7. REDES DE COMPUTADORES

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1 7. REDES DE COMPUTADORES DEFINIÇÃO INICIAL Quando interconectamos computadores eles podem trabalhar mais pelos usuários, e, quando as pessoas trabalham em equipes, concretizam tarefas inteiras, num menor espaço de tempo e com menos esforço. Podemos imaginar uma rede como um recurso valioso projetado para apoiar uma equipe de usuários. Interconectar os computadores, assim como gerenciar um grupo de pessoas é sem dúvida um desafio. O vocabulário de redes locais é repleto de siglas. Os preços podem variar de alguns Reais a milhares. Os benefícios de se conectar os recursos podem ser grandes (mas em alguns casos pode ficar pior com ela), e podem significar um avanço incalculável de benefícios que um micro isolado nunca poderia apresentar. Atenta aos possíveis benefícios e recompensas, e apesar dos riscos, as empresas estão interconectando seus computadores em ritmo acelerado. Antigamente as redes eram de difícil instalação e manutenção exigindo mão de obra altamente qualificada, mas atualmente esta história mudou muito, hoje encontramos kit s para instalação de redes que qualquer pessoa pode instalar. Fig 7.1 Redes de Computadores Em um ambiente profissional é muito importante um responsável pelo bom funcionamento da rede, dentre as responsabilidades deste citamos: Coordenar tarefas, gerenciar problemas, monitorar progressos, administrar usuários etc.

2 Sem dúvida alguma uma dos maiores benefícios de uma rede é o compartilhamento de informações entre os usuários ou mesmo oferecer um meio de armazenamento final superior ao que é utilizado sem a rede TIPOS DE REDES LAN, WAN, Internet Atualmente podemos contar com alguns tipos de rede quando a sua disposição física. Vamos as principais: LAN Local Area Network - Rede de alcance local Redes locais (LAN s) são basicamente um grupo de computadores interconectados e opcionalmente conectado a um servidor. Os usuários executam tarefas a partir de seus computadores. Entre as tarefas podemos destacar os banco de dados, planilhas e editores de texto. Normalmente temos um grupo destes usuários executando uma operação no servidor. WAN Wide Area Network - Rede de alcance remoto Interligação de computadores geograficamente distantes. As WAN S utilizam linhas de transmissão oferecidas por empresas de telecomunicações como a Embratel, e suas concessionárias. A necessidade de transmissão de dados entre computadores surgiu com os mainframes, bem antes do aparecimento dos PC s. Com os PC s houve um aumento da demanda por transmissão de dados a longa distância. Isto levou ao surgimento de diversos serviços de transmissão de dados (RENPAC, TRANSDATA, MINASPAC). Os serviços são geralmente de aluguel de linhas privadas (Leased lines) ou discadas (Switched) permitindo a utilização de diversos protocolos tais como SNA, PPP/TCP- IP, etc. As redes WAN s estão passando por uma evolução muito grande com a aplicação de novas tecnologias de telecomunicações com a utilização de fibra ótica (Optical fiber). Novos padrões estão surgindo como a ATM (Asynchronous Transfer Mode) que disponibiliza a transmissão de dados, som e imagem em uma única linha e em altíssima velocidade (300Mbps ou superior). A velocidade passa a ser determinada pelos equipamentos que processam as informações (Clientes/Servidores) e não do meio físico. Servidor: É um computador que eleva a capacidade do processamento, cuja função é disponibilizar serviços a rede. Em geral essa máquina processa grandes volumes de dados requerendo por tanto CPU s rápidas e dispositivos de armazenamento de alta capacidade e acesso rápido. Esta máquina poderá ser fornecida por fabricantes especializados (IBM etc.) e por ser uma máquina especial entre as outras, possui características não encontradas nos modelos mais simples.

3 Em uma rede baseada em servidor, temos normalmente sistemas operacionais mais potentes como é o caso do Windows NT, Netware 4.x, LAN Server IBM, UNIX, sendo necessário um estudo mais criterioso para a definição de qual S.O utilizar. PC Desktop: Os PC s clientes também conhecidos por Workstation individuais de trabalho. A partir dela os usuários acessam informações no servidor (Bando de dados etc.) e rodam aplicações locais (Word, Excel etc). O harware da workstation varia entre 486 e Pentium e dependerá das informações a serem processados. Recursos: Entre os recursos a serem utilizados na comunicação entre os equipamentos podemos citar: HUB com cabo par-trançado, cabo coaxial, placas de rede, repeaters, bridges etc. Internet A Internet também pode ser considerada como uma WAN de alcance mundial. Onde vários computadores estão conectados através do protocolo TCP/IP e conexões discadas, ADSL ou dedicada. A grande maravilha talvez esteja no protocolo TCI/IP que possibilita total compartilhamento de recursos e informações, e ainda disponibiliza serviços como WWW e FTP SERVIDORES Uma das funções básicas das redes locais é o compartilhamento de recursos caros e especializados (quer equipamentos, programas, base de dados, ou vias de comunicação), isto é: serviços, entre os vários usuários da rede. Qualquer estação de uma rede local (servidores) pode oferecer serviço a outras estações (clientes). Vários serviços são típicos para cada aplicação e estações de propósito específico são projetadas de forma a melhor oferecê-los. Tais servidores são distinguidos das outras estações apenas pelo software que os suportam e algum hardware especial que contenham. Entre os serviços mais oferecidos podemos citar: o armazenamento de arquivos, a gerência de banco de dados, o suporte para impressão, a tradução de nomes simbólicos em endereços físicos, concentrador de terminais, o suporte a telex, a monitoração de redes, a criptografia, o correio eletrônico, o suporte teletext, gateways para outras redes e outras funções de hardware e software. Servidores podem ser também clientes de outros servidores da rede. Por exemplo, o servidor de impressão pode ser cliente de um servidor de arquivo ao fornecer serviços aos seus próprios clientes. Serviço de correio eletrônico é um outro exemplo de servidor que muitas vezes é realizado utilizando os serviços de armazenamento de arquivos de um outro servidor.

4 Servidores de Arquivos O Servidor de Arquivo tem como função oferecer aos seus clientes o serviço de armazenamento e acesso a informações e de compartilhamento de disco. Controlam unidades de disco ou outras unidades de armazenamento, sendo capazes de aceitar pedidos de transações das estações clientes e atendê-los utilizando os seus dispositivos de armazenamento. Um Servidor de Arquivo Geral é aquele que é capaz de aceitar transações independente do sistema operacional do cliente, ou seja, independente da estrutura de arquivos da estação cliente. Neste caso, existe um sistema de arquivo padrão da rede, utilizado pelo servidor de arquivos, nos quais os vários arquivos das demais estações da rede devem ser convertidos (pelos protocolos a nível de apresentação) para comunicação com o Servidor. Sendo adotada esta solução, todos os arquivos da rede são potencialmente acessíveis a todas as estações, independente das estruturas de arquivos individuais. Servidor de Impressão O Servidor de Impressão tem como finalidade oferecer serviços de impressão a seus clientes. Um Servidor de Impressão típico tem vários tipos de impressoras acoplados, cada um adequado à qualidade ou rapidez de uma aplicação particular. Existem vária formas de se implementar um Servidor de Impressão. A forma mais simples é baseada na pré-alocação da impressora. Neste caso uma estação cliente envia um pedido ao Servidor, manifestando o desejo de uso de uma impressora específica. Caso esta impressora esteja disponível, ela então é alocada ao cliente até que este a libere (ou, então, até que se esgote o tempo máximo da utilização, conforme negociação na alocação). Caso a impressora não esteja disponível o cliente é avisado e colocado, se é de seu desejo em uma fila de espera. Uma outra forma de implementarmos um Servidor de Impressão é utilizando a técnica de spooling. Neste caso a estação ao invés de pedir a alocação de uma impressora, envia diretamente ao Servidor o texto a ser impresso. Este texto é colocado em uma fila de espera, sendo impresso quando a impressora estiver disponível. Servidor de Comunicação Consiste em uma estação especial de frente que será responsável pela realização de todos os procedimentos de acesso à rede, bem como da interface com os dispositivos usuários, de forma a permitir o uso da rede por estes. Servidor Gateway São estações da rede que oferecem serviço de comunicação com outras redes para seus clientes. A ligação entre redes pode ser realizada via repetidores ou

5 pontes, mas quando e trata de interligação de redes distintas o uso de Gateway se torna indispensável. Servidor de Rede Monitoração do tráfego, do estado, do desempenho de uma estação da rede, assim como a monitoração do meio de transmissão e outros sinais é necessária para o gerenciamento da rede de forma a possibilitar a detecção de erros, diagnose e resoluções de problemas da rede, tais como falhas, desempenho e etc. Servidor Teletex É um serviço internacional de telecomunicações que permite aos assinantes trocarem documentos com alto grau de automação, velocidade e precisão, entre equipamentos de escritórios para tratamento de texto, tais como máquinas de escrever eletrônicas e processadores de palavras, que estejam equipados com recursos de transmissão e recepção ARQUITETURA DE PROTOCOLOS Visão Geral do Modelo ISSO/OSI O objetivo de uma estrutura de protocolo em níveis é delimitar e isolar funções de comunicações a camadas. Os dados transferidos em uma comunicação de um dado nível não são enviados diretamente (horizontalmente) ao processo do mesmo nível em outra estação, mas descem verticalmente através de cada nível adjacente da máquina transmissora até o nível físico (onde na realidade há a única comunicação horizontal entre máquinas), para depois subir verticalmente através de cada nível adjacente da máquina receptora até o nível de destino. A arquitetura da rede é formada por níveis, interfaces e protocolos. Nível Físico (ou Camada) Fornece as características mecânicas, elétricas, funcionais e de procedimento para ativar, manter e desativar conexões físicas para a transmissão de bits entre entidades de nível de ligação possivelmente através de sistemas intermediários. Uma unidade de dados do nível físico consiste de um bit, em uma transmissão serial, ou n bits em uma transmissão paralela. Ao projetista deste protocolo cabe decidir como representar 0 s e 1 s, quantos microsegundos durará um bit, se a transmissão será half-duplex ou full-duplex, como na conexão será estabelecida e desfeita, quantos pinos terá o conector da rede e quais seus significados, bem como outros detalhes elétricos e mecânicos.

6 A função do nível físico é a de permitir o envio de uma cadeia de bits pela rede sem se preocupar com o significado destes bits ou como são agrupados. Nível de Ligação O objetivo deste nível é detectar e opcionalmente corrigir erros que por ventura ocorram no nível físico. O nível de ligação vai assim converter um canal de transmissão não confiável em um canal confiável para o uso do nível de rede. Quatro métodos são utilizados na delimitação dos quadros: contagem de caracter, transparência de caracter, transparência de bits e detecção de quadros pela presença ou ausência de sinal no meio físico. Em geral todos os protocolos de nível de ligação incluem bits de redundância em seus quadros para detecção de erros, mas não a sua correção. Nível de Rede O objetivo deste nível é fornecer ao nível de transporte uma independência quanto a considerações de chaveamento e roteamento associados com o estabelecimento e operação de uma conexão de uma rede. Nível de Transporte O nível de rede necessariamente não garante que a cadeia de bits chegue ao seu destino. Pacotes podem ser perdidos ou mesmo reordenados. De forma a fornecer um comunicação fim a fim verdadeiramente confiável é necessário um outro nível de protocolo, que é justamente o nível de transporte. Este nível vai assim isolar dos níveis superiores a parte de transmissão da rede. As principais funções deste nível de protocolo é gerenciamento do estabelecimento e desativação de uma conexão, o controle de fluxo e a multiplicação das conexões. Além das funções mencionadas, podemos ainda citar como funções deste nível o controle de seqüência fim a fim, a detecção e recuperação de erros fim a fim, a segmentação e blocagem de mensagens, entre outras TOPOLOGIA DE REDES A topologia refere-se ao layout físico e ao meio de conexão dos dispositivos na rede, ou seja, como estes estão conectados. Os pontos no meio onde são conectados recebem a denominação de nós, sendo que estes nós sempre estão associados a um endereço, para que possam ser reconhecidos pela rede.

7 Topologia Estrela Topologia Anel (Token Ring) Topologia Barramento J. É mais tolerante a falhas. Fácil de instalar usuários. Monitoramento centralizado. Razoavelmente fácil de instalar.. Requer menos cabos. Desempenho uniforme. Simples e fácil de instalar. Requer menos cabos. Fácil de entender L. Custo de instalação maior porque recebe mais cabos.. Se uma estação para todas param.. Os problemas são difíceis de isolar.. A rede fica mais lenta em períodos de uso intenso.. Os problemas são difíceis de isolar. Várias são as estratégias de topologia, embora as variações sempre derivem de três topologias básicas que são as mais freqüentemente empregadas. A topologia de uma rede depende do projeto das operações, da confiabilidade e do seu custo operacional. Ao se planejar uma rede, muitos fatores devem ser considerados, mas o tipo de participação dos nodos é um dos mais importantes. Um nodo pode ser fonte ou usuário de recursos, ou uma combinação de ambos. A topologia da rede é um nome fantasia dado ao arranjo dos cabos usados para interconectar os clientes e servidores. A maneira como eles são interligados tem algumas implicações sobre a maneira como o sistema operacional de rede gerencia tanto os clientes quanto o fluxo de informações sobre a rede, as topologias mais comuns são estrela, anel, e barramento. Fig. 7.2 Rede em Estrela, Barra e Anel

8 7.6 - EQUIPAMENTOS HUBS Hubs são dispositivos utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN. Com o Hub, as conexões da rede são concentradas (por isto também chamado concentrador) ficando cada equipamento num segmento próprio. O gerenciamento da rede é favorecido e a solução de problemas facilitada, uma vez que o defeito fica isolado no segmento de rede. Cada hub pode receber vários micros, atualmente temos hub s com 4, 8, 16 e 32 portas (Podemos fazer a conexão entre hub s aumentando a capacidade final). Fig Hubs SWITCH O switch é um hub que, em vez de ser um repetidor é uma ponte. Com isso, em vez dele replicar os dados recebidos para todas as suas portas, ele envia os dados somente para o micro que requisitou os dados através da análise da Camada de link de dados onde possui o endereço MAC da placa de rede do micro, dando a idéia assim de que o switch é um hub Inteligente. Fig Switch

9 REPETIDORES São equipamentos utilizados quando se deseja repetir o sinal enviado por um equipamento quando a distância a ser percorrida é maior do que o recomendado (180Mts). Ele realiza uma ampliação no sinal já fraco dando nova força para que chegue ao ponto de destino BRIDGES (PONTES) Conectam múltiplas LAN s como, por exemplo, a LAN da contabilidade com a LAN do departamento de Marketing. Isto divide o tráfego na rede, apenas passando informações de um lado para outro quando for necessário. Como vimos anteriormente que os repetidores transmitem todos os dados que recebe para todas as suas saídas. Assim, quando uma máquina transmite dados para outra máquina presente no mesmo segmento, todas as maquinas da rede recebem esses dados, mesmo aquelas que estão em outro segmento. A ponte é um repetidor Inteligente. Ela tem a capacidade de ler e analisar os quadros de dados que estão circulando na rede. Com isso ela consegue ler os campos de endereçamentos MAC do quadro de dados. Fazendo com que a ponte não replique para outros segmentos dados que tenham como destino o mesmo segmento de origem. Outro papel que a ponte em principio poderia ter é o de interligar redes que possuem arquiteturas diferentes ROTEADORES Faz o papel de guarda de trânsito, garantindo que os pacotes de mensagens sejam dirigidos a endereços certos na rede. Fig Roteador

10 Fig Roteador Interligando Duas Redes: Internet e uma rede Local CABOS Os cabos talvez tenham 50% do fracasso ou do sucesso da instalação de uma rede. Muito dos problemas encontrados nas redes são identificados como causados pela má instalação ou montagem dos cabos. Um cabo bem feito contará pontos a seu favor no restante da rede, em caso de dúvidas com algum cabo o melhor é não utiliza-lo. Os cabos de par trançado são os mais usados, pois tem um melhor custo beneficio, ele pode ser comprado pronto em lojas de informática, ou feito sob medida, ou ainda produzido pelo próprio usuário, e ainda são 10 vezes mais rápidos que os cabos coaxiais. Fig. 7.7 Cabo Par Trançado Os cabos coaxiais permitem que os dados sejam transmitidos através de uma distância maior que a permitida pelos cabos de par trançado sem blindagem (UTP), mas por outro, lado não são tão flexíveis e são mais caros que eles. Outra desvantagem é que a maioria delas requerem o barramento ISA, não encontradas nas Placas mães novas.

11 Fig. 7.8 Cabo Coaxial Os cabos de fibra óptica permitem transmissões de dados a velocidades muito maiores e são completamente imunes a qualquer tipo de interferência eletromagnética, porém, são muito mais caros e difíceis de instalar, demandando equipamentos mais caros e mão de obra mais especializada. Apesar da alta velocidade de transferência, as fibras ainda não são uma boa opção para pequenas redes devido ao custo. Fig. 7.9 Cabo de Fibra Óptica PADRÕES DE TRANSMISSÃO Ethernet A rede Ethernet é a mais conhecida dentre as atualmente utilizadas e está no mercado a mais tempo do que as outras tecnologias de rede. A redução dos preços e uma relativa alta velocidade de transmissão de dados fomentaram a ampla utilização da Ethernet. Ela poderá ser utilizada com topologia barramento (Coaxial) ou Estrela (Par trançado com HUB). Neste tipo de rede, cada PC ouve o tráfego na rede e se não ouvir nada, eles transmitem as informações. Se dois clientes transmitirem informações ao mesmo tempo, eles são alertados sobre a colisão, param a transmissão e esperam um período aleatório para cada um antes de tentar novamente, este método é conhecido como Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD). Vejamos um exemplo prático:

12 Vamos supor que você deseje armazenar uma planilha no winchester de uma outra máquina. Pelo método ethernet, a primeira coisa que sua placa de rede faz é escutar o que está acontecendo no cabo para determinar se, no momento, há alguém utilizando o cabo para transmitir dados. Essa é a parte carrier sense do CSMA/CD. Aqui há duas possibilidades. Ou a rede, no momento, está ocupada, ou não está. Se a rede estiver ocupada sua placa continua tentando até que ela esteja livre. Uma vez que detecte que não existem dados trafegando então ela envia a planilha para o outro PC. Em caso de colisão os dados são perdidos é cada um dos envolvidos na colisão aguardam o período para retransmitir não havendo perdas para o usuário. A medida que o número de estações aumentam, aumentam também o número de colisões. Token Ring O método de acesso de token ring (passagem de permissão) utiliza um método circular para determinar qual estação tem permissão para transmitir. O token ring opera em topologia em anel e garante que todas as estações da rede tenham chance de transmitir dados. Ele alcança esse objetivo utilizando um padrão especial de bit conhecido como token ou permissão. Em uma rede token ring, seu computador pacientemente monitora a rede até que ele veja um padrão especial de bits denominado permissão. Ao ver a transmissão ele envia um pacote de dados. Este pacote de dados viaja pelo anel e o destinatário recebe na passagem. Quando o pacote retornar ao transmissor ele passa o token para a próxima estação. Este processo se repete infinitamente. Os tempos necessários são medidos em frações de segundos PROTOCOLOS DE REDE Protocolos são basicamente a parte do sistema operacional da rede encarregada de ditar as normas para a comunicação entre os dispositivos. Vários são os tipos de protocolos, aqui explicaremos os mais utilizados. TCP/IP Transfer Control Protocol/Internet Protocol. Ele foi desenvolvido para ser um protocolo roteável, e serve como padrão para redes de longa distância (WAN s) e para acesso a internet.

13 IPX/SPX Significa Internet Packet Exchange/Sequence Packet Exchange. Ele foi desenvolvido para suportar redes NetWare, e suporta redes de tamanho pequeno e médio e também tem a capacidade básica de roteamento. NetBeui Significa Network Basic End User Interface. Ele suporta pequenas LAN s é rápido e simples. Porém, tem uma estrutura arquitetônica inerente que limita sua eficiência à medida que a rede se expande O SOFTWARE DA REDE O software de rede controla o as operações entre os equipamentos, permite controlar quem tem acesso a ele e regula o fluxo de informações entre cada usuário para o uso dos recursos entre todos. É uma grande tarefa. Parte do software de uma rede é o redirecionador da rede, assim chamado porque ele direciona e redireciona comandos que se encontram flutuando pela rede. O redirecionador agarra todos os comandos e examina-os para ver se um comando é alguma coisa da qual o equipamento deveria cuidar. Protocolos também fazem parte do sistema operacional. Os protocolos são essencialmente um conjunto de regras de comportamento que devem ser seguidas para que existe uma comunicação efetiva entre os componentes. Sistemas Operacionais de Redes: As modificações nos hardware em favor das redes implicou de ajustes nos Sistemas Operacionais, adaptando-o para o novo ambiente de processamento. Os computadores antes funcionavam isoladamente, e já existiam seus respectivos Sistemas Operacionais Locais (SOL). Portanto o software introduzido para fornecer novos serviços foi perturbar o menos possível o ambiente local, principalmente na interface que este ambiente oferecia a seus usuários. Assim surgiram os Sistemas Operacionais de Redes (SOR), como extensão dos Sistemas Operacionais Locais (SOL), complementando-os com o conjunto de funções básicas, e de uso geral necessárias à operação das estações de forma a tornar transparentes o uso dos recursos compartilhados.

14 Acesso direto das aplicações dos usuários com o hardware. APLICAÇÃO HARDWARE Acesso indireto das aplicações dos usuários com o hardware através do Sistema Operacional. APLICAÇÃO SISTEMA OPERACIONAL HARDWARE Adição das funções do Sistema Operacional de Redes às funções dos Sistemas Operacionais Locais. SISTEMAS OPERACIONAIS