Material de Apoio. Conceitos sobre sistemas de comunicação de dados

Transcrição

1 Material de Apoio Curso: Gestão da Tecnologia da Informação Disciplina: Redes de Computadores e Internet Carga horária: 80 h/a. Período: 2º semestre Turno: Noturno Ano letivo: 2012/2 Professor: Waldemiro Szenezuk Pinto de Arruda Apresentação da disciplina Embora a estrutura de rede seja a menos lembrada por analistas de sistemas, programadores, DBAs e gestores, quando tudo está bem, é a primeira a ser questionada quando ocorrem lentidões ou falhas de acesso. Conhecer as técnicas e os meios de comunicação de dados é, portanto, uma necessidade primária para qualquer profissional ligado ao negócio de TI, no momento de identificar e solucionar problemas. A disciplina apresentará conceitos e modo de funcionamento da transmissão e recepção de dados multimídia, dentro de uma mesma estrutura. Em um mundo cada vez mais interligado, conhecer e compreender como as conexões entre pontos distantes ocorrem, é de fundamental importância, para que se possa planejar expansões de negócio e de estrutura, além de se manter um ambiente operacional estável. No curso de gestão, não se propõe o conhecimento profundo da gerência e administração de redes, mas o modo básico de funcionamento, montagem e configuração de redes locais, regionais e geograficamente distantes. No âmbito citado, serão contempladas teorias pertinentes e práticas necessárias, para que o acadêmico possa visualizar e interferir positivamente em uma estrutura já existente, além de criar novas redes, cabeadas ou não. A abordagem não será puramente técnica com estudo profundo de Fourier, Manchester ou Diffie-Hellmann, por exemplo; mas, sim, gerencial, com foco nos itens fundamentais, com aprofundamento técnico quando necessário. Conceitos sobre sistemas de comunicação de dados Comunicação consiste em transportar informações de um local para outro, próximos ou distantes entre si. Falar com alguém próximo é diferente de gritar para alguém que tá longe. Muda-se a potência, a direção e a mensagem. Quando alguém está próximo podemos conversar sem grandes preocupações, em maior quantidade. Com uma pessoa distante devemos somente gritar o básico, para chamar ou passar um recado. A mensagem transmitida poderá ser ouvida por outros, o que induz a falarmos

2 somente o necessário. Ao mesmo tempo, se ficarmos gritando muito por muito tempo, ficamos sem voz. Na comunicação de dados, o processo é o mesmo, contudo há maiores implicações e complicações para que a mensagem seja transportada e chegue até o destino. Objetivos da comunicação de dados; Transportar informações, sejam textos, imagens, vídeos ou voz, entre locais distintos, de forma confiável, segura e eficiente. O primeiro objetivo da comunicação de dados foi, como tudo nos primórdios da computação, facilitar a transmissão de mensagens de guerra. Mas as principais motivações são manter informados os envolvidos em um processo, compartilhamento de recursos, aumento do poder e velocidade computacional, mobilidade e agilidade. Através de s, redes sociais, intranet, internet, etc, todos os envolvidos em um processo podem estar equiparados em termos de informação. Principalmente com a computação móvel, os dados estão acessíveis a qualquer momento e em qualquer lugar. Não são mais necessários adquirir equipamentos dedicados a um usuário somente, com possibilidade de redução de custos, ao permitir o uso de dispositivos de alto custo para muitos, ao mesmo tempo, e a qualquer distância. Se duas cabeças pensam melhor que uma, na computação compartilhada ou distribuída, processos grandes podem ser divididos, sendo feitos por diversas pessoas ou computadores, próximos ou distantes entre si. Principalmente em empresas multinacionais, produtos ou serviços são feitos de forma simultânea em locais diversos para, após, reunir o material produzido. Construção de alguns grandes sistemas computacionais são feitos assim, aproveitando capacidades de profissionais distantes geograficamente. A comunicação de dados traz também mobilidade. Principalmente com o uso de notebooks, netbooks, tablets e smartphones, trabalhos podem ser feitos remotamente, sem a necessidade da presença do profissional na empresa. Com a utilização de redes privativas virtuais, o ambiente de trabalho é transportado para a tela do equipamento remoto do funcionário, possibilitando agilização de processos. Componentes; Em qualquer comunicação, existem sempre três componentes principais:

3 Emissor ou fonte: quem transmite a mensagem. A mensagem é produzida ou armazenada neste local e quando há a necessidade, faz a emissão. Meio de transmissão: trata-se de como a mensagem será transmitida. Em uma conversa verbal, o meio é o ar, que transporta as ondas sonoras emitidas pela origem até o destinatário. Receptor ou destino: destinatário da mensagem. Desejando ou não, o receptor recebe mensagens enviadas a ele, a várias pessoas ou espalhadas pelo emissor. Dependendo da forma de comunicação, há a necessidade de introdução de uma codificação ou tradução. Se for necessário, faz-se a tradução dos dados emitidos, de forma a que o meio possa transmitir, para que o receptor possa compreender ou para que a conversa se mantenha confidencial. Na comunicação de dados, existem preocupações maiores do que em comunicações verbais a curta distância ou em comunicação visual, onde as principais são citadas na sequência: Integridade e confiabilidade: Os dados devem permanecer próximos ao que foi emitido. Devido a erros no meio, interferências, atrasos, entre outros problemas, os dados podem ser modificados. Para evitar, técnicas e ferramentas de proteção e correção devem ser utilizadas. Se os dados se mantém os mesmos, há a confiança do receptor no que foi recebido. Disponibilidade: Desde o tempo de cartas transportadas em cavalos ou em mulas, ficar esperando uma mensagem, que nunca chega, é frustrante. Na atualidade, a sede por informação é bem maior. Quando não se consegue visualizar informações necessárias e decisivas, o impacto é muito grande. As informações enviadas devem sempre, que possível, chegar ao destino. Confidencialidade: Em certas situações, o conteúdo de uma transmissão deve ser lido somente pelo destinatário. Se, por acaso, mais alguém conseguir ler, somente o destinatário deve entender a mensagem.

4 Para tanto, hardware e software específicos são utilizados e serão explanados na sequência do estudo proposto. Tipos de sinais Sinais são ondas ou pulsos representativos de informações que serão transmitidas através de algum meio físico. A intensidade e o formato do sinal podem depender do emissor, meio ou destino. No que se refere a telecomunicações, os sinais podem ser analógicos ou digitais. Em uma troca verbal, simples, entre duas pessoas, as informações são passadas de um para outro através do ar, em forma de onda, como estudado por todos nas matérias básicas de Ciências e Física. Em teleinformática, sinais elétricos que sofrem contínua variabilidade são chamados de analógicos, cuja apresentação gráfica assemelha-se a propagação por ondas, conforme figura a seguir: Pela própria figura, podemos perceber que existem diversas formas de sinais analógicos, mas os valores possíveis são, sempre, todos os possíveis dentro de sua amplitude máxima ou mínima. Também é possível a visualização da variação constante. Já os digitais apresentam somente dois valores possíveis, 0 e 1, conforme a lógica booleana. A passagem de um valor para outro ocorre de forma instantânea e é chamada de transição de sinal. Com efeito, a qualquer momento de leitura dos sinais, as tensões elétricas ou representam 0 ou 1, seja na forma de ausência e presença de tensão, tensão negativa e positiva ou tensão baixa e alta.

5 No tópico transmissão de sinais, maiores detalhes serão estudados. Evolução do teleprocessamento; Teleprocessamento refere-se, mais especificamente, a unidades de entrada e saída distantes do centro de processamento. Tanto na primeira fase quanto na segunda, os dados são introduzidos em terminais chamados burros, transmitidos até um ponto central, onde sofrem processamento para posterior envio ao terminal. Na fase 0, a distância era pequena, ocorrendo, na verdade, centralização de todos os processos. A comunicação entre os terminais de entrada e saída e o mainframe era feito por cabos de curta distância. Na primeira fase, os terminais ficavam distantes entre si e do centro de processamento. Assim, em vários pontos era possível ter um terminal, que enviava e recebia dados pela linha telefônica. Na segunda fase, terminais e cpus menores ficavam distantes da centro de processamento, permitindo que certos tipos de execuções fossem feitas no local da entrada de dados. A impressão, por exemplo, que antes tinha que percorrer caminho de ida até o processador central e o de volta até a impressora, nesta fase faz-se somente com a cpu intermediária. Outros pré-processamentos passaram a ser feitos antes do envio ao ponto central, reduzindo o volume de transferência. Houve, portanto, uma descentralização relativa. No modo atual, dois métodos são utilizados. Há a descentralização total para alguns processos, mas a centralização relativa para outros. Existe a figura do servidor, que não é mais responsável pelo processamento, na maioria das vezes, mas pelo arquivamento e troca de dados para que o terminal execute. Muitas vezes o usuário só precisa de algum servidor para se autenticar e gravar seus arquivos. Todos os processos são feitos na própria máquina. Em alguns casos, a figura do terminal burro é feita de outra forma. Através de acesso remoto via terminal service (TS), o usuário tem acesso a uma sessão no servidor,

6 que é responsável por todo o processamento. Antes, existia a figura de terminais teclado e monitor e, no ponto central mainframes ocupando enormes espaços, com funcionários dedicados na monitoração e operação. Do mesmo modo, no caso do TS ou semelhante, a figura de um mainframe, de relativo tamanho, ainda pode ser encontrado, como, por exemplo, servidores IBM da linha AS (AS/400). No decorrer do estudo, discorreremos mais sobre essas estruturas ou arquiteturas e o papel da comunicação de dados e da rede no contexto. Sistemas de comunicação de dados (centralizado e distribuído); Como visto anteriormente, nas primeiras fases, o teleprocessamento ocorria de forma centralizada, onde nos pontos remotos somente existiam a entrada e saída de dados. Deste modo, existe a figura central de um supercomputador responsável por receber todas as requisições, executar e devolver os resultados até o terminal remoto. As linhas telefônicas, único meio de ligação até então, eram utilizadas para transportar bits dos terminais até o ponto central e vice-versa. A baixa tecnologia de transmissão de dados era suficiente para as necessidades do momento, tráfego de texto. Em alguns casos, isso ainda é utilizado, resistindo através do uso de emuladores. Para emissão de passagem aérea, há alguns anos, sistemas específicos, utilizando emuladores de terminais burros, faziam consulta, em modo texto a informações de horários e preços de passagens. Faz pouco tempo, portanto, que tal uso foi substituído pela facilidade do ambiente web. No entanto, o que é internet que terminais de entrada e saída trocando informações com um servidor central? Na distribuída, cada unidade possui relativa independência. A maior parte do processamento é feito localmente, dentro do próprio terminal, restando principalmente para a rede, o tráfego de arquivos para salvamento/carregamento no/a partir do servidor de arquivos, atualizações ou leituras de um banco de dados. A prova de que a comunicação de dados não é totalmente distribuída, é a arquitetura cliente/servidor. Não só resiste como é a mais utilizada, sendo padrão para as empresas. Colocar arquivos de todos os funcionários de uma empresa, para facilitar a administração de backup, segurança, armazenamento, etc, é uma forma de centralizar a comunicação, mas o processamento ocorre de forma distribuída. Outro ponto importante é computação distribuída, onde vários terminais funcionam de forma cooperada, afim de dividir as tarefas que seriam executadas por um, com uma latência muito maior. No entanto, com a utilização maciça de ambientes web (Internet e Intranet) a comunicação de dados hoje é híbrida (distribuída para algumas aplicações e centralizada para outras). A computação em nuvem, tão em moda na atualidade, tende a centralizar mais os processos, iniciando outro ciclo (centralizar e distribuir).

7 Comunicação síncrona e assíncrona; Duas formas de comunicação podem ser utilizadas para transmissão de dados: síncrona e assíncrona. Como o próprio nome sugere, na comunicação síncrona, há a necessidade de sincronismo; ou seja, existe um relógio marcando a fase e a frequência de envio de bits. Assim, como na Arquitetura de Computadores, o relógio chama-se clock. Emissor e receptor devem estar configurados no mesmo clock, para que os dados cheguem corretamente e sem perdas substanciais. O que ocorre, na verdade, em uma transmissão síncrona é que o emissor determina a frequência dos dados, recuperada pelo sincronizador, através das oscilações presentes nos sinais elétricos. Contudo, na prática, principalmente em equipamentos mais antigos, é recomendável configurar o clock de emissor e receptor da mesma forma. Transmissões síncronas costumam ser mais rápidas, pois todo o tráfego é útil (relativamente), sem perdas de bits com iniciação e término de transmissão; além de possuir uma melhor imunidade a erros. No modo assíncrono não há um clock, determinando a velocidade ou frequência do envio de dados. A verificação e ajuste de frequência e fase ocorre no momento em que o emissor gera um bit de stop (fim da transmissão) anterior para iniciar corretamente a partir do bit de start (início da transmissão). Pequenas variações de fase e frequência podem ocorrer no meio da transmissão sem interferir no resultado final, mas esse modo possui menor imunidade a erros, sendo utilizado quando o custo é importante. Neste momento, o entendimento importante para o acadêmico é que existem dois modos de tráfego de sinais, com sincronismo constante ou não. Essa divisão existe também nos serviços baseados na internet e pode ser vista na figura a seguir, de forma a auxiliar a compreensão da diferença entre um modo e outro.

8 Padronização; Para que uma conversa ocorra, a linguagem e a forma de expressão deve ser semelhante. Um mudo consegue comunicar-se com um deficiente visual? Se não houver um meio de transmissão compatível e traduções neste meio, nenhuma conversação é possível. Em comunicação de dados a situação é semelhante. No início, um equipamento só conseguia estabelecimento de conexão com um equipamento semelhante, de mesma marca, através de interfaces e conexões proprietárias. Se um usuário tivesse um dispositivo danificado, que o fabricante deixou de fabricar, teria que trocar toda a estrutura. Em poucas palavras, cada fabricante produzia do seu jeito, para ser diferente do outro, para obrigar a venda de todo o pacote de comunicação. Com o tempo, viu-se que haveria a necessidade de criar meios de interligar equipamentos de diferentes fabricantes, através da padronização de técnicas e de meios físicos. As melhores tecnologias desenvolvidas por cada fabricante seriam padronizadas, para que o produto final fosse semelhante para todos. Assim, a partir desse momento, houve o barateamento da comunicação, com melhor concorrência e flexibilidade. Se um modem de uma empresa é mais barato, será esse o escolhido, não importa o que esteja do outro lado da linha. E interligações de diferentes operadoras de telefonia e telecomunicações foram possíveis também devido a essa padronização. Os padrões são controlados por vários organismos internacionais, onde os principais são listados abaixo: ISO International Organization for Standardization No mundo coorporativo, ISO 9000, 14000, etc, são extremamente conhecidos pela padronização de processos, com fins de melhoria da qualidade. No âmbito deste estudo, o modelo OSI, que será visto na sequência, é o principal produto da ISO. Diversos outros padrões são utilizados, principalmente em modems, equipamentos de comutação e cabos de interligação. ITU International Communications Union Os padrões estabelecidos nessa organização são muito utilizados em telecomunicações. É uma das agências especializadas da ONU. Como exemplo da importância, para que a comunicação via satélite ou rádio possa ocorrer, sem que uma

9 tecnologia interfira na outra e que canais exclusivos e reservados sejam preservados, as recomendações da ITU são amplamente utilizadas. O H323 é um protocolo destinado ao tráfego de multimídia em pacotes de dados, desenvolvido pela ITU. ANSI American National Standards Institute Organização importante na padronização atual de ligações metropolitanas e de longa distância via fibra óptica. Já desenvolveu muitos padrões que levou a nível internacional, mas o principal foco atual é o FDDI (fibra óptica) que será estudado em oportunidades futuras. IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Os padrões dessa organização são os mais conhecidos e importantes quando o assunto é rede local ou metropolitana. Wireless e rede local, por exemplo, que são mais próximos de técnicos de informática, utilizam em grande escala as recomendações. Uma parte do estudo feito na disciplina concentrará-se na arquitetura Ethernet (IEEE 802.3). As redes wireless são padronizadas principalmente por IEEE IETF The Internet Engineering Task Force A internet só se fez possível devido a padronização de diversas técnicas de encaminhamento e segurança de dados. As normas citadas em RFCs pela IETF são a base de funcionamento da Internet, a arquitetura TCP/IP. O Ipv6 em implantação no mundo todo, em substituição ao IPv4 é um produto apresentado em RFCs pela organização. Reúne fabricantes, engenheiros, pesquisadores e projetistas, separando em grupos (segurança, roteamento, novas tecnologias, etc) para que a internet cresça e se mantenha ordenada. EIA Electronical Industries Alliance Organização responsável principalmente pelos padrões de cabeamento e infraestrutura. O principal grupo de padrões por ela produzidos é TIA (Telecommunications Industry Association). Trata-se de uma aliança de fabricantes de cabos para determinar categorias de cabos a serem utilizados para cada necessidade. O cabeamento UTP, que veremos ser o mais utilizado em redes locais, por exemplo, recebe várias categorias pela padronização EIA/TIA-568-B. Bibliografia

10 TANEMBAU, Andrews S. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Campus, STALLINGS, William. Redes e Sistemas de Comunicação de Dados. Rio de Janeiro: Elsevier, 2005.