- Aula 2 - CONCEITOS DE REDES DE COMPUTADORES 1. QUESTÕES SOCIAIS Com as redes de computadores vários benefícios foram introduzidos, como a agilidade em serviços, a facilidade de interação, mesmo em ambientes distantes, dentre outros. Contudo as redes trouxeram novos problemas sociais, éticos e políticos. Um exemplo desses problemas são os newsgroups e ferramentas de relacionamento, a partir das quais as pessoas trocam mensagens. Quando são tratados apenas assuntos técnicos ou passatempos, não há polêmica. Os problemas começam a surgir quando abordam temas mais palpitantes, como política, religião ou sexo, sendo estes pontos de vista divergentes de cada pessoa. Outros problemas começam a surgir quando conteúdos inadequados começam a circular, como vídeos, fotos, etc. Outra polêmica envolve os direitos do empregado e do empregador. Muitos utilizam os benefícios das redes em proveito próprio deixando de lado as atividades pertinentes ao seu trabalho. Outra relação importante é com relação ao governe e cidadão. O FBI há algum tempo atrás instalou um sistema em muitos provedores de serviços de internet para bisbilhotar as mensagens de correio eletrônico em busca de informações de interesse para instituição. O sistema foi originalmente chamado de Carnivore e posteriormente de DCS1000. Em suma as redes de computadores permitem ao cidadão manifestar sua opinião de uma maneira diferente. Essa nova liberdade traz uma série de questões sociais, políticas e morais. Por sua vez a internet a internet introduziu comportamentos anti-sociais e criminosos, assim como coisas boas como o aconselhamento que salva vidas. Temos sempre que analisar os prós e os contras da evolução das redes de computadores, pois na última década ela mudou a vida de muitas pessoas. 1
2. HARDWARE DE REDE Deixaremos de lado as aplicações e os aspectos sociais e abordaremos questões mais técnicas relacionadas ao projeto de rede. O que devemos considerar são dois aspectos que são: - Tecnologia de transmissão - Escala Em termos gerais, há dois tipos de tecnologias de transmissão em uso disseminado: - Links de difusão - Links ponto-a-ponto O primeiro, Links de difusão têm apenas um canal de comunicação compartilhado por todas as máquinas da rede, onde são transferidos pacotes de um computador para outro ou de um computador para todos. Cada pacote deve ter um endereço que identificará para qual máquina é a mensagem dentro da rede na qual ela está inserida. Analogia: Imagine uma pessoa gritando no corredor. Fulano, venha cá! Todos receberam a mensagem, mas somente Fulano vai responder os demais ignorarão. Assim acontece em uma rede, todos recebem o pacote, mas este somente será processado se pertencer a si. Outra analogia é do aeroporto. Existe ainda a possibilidade de haver a difusão para todas as máquinas. Isto se dá com a utilização de um código especial o campo de endereço. Quando um pacote com esse código é transmitido, ele é recebido e processado por todas as máquinas da rede. Esse modo de operação é chamado de difusão ou broadcasting. Alguns sistemas também permitem a transmissão para um subconjunto das máquinas, o que se conhece como multidifusão ou multicasting. Em contraste, o segundo tipo, as redes ponto-a-ponto consistem em muitas conexões entre pares de máquinas individuais. Para ir da origem ao destino, um pacote muitas vezes tem que visitar várias máquinas intermediárias ou fazer várias rotas com tamanhos diferentes. 2
Como regra geral (embora existam exceções), redes menores tendem a usar difusão, enquanto redes maiores em geral são redes ponto-a-ponto. Exemplo: A transmissão ponto a ponto com um transmissor e um receptor, chamada de unicasting. Outro critério para classificar as redes é quanto a sua escala. Observe a figura abaixo. Estas podem ser divididas em redes locais, metropolitanas e geograficamente distribuídas (ou remotas). Finalmente a conexão entre uma ou mais redes é chamada de inter-rede. A Internet é um exemplo bastante conhecido. A distância é importante como uma métrica de classificação, porque são empregadas diferentes técnicas em escalas distintas. As redes dentro de sua área de atuação: LAN (Local Area Network) Redes Locais MAN (Metropolitan Area Network) Redes Metropolitanas WAN (Wide Area Network) Redes de Longa Distância ou Geograficamente Distribuídas Interligação de redes Internet 3
3. REDES LOCAIS (LAN) Nas redes locais cada computador tem uma interface de rede que conecta a máquina diretamente ao meio físico da rede. São consideradas redes privadas contidas, normalmente, em um único edifício com até alguns quilômetros de extensão. São amplamente usadas para conectar computadores pessoais, estações de trabalho, equipamentos industriais permitindo o compartilhamento de recursos, como as impressoras e as trocas de informações. As LAN s têm três características que as distinguem de outros tipos de redes: - Tamanho; - Tecnologia de Transmissão; e - Topologia. Como dito, elas tem tamanho restrito, por outro lado esse tamanho reduzido favorece o gerenciamento tornando-o bastante simples. A tecnologia de transmissão quase sempre consiste em um cabo. Quando adotada essa especificidade funcionam em velocidades de 10, 100 e 1000 Mbps, oferecendo baixo retardo com pouquíssimos erros nas transmissões. Dessa forma podemos enumerar as seguintes características das redes locais: - Alta velocidade - Baixa taxa de erros - Distâncias limitadas - Baixo custo de conexão 4
As redes locais admitem diversas topologias 1, dentre elas podemos citar: - Anel - Barramentos - Estrela TOPOLOGIA EM ANEL TOPOLOGIA EM BARRA TOPOLOGIA EM ESTRELA 4. REDES METROPOLITANAS (MAN) Redes que geralmente pertencentes a uma organização interligadas entre si. Pode estar no mesmo espaço físico, na mesma cidade ou estado. Utilizam como meio de comunicação, normalmente, o meio óptico (Fibra Ótica) ou sem fio. Isso não impede de se aplicar outra tecnologia de cabos para tal fim. O exemplo mais comum de redes metropolitanas é a rede de TV a cabo. Entretanto, ela não é a única. As tecnologias mais recentes para acesso a internet e a própria TV a cabo e/ou digital padronizou outra rede metropolitana sob o protocolo IEEE 802.16, mais conhecida por WIMAX. 1 Topologia: Representação gráfica de uma rede que descreve: a) A forma pela qual os componentes se conectam; b) Os caminhos possíveis de comutação; c) A configuração correta para o funcionamento. 5
5. REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS (WAN) Abrange uma grande área geográfica, com freqüência países ou continentes. Esta rede deve conter um conjunto de máquinas cuja finalidade é executar os programas (ou aplicações) do usuário denominadas Hosts. As redes de longas distâncias são geralmente montadas por empresas fornecedoras de serviços de telecomunicações, que oferecem interligação entre dois pontos ou redes comutadas com vários pontos. Estes hosts estão sempre conectados por uma sub-rede 2. São redes que necessitam de comutadores, mais conhecidos por roteadores para que seja realizada a comunicação entre as redes, ou linhas de transmissão das redes. Nestas redes os roteadores devem sempre se comunicar, mesmo que estes não estejam ligados diretamente, sob pena de perda da conexão entre uma rede e outra. 2 A divisão de uma rede em redes menores resulta em tráfego reduzido, simplificação na administração e maior performance, além de resolver problemas de topologia. 6
Partindo do principio de sub-redes, é conveniente falar um pouco de comutação de pacotes 3. Normalmente as sub-redes organizadas de acordo com esse princípio são chamadas de sub-rede de store-and-forward (de armazenamento e encaminhamento), ou de comutação de pacotes. Quando o processo de um host tem uma mensagem a ser enviada, esta é dividida em pacotes, onde cada um recebe um número de seqüência. Assim, esses pacotes são injetados individualmente na rede e depositados no host receptor, onde são novamente montados para formar a mensagem original. Observe a figura: Em algumas redes, todos os pacotes devem seguir a mesma rota, em outras, cada pacote é roteado separadamente, seguindo sempre o principio do melhor trajeto. Quem decide qual rota será seguida é o roteador. Esta decisão é tomada por um algoritmo de roteamento implementado neste ativo. Cabe ressaltar que existem vários algoritmos de roteamento. Observe que nem todas as WAN's são comutadas por pacotes, como é o caso de um sistema de satélite. Neste caso, casa antena tem um roteador pela qual envia e recebe os dados. Em alguns casos, os roteadores estão conectados a uma sub-rede ponto a ponto de grande porte, e penas um deles tem uma antena de satélite. 6. REDES SEM FIO Redes sem fios não é uma idéia nova. Em 1901, o físico italiano Guglielmo Marconi já fazia funcionar um telégrafo sem fios que transmitia informações de um navio para o litoral por meio de códigos morse. 3 Encaminhamento de nó em nó. 7
categorias: Em um primeiro momento podemos dividir as redes sem fios em três - Interconexão de Sistemas - LAN's sem Fio - WAN's sem Fio A interconexão de sistemas significa ligar componentes por meio de rádio a um alcance limitado. Exemplo são os teclados, mouses e dispositivo sem fios que utilizam tecnologias como Bluetooth e infravermelho. Lembrando sempre que as tecnologias Bluetooth e infravermelho também têm outras utilidades senão para os fins citados acima. As LAN's sem Fio são redes locais nas quais os computadores por meio de antenas de rádio se comunicam com outros computadores diretamente ou através de pontos de acesso centralizados. Sendo assim adotam uma configuração hierárquica ou não-hierárquica. Este tipo de rede tem se tornado muito comum nos escritórios, cyber cafés, aeroportos, rodoviárias, salas de conferência, etc. Existe um padrão para as LAN's sem fio chamado IEEE 802.11 definido pela IEEE (Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos). 8
As WAN s são usadas em sistemas geograficamente distribuídos como as redes WAN s sem fios de telefonia celular. Este sistema já passou por três gerações: - A primeira, Analógica, que transmitia somente voz; - A segunda, Digital, porém também trabalhava somente com voz; - A terceira também Digital, mas com a capacidade de trafegar voz e dados; O ponto fraco dessa tecnologia é a baixa velocidade, operando em geral abaixo de 1 Mbps. Com o advento de um novo padrão, a IEEE 802.16 (WIMAX) tanto as WAN s e MAN s sem fio são distribuídas em alta largura de banda. O que temos que considerar sobre as redes sem fios é que na sua maioria estão interligadas com algum tipo de rede com fios, com o intuito de fornecer acesso a banco de dados, arquivos e a própria internet. Existem vários modos de se fazer essa conexão seja utilizando o link como um backbone 4 ou simplesmente conectando dois computadores. 4 Designa o esquema de ligações centrais a ou de um sistema mais amplo. 9
7. INTER-REDES No mundo existem muitas redes, em geral apresentando diferentes tipos de hardware e software. Normalmente, redes distintas precisam se comunicar entre si e para isso é preciso estabelecer conexões entre redes quase sempre incompatíveis. Isso se dá por meio de máquinas denominadas Gateways, responsáveis por fazer as conversões necessárias em nível de hardware e software conforme o caso. A esse conjunto de redes interconectadas damos o nome de inter-redes. Uma forma comum de inter-redes é um conjunto de redes conectadas por uma WAN, o que se assemelha muito com o conceito de sub-redes. A distinção técnica entre uma sub-rede e uma WAN é que a primeira faz uso apenas de roteadores para ligar as redes e se contiver hosts e roteadores será uma WAN, mas as diferenças reais estão relacionadas a propriedade e ao uso. Uma subrede faz mais sentido no contexto de uma rede geograficamente distribuída. 10