizadas.
Ao contrário das anteriores não existem elementos físicos (cabos) a interligar os computadores mas sim uma zona de cobertura onde é possível captar a rede.

Existem duas tipologias de redes sem fios:

Estruturada
Ad-Hoc.

2.3.1 Estruturada

Neste tipo de tipologia, os computadores ligam-se a um Access Point (AP) e este controla todo o tráfego na rede.

O AP está ligado a uma rede (geralmente através de um cabo) e difunde o acesso a esta através de uma zona de cobertura normalmente uniforme e circular

2.3.2 Ad-Hoc

Nesta tipologia, os diversos computadores de uma rede estão todos ligados entre si formando uma rede.
Não existem AP's como vimos na tipologia anterior.
Aqui cada computador funciona como um AP, sendo responsável por controlar o seu tráfego na rede.
Os computadores para pertencerem a uma rede Ad-Hoc têm de estar na zona de alcance uns dos outros, tal como evidencia a figura.

Ficha de trabalho nº2

AULA 3

Aula 3

3. DIAGRAMAS DE ENCAMINHAMENTO

Nas redes, os pacotes de dados podem seguir vários caminhos.

À partida nem sempre os caminhos são conhecidos sendo necessário uma procura do destinatário na rede.

Outras vezes, o caminho é conhecido e a comunicação é realizada sem a necessidade dessa procura.

Existem 3 tipos de formas de encaminhar pacotes numa rede:

UNICAST
MULTICAST
BROADCAST

3.1 Unicast

Faz o encaminhamento de UM para UM
É estabelecida uma ligação ponto-a-ponto
Este tipo de encaminhamento é utilizados quando visitamos

uma página de Internet

3.2 Multicast

Faz o encaminhamento de UM para MUITOS em simultâneo.
Esta técnica é muito importante para prevenir sobrecarga na rede.
Apenas um pacote é enviado mas capturado por várias estações
Muito utilizado no VOD (Video-on-demand)

3.3 Broadcast

Faz o encaminhamento de UM para TODOS em simultâneo
Este é o funcionamento de um HUB

Ficha de trabalho nº3

AULA 4

Aula 4

4. Modelo Geral de Comunicação

ISO

Uniformizar sempre foi um dos grandes problemas que se colocavam às indústrias mundiais. Nas redes, este fenómeno também se verificou.

Para tentar resolver este problema, os maiores fabricantes da época criaram uma comissão denominada:

ISO

(International Standarization Organization).

OSI

Devido à complexidade da comunicação em redes optou-se por criar modelos baseados em camadas.

Através de um conjunto de normas, criou-se um modelo chamado:

OSI

(Open Systems lnterconnection).

4.1 MODELO OSI

Este modelo foi definido como padrão.

Por ter sido definido como padrão, no qual era possível que diferentes fabricantes conseguissem inter-operar, denominou-se de "sistema aberto".

Contudo, este é apenas um modelo abstracto da comunicação entre sistemas e não um modelo de implementação.

Trata-se de um modelo flexível, ainda hoje usado como modelo de descrição de redes e serviços.

4.2 Funcionamento OSI (SDU; PCI; PDU)

Quando uma camada recebe dados (SDU- Service Data Unit) da camada imediatamente acima, a existência de um protocolo obriga à adição de informação de controlo (PCI- Protocol Control Information).

O resultado obtido (PDU- Protocol Data Unit) é enviado para a camada imediatamente abaixo.

•

Em todas as camadas acontece isto até se atingir a primeira

4.2.1 Encapsulamento e desencapsulamento

Encapsulamento - O processo de adicionar informação ao passar pelas diversas camadas.

Desencapsulamento - No lado do receptor, o processo é inverso.

4.3 CAMADAS DO MODELO OSI

4.3.1 Camada 1 - FÍSICA

Converte os bits provenientes da camada 2 em sinais de tensão, corrente, ondas electromagnéticas ou ópticos.

É ainda responsável pela alteração dos sinais, com a finalidade de serem transportados pelo meio físico (entre emissor e receptor).

Os componentes que fazem parte desta camada são os cabos, fichas, repetidores e hubs.

4.3.2 Camada 2 - LIGAÇÃO DE DADOS

Responsável pela ativação, desativação e manutenção de uma ligação de dados.

Exerce controlo de fluxo e de erros (em caso de ligação fiável) e ainda o encapsulamento de dados em tramas de transmissão.

São exemplos de alguns protocolos desta camada o PPP e o LAPB (x.25).

Esta camada está por vezes dividida em duas sub-camadas:

• LLC - que realiza o controlo lógico da ligação como controlo de erros e fluxo;

• MAC - que realiza o controlo de acesso ao meio.

4.3.3 Camada 3 - REDE

Esta camada é a responsável pela transferência de informação.

Opera basicamente com endereços de rede lP. Ela é responsável pelo encaminhamento dos pacotes através da rede (nos routers) e é completamente independente do meio de transmissão, garantindo a transmissão através de redes heterogéneas.

Os protocolos de rede desta camada são o lP e IPX.

Ficha de trabalho nº4

AULA 5 - Continuação

Aula 5

4.3.4 Camada 4 - TRANSPORTE

Responsável pela transferência de informação extremo a extremo.

Eventualmente poderá também realizar controlo de erros (ligação fiável) e controlo de fluxo.

Protocolos utilizados nesta camada são o TCP e o UDP.

1. TCP é orientado à ligação pelo que diz-se ser um protocolo fiável - controlo de erros e ordenação (transferência de ficheiros, e-mail).

2. UDP é um protocolo sem ligação pelo que se considera não fiável.

Os pacotes podem chegar ou não ao destino,
podem chegar desordenados ou duplicados sem que o emissor se aperceba (usado em aplicações Realtime)

4.3.5 Camada 5 - SESSÃO

Responsável por sincronizar o diálogo entre o emissor e o receptor (modo simplex, half-duplex ou full-duplex)

Responsável pelo restabelecimento automático das ligações.

4.3.6 Camada 6 - APRESENTAÇÃO

Camada responsável pela interação entre as camadas 5 e 7.

Serve de conversor de (camada 5 -> 7) ou para (camada 7 -> 5) o formato universal.

4.3.7 Camada 7 - APLICAÇÃO

Camada final que fornece os mecanismos de comunicação de alto nível às aplicações.

Responsável pela interface entre o protocolo de comunicação e a aplicação utilizada pela rede.

São exemplos dessas aplicações o correio electrónico e a transferência de ficheiros.

Ficha de trabalho nº5

AULA 6

Aula 6

5. MODELO TCP/IP

TCP/IP significa Transport Control Protocol / Internet Protocol

Este protocolo pode ser usado tanto em redes locais como em redes de longa distância, tornando-se por isso o protocolo mais utilizado atualmente

O modelo TCP/IP, à semelhança do OSI, encontra-se dividido em camadas

5.1 Camada 1 - INTERFACE DE REDE

Esta camada é equivalente às camadas 1 e 2 do modelo OSI,

Recebe os datagramas vindos da camada 2 e envia-os em forma de quadros através da rede.

5.2 Camada 2 - INTERNET

Equivale à camada de rede do modelo OSI.

Os protocolos que operam nesta camada são o

lP (Internet Protocol),
ICMP (Internet Control Message Protocol),
ARP (Address Resolution Protocol)
RARP (Reverse Address Resolution Protocol).

Na transmissão de dados, os pacotes recebidos pela camada TCP são divididos em datagramas e enviados para a camada 1.

Esta camada é ainda responsável pelo routing de pacotes, isto é, adiciona aos datagramas informações referentes ao caminho a percorrer na rede.

5.3 Camada 3 - TRANSPORTE

Equivalente à camada de transporte do modelo OSI.

É responsável pela transformação da mensagem proveniente da camada de aplicação em segmentos (nome dos pacotes nesta camada) e por enviá-los para a camada de Internet.

Nesta camada operam dois protocolos: TCP e UDP.

5.4 Camada 4 - APLICAÇÃO

Corresponde às camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI

Faz a comunicação entre as aplicações e o protocolo de transporte.

Os protocolos mais importantes que operam nesta camada são:

SMTP (Simple Mail Transfor Protocol) - protocolo para enviar mensagens de e-mail entre utilizadores da Internet;
DNS (Domain Name Server) - ligação entre domínios e endereços lP;
HTTP (Hiper Text Transfer Protocol) - protocolo utilizado para a transferência de dados na WWW (World Wide Web);
FTP (File Transfer Protocol) - protocolo de transferência de ficheiros na Internet;
Telnet (Terminal Emulation) - programa de comunicações usado para ligar um computador a um servidor ou equipamento remoto

A camada 4 comunica com a camada de transporte através de portas.

As aplicações usam sempre a mesma porta dependendo da sua natureza. Por exemplo:

HTTP (porta 80),
SMTP (25),
FTP (20 e 21),
etc.

MODELO OSI vs TCP/IP

Para além das diferenças que vimos entre os dois modelos, no TCP/lP, os serviços podem ser fornecidos a camadas não adjacentes, o que não acontecia no modelo OSI.

Ficha de trabalho nº6

AULA 7

Aula 7

6. COMPONENTES DA CAMADA 1 DO MODELO OSI

5.1 – Meios de transmissão guiados (COM FIOS)

5.1.1 CABOS ELÉTRICOS

Dentro desta categoria usam-se dois tipos de cabos em redes de comunicação:

Cabo coaxial – usados sobretudo em redes locais com tipologia em barramento

Fino – com blindagem sim (máx 185m com velocidade de 10Mbp)

Grosso – com blindagem (máx 500m com velocidade de 10Mbp)

Pares de cobre entrançado – os mais usados em redes locais

UTP – usado para interior. Sem malha de proteção contra ruídos externos (máx 100m com velocidades de 10Mbp, 100Mbp ou 1Gbp)

STP – usado para exterior. Com malha de proteção (blindagem) e consequentemente maior imunidade ao ruído. (máx 150m com velocidades de 10Mbp, 100Mbp ou 1 Gbp)

Fibra óptica

Outra vertente de cabos são as fibras ópticas (FO).

É utilizada sobretudo para grandes distâncias e quando são necessárias altas velocidades de transmissão.

Existem dois tipos de FO:

Multimodo – Vários comprimentos de onda a percorrer a mesma fibra. Tecnologia mais barata (que monomodo), maior diâmetro e percorre distâncias mais curtas que as FO Monomodo.

Monomodo – apenas um comprimento de onda a percorrer a fibra. Tecnologia mais cara e mais difícil de instalar devido ao seu menor diâmetro. Percorre distâncias mais longas que as FO Multimodo

FIBRA ÓPTICA OU CABO ELÉTRICO

A FO é 100% imune às interferências electromagnéticas pelo que pode ser instalada num ambiente ruidoso sem que a transmissão seja afectada;

Para distâncias inferiores a 100 m, salvo casos especiais, não compensa a nível monetário instalar FO.

A FO não transmite um sinal eléctrico pelo que não exige a existência de um referencial eléctrico com a mesma terra dos dois lados. Apesar desta vantagem, não poder transmitir potência através da FO pode ser uma desvantagem. Muitas vezes, através de cabos de rede UTP/STP usa-se uma característica, POE (Power Over Ethernet), que permite alimentar o equipamento do outro lado do cabo. Consequentemente, não é necessária uma instalação eléctrica desse lado. Isto não é possível através de FO.

A FO alcança maiores distâncias devido à baixa: atenuação e baixa taxa de erros.

A FO é muito mais leve que o cobre o que facilita a sua instalação. No entanto, devido à sua fragilidade requer cuidados na sua utilização, visto quebrar com facilidade. O custo da sua instalação é por isso mais elevado e requer pessoal especializado.

Qualquer problema na fibra (ex.: corte) implica uma fusão (o que fica dispendioso) e isso traduz-se numa atenuação do sinal. No cobre, as junções e reparações são mais simples de realizar.