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Arquitetura de redes   1ª semana
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Arquitetura de redes 1ª semana

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  • 1. 6 1. AULA 1 - INTRODUÇÃO À REDES DE COMPUTADORES Objetivos da Aula Aprender os conceitos básicos para compreensão das próximas aulas. Na maioria dos casos, os conceitos apresentados serão revistos com maior riqueza de detalhes nas aulas seguintes. Desta forma, é possível aprofundar o tema gradualmente, facilitando o aprendizado. Quando Thomas Watson (presidente da IBM em 1943) declarou que: “no mundo não haverá mercado para mais de cinco computadores”, e Ken Olsen (presidente da Digital Equipament Corporation) disse que: “não há nenhuma razão para qualquer indivíduo ter um computador pessoal em casa”, certamente eles não imaginavam os sensacionais avanços envolvendo as tecnologias de informação e comunicação. Já na década de 80, os chamados microcomputadores se disseminaram rapidamente pelo mundo devido ao seu baixo custo e desempenho cada vez maior. Consequentemente, surgiram as primeiras redes locais de computadores (LAN) que causaram uma revolução na informatização de empresas, escritórios e fábricas. LAN (do inglês, Local Area Network) consiste em uma rede local, ou seja, ocupa um espaço físico limitado de até algumas centenas de metros, como uma sala, um prédio ou até mesmo o campus de uma instituição de ensino. A evolução das redes culminou com a criação da Internet, que transformou-se de simples curiosidade acadêmica, na década de 80, a uma onda avassaladora em nível mundial, na década de 90, causando forte impacto na humanidade em aspectos econômicos, sociais, políticos, educacionais, profissionais, religiosos e culturais. Internet consiste em um conglomerado de redes de computadores permanentemente interligadas entre si a nível mundial e que funcionam como emissores e receptores de informação, utilizando para isso um conjunto de protocolos de comunicação denominados TCP/IP. Os meios para efetuar essas interligações incluem rádio, linhas telefônicas, linhas digitais, satélite, fibra-óptica, entre outros.
  • 2. 7 1.1. Motivações para a criação de Redes de Computadores Mas afinal de contas, o que é uma Rede de Computadores? E para que precisamos de dela? Para compreender melhor a importância e o significado de uma rede de computadores, imaginem o cenário exibido na Figura 1.1: Figura 1.1: Empresa com computadores desconectados Neste cenário, observe que o usuário do Computador 1 quando precisar imprimir um documento, precisará abrir o arquivo no Computador 4, que é o único computador na empresa que possui uma impressora instalada. Repare que essa troca de computadores no momento da impressão do arquivo acontece porque não existe nenhuma ligação entre o computador do usuário (Computador 1) e o computador que possui a impressora instalada (Computador 4). Observe agora o mesmo cenário, mas com uma ligação entre os computadores de forma que um consiga acessar as informações e utilizar os recursos do outro, como demonstrado na Figura 1.2. Figura 1.2: Empresa com computadores conectados
  • 3. 8 Neste cenário, o usuário poderá imprimir o seu arquivo a partir do computador em que ele o criou, pois a ligação entre os computadores permite acessar o Computador 4 e utilizar o serviço de impressão instalado no mesmo. De acordo com os dois cenários apresentados, podemos definir o que é que uma rede de computadores. Uma Rede de Computadores é um conjunto de dispositivos interconectados com a finalidade de trocar informações e compartilhar recursos. Como já apresentado nos dois cenários discutidos anteriormente, existem dois motivos para o surgimento e a evolução das redes de computadores. O primeiro é a necessidade de troca de informações, como ocorre na Internet. Por exemplo, uma instituição de ensino oferece cursos na modalidade online (educação à distância) de forma que os alunos consigam acessar o conteúdo das aulas, participar e interagir com outros alunos, professores e tutores, utilizando Fóruns para discussões ou Chats. Os bancos permitem que seus clientes acessem o seu sistema utilizando a Internet para transações eletrônicas como pagamento de contas, consultas de saldo e transferência de valores. O comércio eletrônico permite que as empresas divulguem e vendam seus produtos na Internet independentemente da localização dos seus clientes. Os governos podem oferecer serviços aos cidadãos, como declaração de imposto de renda, emissão de certidão negativa e renovação da carteira de habilitação. Em todos os casos citados anteriormente o computador do usuário acessa, via Internet, outro computador para obter as informações e utilizar os serviços disponíveis. O segundo motivo se baseia na necessidade de compartilhamento de recursos. Com uma rede, é possível que uma empresa compartilhe uma impressora com vários usuários de diversos departamentos. Uma instituição de ensino pode compartilhar a Internet com vários professores, alunos e funcionários. Um supercomputador em um centro de pesquisas pode ser utilizado para processar informações de aplicações científicas submetidas por outras instituições.
  • 4. 9 1.2. Transmissor, Receptor e Canal de Comunicação Em uma rede existem três figuras fundamentais presentes na comunicação entre os dispositivos (Figura 1.3): • o dispositivo transmissor, responsável por transmitir o dado; • o dispositivo receptor, que recebe o dado enviado; • o canal de comunicação em que o dado é transportado, que pode ser um cabo coaxial, par trançado, fibra óptica, microondas ou até mesmo via satélite. O papel do emissor e transmissor é bastante dinâmico, pois na verdade, um mesmo dispositivo pode transmitir e receber dados ao mesmo tempo. Figura 1.3: Transmissor, Receptor e Canal de Comunicação Fonte: MAIA, 2009, p. 2. Como pode ser visto na Figura 1.3, os dispositivos são conectados fisicamente ao canal de comunicação utilizando um mecanismo denominado interface de rede. A interface de rede tem a função de codificar o dado em um sinal (de acordo com o canal de comunicação utilizado) e colocá-lo no canal de transmissão. Quando o sinal codificado chegar ao destino, a interface de rede recebe o sinal do canal de comunicação, decodifica o sinal recebido e passa o dado enviado para o receptor. Um bom exemplo é quando alguém fala ao telefone, a voz (dado) é codificada em pulsos elétricos (sinal) no telefone emissor e enviada por meio de fios (canal de comunicação) ao receptor, que recebe os pulsos elétricos e decodifica os sinais elétricos transformando-os novamente em voz (dado). Como mencionado anteriormente, a codificação (voz pulsos elétricos) e a decodificação (pulsos elétricos voz) são realizadas pela interface de rede. Assim como os telefones, os hosts em uma rede também possuem um número que permite identificá-los na rede. Os hosts de uma rede possuem um nome e um número, denominado endereço IP.
  • 5. 10 Hosts: nome dado a qualquer máquina ou computador conectado em uma rede. 1.3. Classificação das Redes por Extensão Geográfica Um critério muito utilizado na classificação de redes é o que leva em conta a extensão geográfica, ou seja, a distância física entre os dispositivos que compõem a rede. Tipicamente, é utilizada a seguinte denominação das redes quanto a este critério: • LAN (Local Area Network) - Rede Local; • MAN (Metropolitan Area Network) - Rede Metropolitana; • WAN (Wide Area Network) - Rede Distribuída. Em uma rede local (LAN) os dispositivos estão fisicamente próximos, ocupando um espaço físico limitado em algumas centenas de metros, e utilizam meios de conexão de curta distância tais como cabeamentos e tecnologias sem fio de curta distância. É a típica rede encontrada dentro de uma sala, empresa, escola, casa, prédio e até em um espaço aberto, como uma rede entre prédios de um campus (Figura 1.4). Figura 1.4: Rede Local Fonte: FILHO, 2009a. p. 5.
  • 6. 11 Como as distâncias são pequenas, as LANs oferecem taxas de transmissão de dados elevadas e baixas taxas de erros. Outra característica é que os canais de comunicação da rede são montados e mantidos pela própria instituição ou empresa. Com o surgimento de várias redes locais, surgiu a necessidade de interligar as LANS de uma cidade, como pode ser visto na Figura 1.5. Essa interligação de várias redes locais culminou com a criação das redes metropolitanas (MAN). Um bom exemplo de redes MANs são as redes de TV a cabo disponível em muitas cidades. Em princípio os sistemas de TV a cabo eram utilizados somente para distribuição de canais fechados como esporte, notícias, filmes, culinária, etc. Porém a partir do momento em que a internet entrou em cena e atraiu uma audiência em massa, os operadores de TV a Cabo perceberam que com algumas mudanças na sua infra-estrutura elas poderiam oferecer serviços de Internet. Nesse momento, os sistemas de TV a Cabo passaram a se transformar em uma rede metropolitana. Figura 1.5: Rede Metropolitana Fonte: FILHO, 2009a. p. 5. As redes geograficamente distribuídas (WAN) permitem interligar dispositivos distantes, ou seja, localizados em diferentes cidades, estados ou países (Figura 1.6). Normalmente os canais de comunicação utilizados para interconexão dos dispositivos de uma WAN pertencem às empresas de telecomunicações. O melhor exemplo de um WAN é a Internet, que interliga redes espalhadas pelo mundo inteiro.
  • 7. 12 Figura 1.6: Rede Distribuída Fonte: FILHO, 2009a. p. 6. 1.4. Redes Cabeadas e Sem Fio Outra forma de classificação das redes é em relação ao mecanismo de comunicação, pois elas podem ser implantadas de duas formas: utilizando algum tipo de cabeamento (redes cabeadas) ou sem fio. Nas redes cabeadas, existe algum tipo de cabo ligando os dispositivos, como, por exemplo, cabo par trançado, coaxial ou fibra óptica. Com a evolução das redes a necessidade de mobilidade aumentou e chegamos às redes sem fio. Redes sem fio (ou redes wireless) não possuem cabos para a interligação dos dispositivos. Existem várias formas de comunicação sem fio, como freqüência de rádio, microondas, satélite e infravermelho. Mas, com a grande vantagem da mobilidade dos dispositivos de uma rede sem fio, visto que não existem cabos, existe alguma desvantagem? A resposta é sim. As redes sem fio são mais suscetíveis a problemas de interferência no sinal, em comparação com as redes cabeadas. Devido a isso, a velocidade de transmissão é menor. Outro problema é a
  • 8. 13 segurança desse tipo de rede, pois o sinal pode ser capturado por outras antenas e as informações podem ser capturadas por pessoas não autorizadas. 1.5. Redes Ponto a Ponto e Cliente-Servidor As redes podem ser classificadas também em relação ao seu tipo: Ponto a Ponto ou Cliente-Servidor. 1.5.1. Redes Ponto a Ponto Uma rede ponto a ponto é constituída de computadores ou outros equipamentos que não possuem um papel fixo de cliente ou de servidor na rede. Um computador atua como cliente quando acessa as informações ou utiliza os recursos de outro computador na rede. Já o computador que recebe as requisições, processa e devolve uma resposta é chamado de servidor. A característica principal desta rede é que não há distinção entre computadores clientes ou servidores, em outras palavras, um computador pode agir tanto como cliente quanto como servidor de acordo com a transação iniciada por outro ponto na rede. Isso significa que os computadores podem ser considerados, de certa forma, iguais. Não iguais do ponto de vista de desempenho ou de hardware, mas iguais na maneira como se comunicam e se relacionam na rede, e desta forma são tratados aos pares (Figura 1.7). Figura 1.7: Tipo de Rede Ponto a Ponto Uma rede ponto a ponto normalmente é uma rede pequena com uma média de até 20 computadores. É normalmente utilizada para atender as necessidades de pequenas
  • 9. 14 empresas ou escritórios. Também é normalmente o modelo de uma rede doméstica, ou ainda de treinamentos em uma sala de aula. 1.5.2. Cliente-Servidor A principal característica no modelo baseado em servidor é que existem as figuras dos computadores clientes e servidores, como pode ser observado na Figura 1.8. O cliente é o dispositivo que realiza requisições ao servidor de um determinado serviço executado por ele. O servidor, por sua vez, recebe as requisições dos clientes, processa e responde às requisições recebidas. Figura 1.8: Modelo Cliente-Servidor Um servidor pode executar vários serviços como impressão de arquivos, banco de dados e serviços Web. Quando acessamos uma página da WEB é empregado este mesmo modelo de rede, com o servidor WEB fazendo o papel de servidor e o seu computador pessoal fazendo o papel de cliente. Um único servidor pode cuidar de um grande número de clientes. Por esse motivo, esses dispositivos devem ser mais robustos para oferecer requisitos mínimos de disponibilidade e desempenho. LAN (do inglês, Local Area Network) consiste em uma rede local, ou seja, ocupa um espaço físico limitado de até algumas centenas de metros, como uma sala, um prédio ou até mesmo o campus de uma instituição de ensino.
  • 10. 15 Na rede baseada em servidor tanto a administração (configuração e organização das informações) quanto a segurança são centralizadas. A segurança é uma das principais razões pelas quais uma empresa passa a utilizar uma rede baseada em cliente/servidor. Em uma rede baseada em cliente/servidor o administrador cuida da segurança dos recursos disponibilizados no servidor e, portanto, pode monitorar mais de perto quem acessa ou não estes recursos. 1.6. O que é um Protocolo? A boa e educada comunicação entre as pessoas no dia-a-dia exige alguns protocolos, ou regras de boas maneiras, quando, por exemplo, nos dirigimos a uma pessoa para perguntar as horas (Figura 1.9). Observe que no exemplo do protocolo de comunicação para perguntar as horas, existem mensagens emitidas, respostas, e ações específicas que são enviadas de acordo com as respostas recebidas. Já em relação à comunicação entre computadores, temos a interação entre componentes de software e hardware, ao invés de pessoas. Dessa forma, os protocolos de rede consistem em um conjunto de regras utilizadas pelos computadores para estabelecer a comunicação entre eles. Assim como na linguagem falada, onde duas pessoas somente se comunicam se falarem a mesma língua, dois computadores só conseguem se comunicar se utilizarem o mesmo protocolo. Existem diversos protocolos relacionados à comunicação de dados e redes de computadores, e cada qual possui uma função específica no processo de comunicação. Vale lembrar ainda que um computador pode ter vários protocolos instalados. Como exemplo do funcionamento de protocolos de rede, considere a requisição da página Web referente ao endereço eletrônico www.muz.ifsuldeminas.edu.br por um usuário. O cenário é apresentado na Figura 1.9: • inicialmente, o computador cliente envia uma mensagem requisitando uma conexão com o servidor da página requerida; • o servidor web receberá a requisição e responderá afirmativamente;
  • 11. 16 • com a conexão estabelecida, o computador cliente faz uma requisição para receber a página procurada (www.ifsuldeminas.edu.br); • o servidor envia o arquivo da página correspondente; • o cliente recebe a página enviada pelo servidor e exibe as informações para o usuário. Figura 1.9: Protocolos As regras e a forma de execução de cada uma das etapas descritas anteriormente são implementadas pelos protocolos. 1.7. Serviços oferecidos em uma Rede Já aprendemos que as principais razões para a existência de uma rede são os serviços de troca de informações e o compartilhamento de recursos de hardware e software. Veremos agora alguns desses serviços, que terão o seu funcionamento mais detalhado na Aula 8. 1.7.1. Acesso a um Site Web A Web OU WWW (World Wide Web) é basicamente um conjunto de documentos ou páginas contendo imagens, textos, áudio e vídeo. As páginas são interconectadas por links de uma página para outra (este esquema é também conhecido como hipertexto). Os links permitem que o usuário navegue entre as várias páginas utilizando um aplicativo denominado Browser, também chamado de navegador. Os Browsers mais conhecidos atualmente são: Internet Explorer, Mozilla Firefox e Google Chrome.
  • 12. 17 O principal protocolo utilizado no acesso a um site Web é o HTTP. A função do protocolo HTTP é transportar uma página Web hospedada em um servidor Web até o computador que fez a requisição da página para que o Browser possa exibí-la. 1.7.2. Transferência de Arquivos Um dos serviços mais básicos da Internet é a transferência de arquivos. O serviço permite ao usuário copiar arquivos para um computador remoto e gerenciar seus diretórios (criar, renomear e apagar pastas) utilizando a rede. O protocolo FTP (File Transfer Protocol) é utilizado para transferência de arquivos. O FTP utiliza o modelo cliente-servidor. Dessa forma, um cliente FTP pode enviar arquivos para um servidor remoto (disponível na Internet) e copiá-los posteriormente de outra máquina. 1.7.3. Correio Eletrônico O correio eletrônico, ou email (eletronic mail) é um dos meios de comunicação mais utilizados atualmente. O email é muito semelhante a uma carta convencional, pois possui informações como o remetente, destinatário e a mensagem propriamente dita. O serviço permite compor, enviar e receber mensagens através de sistemas eletrônicos de comunicação. Cada usuário deste sistema possui um endereço eletrônico, como vinicius@muz.ifsuldeminas.edu.br. O endereço é formado por três partes: nome do usuário (vinicius), o símbolo @ e o servidor (muz.ifsuldeminas.edu.br).

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