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UNIDADe 1

Introduo comunicao de dados e redes de computadoresObjetivos de aprendizagem

Identificar os principais rgos envolvidos na padronizao das redes. Conceituar rede e comunicao de dados e protocolos. Conhecer os componentes de uma rede de computadores.

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Sees de estudoSeo 1 Seo 2 Seo 3 Seo 4 Seo 5 A comunicao de dados O que uma rede de computadores? Histrico e padres das redes Os componentes de uma rede Os protocolos de rede

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Para incio de estudoEstudar redes e comunicao de dados pode ser algo muito pesado, pois a quantidade de informao disponvel imensa (e as siglas, um terror, so milhares!). Quase todos tm uma opinio a respeito dos problemas. A Internet est fora, deve ser uma falha no provedor [...]. Esta situao comum em muitas empresas. Assim, nesta disciplina, pensamos em propiciar a voc um entendimento a respeito das tecnologias e os mecanismos que funcionam (ou tentam funcionar), para que tenhamos uma rede operacional. Nesta unidade, voc estudar conceitos fundamentais a respeito das redes e conhecer os organismos responsveis pela manuteno das regras do jogo na rea da comunicao entre os computadores.

Seo 1 A comunicao de dadosA comunicao de dados trata da transmisso de sinais atravs de um meio fsico, de forma confivel e eficiente. Os tpicos mais importantes so a transmisso de sinais, os meios de transmisso, codificao dos sinais, multiplexao.Por que necessitamos de um sistema de comunicao de dados?

As pessoas precisam de um sistema de comunicao por dois motivos:

Aumentar o poder computacional Na maioria dos casos, aumentar o tamanho do computador disponvel no possvel, ou mesmo no resolveria o problema de capacidade computacional.

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Compartilhar recursos Todos precisam trocar informaes, arquivos, bancos de dados, estando em locais geograficamente dispersos.

Qual o objetivo da comunicao?

O principal objetivo de um sistema de comunicao trocar informao (dados) entre dois sistemas remotos. Podemos entender como remotos dois sistemas computacionais que no possuem compartilhamento de memria RAM (Randomic Access Memory). Os sistemas com mais de uma CPU e a mesma memria RAM no precisam enviar informaes um ao outro, uma vez que todas as CPUs tm acesso aos mesmos endereos da memria. .

Que componentes devem ter um sistema de comunicao?

Um sistema de comunicao de dados deve ter os seguintes componentes bsicos:

Fonte - Gera os dados que sero transmitidos (ex.: computador).

Na Wikipedia, lemos a seguinte informao sobre a CPU A Central Processing Unit (Unidade central de processamento, em portugus) ou o processador a parte de um sistema de computador que executa as instrues de um programa de computador, e o elemento primordial na execuo das funes de um computador. Este termo tem sido usado na indstria de computadores pelo menos desde o incio dos anos 1960. A forma, desenho e implementao de CPUs tm mudado dramaticamente, desde os primeiros exemplos, mas o seu funcionamento fundamental permanece o mesmo. (Acesso em 21 jun.2010)

Transmissor - Converte os dados em sinais possveis de se transmitirem (ex.: placa de rede ou modem).

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Source System

Destination System

Source

Transmitter

Transmission System

Receiver

Destination

(a) General block diagram

Workstation

Modem

Public Telephone Network

Modem

Server

(b) Example

Para melhor compreenso, veja a traduo dos termos em ingls no glossrio

Figura 1.1 - (a) Modelo de comunicao; (b) Componentes de um sistema de comunicao de dados. Fonte: STALLINGS, 2004.

Sistema de transmisso - Transporta os dados (ex.: sistema telefnico).

Receptor - Converte os sinais recebidos em dados (ex.: modem ou placa de rede).

Destino - Recebe os dados convertidos.

Todos esses componentes possuem complexidades adicionais. Por exemplo, os sistemas de transmisso podem ser divididos em outros componentes:

sinal (analgico/digital); meio fsico (fio de cobre, fibra ptica, ar); protocolos (PPP, ADSL); e dispositivos de rede (comutadores, roteadores).

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Seo 2 O que uma rede de computadores?A todo instante, voc se depara com algum computador ou terminal de rede. Nos caixas automticos dos bancos, nos terminais das lojas, na sua casa, nos rgos pblicos, nas academias, nos clubes, bares... Parece que as redes de computadores esto em todas as partes. Isso verdade: talvez a Internet venha a ser a 3 maior rede do mundo em termos de capilaridade, perdendo apenas para as redes eltricas e de telefonia. Apesar de menor, a Internet cresce mais rapidamente que muitas redes, ficando com uma taxa de crescimento menor apenas que a rede de telefones mveis (os quais esto ficando cada vez mais prximos de se tornarem computadores de fato).

The resurgence of mobile browsing Mobile subscribers outnumber Internet users 2 to 13 000 2 800 2 600 2 400 2 200 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 Mobile phone subscriptions globally millions

3B mobile subscribers in 2008

2B mobile subscribers in 2005

1B Internet users in 2005

-92 -93 -94 -95 - 96 -97 -98 -99

-00

-01 -02 -03 -04 -05

-08e

Grfico 1.1 - Crescimento da telefonia mvel. Fonte: adaptado de NOKIA, 2006.

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Bola Fora em 1977, o presidente da Digital (nessa poca, a Digital era a 2 maior fabricante de computadores do planeta, ficando atrs apenas da IBM) decretou: No existe nenhum motivo para que um indivduo possua um computador em sua casa. em 1981, 4 anos aps, a IBM lanou no mercado o IBM-PC (personal computer). O primeiro PC rodava com um microprocessador Intel 8088, clock de 4.77 MHz, usando o MS-DOS da Microsoft como sistema operacional e... Bom, o resto da histria voc conhece!

Agora que voc j conhece a ideia fundamental sobre a comunicao de dados, fica mais fcil definir rede de computadores. Acompanhe:

Uma rede um conjunto de dispositivos computacionais conectados atravs de uma estrutura de comunicao de dados, com a finalidade de compartilhar recursos.

Considerando a definio de rede acima destacada, podem restar algumas perguntas, como:

Que dispositivos computacionais? Os dispositivos incluem interfaces de redes, servidores, estaes de trabalho, impressoras (alm dos dispositivos de comunicao, como hubs, transceivers, repetidores, comutadores, pontes e roteadores). Voc conhecer um pouco mais disso tudo na seo 4, e, mais tarde, com mais detalhes, na unidade 5.

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O que dispositivo conectado? Dois dispositivos computacionais so ditos conectados quando podem trocar algum tipo de informao entre eles, utilizando para isso um protocolo. Um protocolo de rede faz parte da estrutura de comunicao de dados, e pode ser visto como uma norma de comunicao, a qual deve ser utilizada pelos participantes, como as regras gramaticais de um idioma (voc ver mais sobre os protocolos na seo 5).

Quais recursos? Uma rede trata basicamente da tecnologia e da arquitetura utilizada para conectar os dispositivos de comunicao. Os recursos que desejamos compartilhar so vrios. Talvez os mais comuns sejam mensagens, arquivos, discos rgidos, impressoras, fax. Podemos desejar interatividade nessa comunicao, como nas salas de bate-papo, telefonia e videoconferncia.

Diversidade Uma rede pode ser composta por vrios sistemas operacionais e por dispositivos de diferentes fabricantes. Pode ter vrios tamanhos e abrangncias, bem como formatos fsicos diferentes. (Veja adiante, na unidade 4, uma classificao mais completa).

Componentes genricos de uma rede de computadores Basicamente, uma rede de computadores pode ser caracterizada por um conjunto de hardwares e softwares, conforme voc observa na figura 1.2 a seguir.

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Dispositivos Protocolos Sistemas Operacionais EnlacesFigura 1.2 - Componentes de uma rede. Fonte: CERUTTI, 2007.

Rede

Os dispositivos e os protocolos sero descritos com mais detalhes na seo 5 e ao longo das demais unidades deste livro didtico. Os enlaces (meios fsicos por onde trafegam os sinais que representam as informaes) sero analisados na unidade 2. Bom, agora que voc j conhece os principais conceitos relacionados com as transmisses de dados entre as mquinas, iremos percorrer, na prxima seo, a linha do tempo que nos trouxe at a situao atual, estudando o histrico das redes e as instituies responsveis pela padronizao dos procedimentos, os quais permitem uma evoluo organizada.

Seo 3 Histrico e padres das redesHistrico Durante o sculo 20, a tecnologia chave foi Informao. Gerao, processamento e distribuio da Informao foram cruciais para a humanidade. Entre os anos de 1900 e 2000, desenvolveram-se os sistemas telefnicos, foram inventados o rdio e a TV, os computadores e os satlites de comunicao.24

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Como consequncia, essas reas convergiram e as diferenas entre a coleta, transporte, armazenamento e processamento das informaes foram rapidamente desaparecendo.

Voc sabia? A primeira conexo entre dois computadores foi realizada em 1940. George Stibitz utilizou as linhas de telgrafo para enviar arquivos entre Dartmouth College, em New Hampshire, USA e os laboratrios Bell, em New York.

Modelos de interao, processamento e comunicaoA interao entre os usurios e os computadores bem como o processamento da informao e a comunicao entre as mquinas passaram por diversos estgios at chegarem aos modelos atuais, os quais, com certeza, no sero to atuais em um intervalo de tempo bem pequeno.

O telgrafoO eletromagneto, inventado em 1825 pelo britnico William Sturgeon, serviu de base para toda a evoluo em larga escala das comunicaes eletrnicas. Tal evoluo foi iniciada com a inveno do telgrafo (figura 1.3), em 1835, por Samuel Morse.

Figura 1.3 - O telgrafo, primeiro dispositivo de comunicao eletrnico. Fonte: United States Patent and Trademark Office, 2010.

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Veja mais sobre Morse e sua pequena revolucionria inveno em: .

Baseado no eletromagneto, Morse criou um cdigo binrio para representar os diferentes caracteres alfanumricos (figura 1.4). A primeira linha telegrfica ligou Washington a Baltimore (aproximadamente 70 km), inaugurando as comunicaes eletrnicas de longa distncia .

Figura 1.4 - Cdigo Morse, representando de forma binria todos os caracteres. Fonte: DKImages.

Aps a ampla aceitao do telgrafo, a comunicao por sinais eltricos deu origem a grandes sistemas de comunicao, como telefone, rdio e televiso.

Computadores baseados em sinais eltricosEm 1946, projetado pelo Departamento de Material de Guerra do Exrcito dos EUA, foi criado o ENIAC - Eletronic Numerical Interpreter and Calculator (Computador e Integrador Numrico Eletrnico, ver figura 1.5). O ENIAC foi projetado por John W. Mauchly e J. Presper Eckert, na Universidade de Pensilvnia, EUA. Foi o primeiro computador digital eletrnico, com um comprimento de quase 30 metros, um peso de 30 toneladas e mais de 17.000 tubos. Hoje, seu notebook pode armazenar milhes de vezes mais informao, com uma velocidade, aproximadamente, 50.000 vezes maior.

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Figura 1.5 - ENIAC - primeiro computador digital eletrnico. Fonte: Computer History Museum, 2006.

Processamento em lote (batch)Na dcada de 1950, o processamento das informaes era realizado sem nenhuma forma de interao direta entre os usurios e a mquina: os usurios submetiam suas tarefas ( jobs), utilizando leitoras de cartes ou fitas magnticas. O processamento era realizado em lote (batch) e seus resultados eram gerados conforme a ordem de submisso dos jobs. Os resultados de processamentos podiam ser armazenados em fitas ou impressos. Conceito de Job (tarefa): Sequncia de ativaes (instncias), cada uma composta por um conjunto de instrues, que, na ausncia de outras atividades, executada pela CPU sem interrupo.

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cdigo da tarefa

Disparo das vrias activaes (jobs) n n+1 n+2

incio

tempo terminaoC (WCET) Worst-Case Execution Time

Figura 1.6 - Execuo de um Job. Fonte: ALMEIDA, 2007.

Para melhor compreenso, veja a traduo dos termos em ingls no glossrio

Figura 1.7 - Algoritmo do processamento em lote (batch). Fonte: MEAKIN, 1998.

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Time Sharing (Compatilhamento de tempo)O sistema operacional se encarregava do escalonamento. Os usurios ficaram mais distantes, nas salas de terminais. Estas salas poderiam, inclusive, situar-se a muitos quilmetros de distncia, conectadas ao computador atravs de linhas dedicadas para transmisso.

Para melhor compreenso, veja a traduo dos termos em ingls no glossrio

Figura 1.8 - Transmisso remota em lote. A transmisso de lotes de dados a partir de um terminal remoto representa uma das primeiras comunicaes em redes de longa distncia. Fonte: CLARK, 2003.

Este foi o caso da criao dos terminais remotos, soluo apresentada pela IBM em 1971, denominados IBM 3270 Information Display System, o qual foi projetado para estender o poder de processamento do computador do Datacenter para localidades remotas.

Soluo uma palavra muito utilizada no jargo de TI, e, como tal, deve ser entendida. Pode-se falar de soluo Microsoft para servidores Web. Na verdade, seria uma soluo para uma necessidade, e no para um problema.

Figura 1.9 - Sistema de processamento time sharing. Fonte: Wiley InterScience, 1999-2010.

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Processamento distribudoO sistema de processamento de dados distribudo (ver figura 1.10) uma forma evolutiva do sistema de time-sharing. Quando um sistema computacional possui recursos para processar seus dados e conectar-se com outro sistema atravs de uma rede, a definio de time-sharing deve ser revisada. O Distributed Data Processing System pode ser definido como um sistema computacional geograficamente disperso, conectado atravs de uma rede, de forma que cada CPU execute suas tarefas independentemente, e que possui a habilidade de relacion-las com as tarefas e resultados dos outros sistemas computacionais conectados a essa rede.

Figura 1.10 - Sistema de processamento distribudo. Fonte: CLARK, 2003.

Nos sistemas distribudos, as tarefas so fragmentadas em funes que residem em diferentes processadores e memrias.

Sistemas de tempo real (Real Time Systems)Sistema de tempo real um sistema de processamento de dados que requer volume de transaes em velocidades suficientes para controlar ou monitorar um processo fsico. Isto porque os requisitos das transaes devem ser obtidos ao mesmo tempo, como parte de um sistema global de controle.

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Tempo Real a propriedade que caracteriza a capacidade de um sistema computacional de estabelecer correspondncias entre diferentes sistemas de medio e/ou contagem de tempo. (MOTUS e RODD, 1994). Os sistemas de tempo real possuem funcionalidades que devem ser desempenhadas ou prestadas dentro de intervalos de tempo finitos, impostos por um processo fsico. A tcnica permite ao sistema enviar os dados a um computador central, que os processa imediatamente aps o recebimento desses dados, e retorna os resultados ao remetente, assim que o processamento termina.

Saiba mais Tempo-real no significa rapidez, mas apenas um ritmo de evoluo prprio de certo processo fsico. Quando um sistema de controle ou monitorao consegue acompanhar o estado de um dado processo fsico e, se necessrio, atuar a tempo sobre ele, ento se trata de um sistema de tempo-real. Todos os seres vivos so sistemas de tempo-real relativamente aos seus habitats naturais, os quais determinam o respectivo tempo-real. Por outro lado, quando construmos mquinas (programveis) para interagir com processos fsicos, necessitamos utilizar tcnicas de programao e infraestruturas de SW que nos permitam ter confiana na capacidade de atuao pontual. (ALMeIDA, 2007).

Cliente / servidorNesse tipo de comunicao, uma mquina solicita um servio (cliente, como um browser), e a mquina que presta o servio (um web server, por exemplo) envia uma resposta, que pode ser uma pgina html.

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Para melhor compreenso, veja a traduo dos termos em ingls no glossrio

Figura 1.11 - Cliente/servidor. Fonte: TANEMBAUM, 2003.

Peer-to-peerNeste modelo, no existe cliente ou servidor. Qualquer mquina pode ser cliente e, simultaneamente, servir s requisies de outras mquinas. Neste modelo, se encontram os principais grupos de compartilhamento de arquivos, como o Kazaa, e-mule, edonkey, imash.

Figura 1.12 - Modelo de comunicao peer-to-peer (P2P). Fonte: TANEMBAUM, 2003.

3.1.9 Computao em nuvem (Cloud Computing)No incio do sculo XXI, um termo novo surgiu no cenrio das redes de dados e das aplicaes - Computao em nuvem fazendo uma metfora para nuvem como sendo a Internet. O termo pode ser usado para definir um novo tipo de utilitrio, denominado software como Servio, ou SaaS (Software as a Service). Basicamente, um provedor de servios disponibiliza

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algum tipo de recurso computacional, normalmente uma aplicao ou espaos para armazenamento, para que os usurios o utilizem remotamente, atravs da Internet. Exemplos dessa nova abordagem podem ser o Google Docs (HTTP://docs.google.com) onde os usurios utilizam ferramentas de edio de texto sem precisar instalar nenhum aplicativo em seus computadores. Outro provedor bastante citado o Salesforce.com, o qual vende licenas de acesso ferramenta de CRM (Customers Relationship Management). Evoluo das redes A histria das redes de dados e da Internet se confundem com o Departamento de Defesa dos EUA (DoD), atravs da ARPA Advanced Research Projects Agency (www.arpa.mil), em conjunto com o MIT - Massachusetts Institute of Technology (http://www.mit.edu). Estes dois organismos mantiveram os principais pesquisadores na rea das cincias computacionais, no incio da dcada de 1960. A rede ARPANet no parou de crescer. Voc pode observar essa evoluo na figura 1.13(a) que remete a dezembro de 1969; e, ainda, na figura 1.13(b) que remete a julho de 1970; 1.13(c) que remete a maro de 1971; 1.13(d) que remete a abril de 1972; 1.13(e) que remete a setembro de 1972.

Figura 1.13 - Crescimento da ARPANet. Fonte: TANEMBAUM, 2003.

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Em 1981, ocorreu o lanamento do IBM PC, o qual propiciou acesso a recursos computacionais locais e manteve o acesso remoto ao mainframe usando software emulador e interfaces de comunicao atravs de cabos. Com o advento do PC e, principalmente, aps a criao da dupla HTTP/HTML, em 1991, o crescimento da rede foi exponencial. O site do Internet Software Consortium mantm um levantamento anual do nmero de hosts na Internet (ver figura 1.14).

Para melhor compreenso, veja a traduo dos termos em ingls no glossrio

Figura 1.14 - Crescimento do nmero de hosts. Fonte: Internet Systems Consortium, 2010.

Figura 1.15 - Diagrama de exemplo de interconexes de redes (internets). Fonte: STALLINGS, 2010.

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Muitas pessoas participaram dos projetos iniciais da Internet. Vint Cerf considerado o Pai da Internet. Bob Metcalfe inventou a tecnologia Ethernet, que domina as interfaces de rede at hoje. Outros pesquisadores foram muito importantes, principalmente no desenvolvimento do TCP/IP, que impulsionou a rede. John Postel um deles. Postel participou da criao do IP, do TCP, do SMTP (servio de e-mail), entre outros protocolos, e da resoluo de nomes (DNS). Foi editor das RFCs durante 30 anos.

Saiba mais Para visualizar os pioneiros da Internet, acesse . A pgina de Postel um tributo a dedicao e criaes do pesquisador. Visite-a em . Voc pode acessar mais sobre a histria da Internet em Portugus, em: . Outro site interessante sobre a histria das comunicaes, inclusive a Internet (em Ingls). Seja liberal naquilo que voc aceita, e conservador naquilo que voc propaga. J. Postel.

PadresAtualmente, vrios organismos internacionais esto voltados para a padronizao das normas de funcionamento dos dispositivos usados na troca de informaes. Protocolos, componentes de rede, interfaces e todas as tecnologias utilizadas precisam de padres para que consigam operar entre elas. A seguir, voc conhecer os principais organismos da rea de redes e comunicao de dados.

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Organizao da InternetO conjunto de protocolos, que o motor da Internet e denominado oficialmente de TCP/IP Internet Protocol Suite, no possui proprietrios, no pertence a um fornecedor especfico. Antes do TCP/IP, somente os rgos de padronizao (ITU-T, por exemplo) e os fabricantes principais (IBM, Digital) possuam propostas para protocolos de rede.Como no existe uma empresa ou entidade privada que coordene e organize a Internet, quem o responsvel pelo funcionamento da rede?

Quando a DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) resolveu, em 1979, expandir as pesquisas em torno da comutao de pacotes, tecnologia que conectava algumas redes na metade da dcada de 1970, surgiu um grupo denominado IRG - Internet Research Group, destinado a desenvolver o embrio da pilha TCP/IP.Voc pode encontrar um volume muito grande de informaes sobre a pilha TCP/IP em:

O grupo evoluiu, em 1983, para formar o IAB - Internet Architecture Board, responsvel por conduzir o funcionamento e a evoluo da Internet. Desde ento, vrios segmentos e organismos foram sendo criados para auxiliar nas tarefas de padronizao e conduo das pesquisas em volta da pilha TCP/IP. Veja, a seguir, os principais elementos desse corpo gestor da Internet.

Internet Architecture BoardO IAB designado, tanto como um comit do Internet Engineering Task Force (IETF),quanto um corpo consultivo da Internet Society (ISOC). Suas responsabilidades incluem a superviso das atividades do IETF, superviso dos processos de padronizao da Internet (Internet Standards Process) e indicao dos editores dos documentos que padronizam a Internet (RFCs). O IAB tambm o responsvel pela gerncia dos registros de parmetros dos protocolos criados pelo IETF.

Figura 1.16 - Internet Architecture Board. Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan.2010.

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Internet Assigned Numbers Authority (IANA)O IANA o corpo responsvel pela coordenao de alguns elementos-chave que mantm a Internet rodando corretamente. Embora a Internet seja mundialmente vista como uma rede livre de coordenao centralizada, existe a necessidade de coordenao tcnica em alguns segmentos centrais da rede. Essa coordenao global exercida pelo IANA. Especificamente, o IANA aloca e mantm a integridade e unicidade de cdigos e sistemas de numerao que so utilizados nos padres tcnicos (protocolos), os quais regem o funcionamento da Internet.Figura 1.17 - Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan. 2010.

ISOC Internet SocietyMantm vrios grupos responsveis por funes centrais no funcionamento e evoluo da Internet. Entre elas, se destacam o IETF, IANA, W3C.Figura 1.18 - ISOC Internet Society. Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan.2010.

IETF The Internet Engineering Task ForceO IETF uma organizao que rene fabricantes, pesquisadores, projetistas e operadores de redes. Essa comunidade est envolvida com a operao e a evoluo da arquitetura da Internet. Sem dvida, a organizao mais destacada em termos de normas e padres para os protocolos e procedimentos relacionados com a Internet, notadamente a arquitetura TCP/IP. O IETF mantm grupos de trabalho divididos por rea, como roteamento, segurana e outros. Possui uma metodologia de padronizao baseada em RFCs (Request for Comments), documentos que normatizam o funcionamento da Internet. Os protocolos padronizados esto citados na RFC 3600, denominada Internet Official Protocol Standards, de 2003, que pode ser visualizada no link .

Figura 1.19 - IETF The Internet Engineering Task Force. Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan.2010.

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ITU - International Communications UnionEste organismo, como o nome est indicando, responsvel pela padronizao do setor de telecomunicaes. Aqui, os padres tambm so pagos. Entre outras coisas, o ITU responsvel pelo protocolo de comunicao de voz sobre IP H.323 e pelas normas de comunicao do protocolo, ATM, entre as operadoras de Telecomunicaes SIP Session initiation protocol rfc 3261 e 3262.

Figura 1.20 - ITU - International Communications Union. Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan. 2010.

ANSI American National Standards InstituteResponsvel por alguns padres importantes na rea de redes e comunicao de dados (por exemplo, as redes FDDI, que funcionam a 100 Mbps em anis de fibra ptica). O ANSI uma instituio privada norte-americana, destinada a promover os padres daquele pas em nvel internacional.

IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers, IncFigura 1.21 - IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan.2010.

A IEEE uma associao profissional que trabalha para pesquisa e padronizao nas reas de engenharia e computao, com muitas publicaes e conferncias renomadas nesta rea. Existem vrias reas de trabalho, e uma delas nos interessa particularmente - O grupo 802 - que regulamenta as redes locais e metropolitanas, entre elas, as tecnologias ethernet (IEEE 802.3) e token ring (IEEE 802.5), as duas lderes em redes locais. Os padres podem ser obtidos em: < http://standards.ieee.org/>.

TIA/EIA Telecommunications Industry Association e Electronic Industries AllianceFigura 1.22 Telecommunications Industry Association. Fonte: Disponvel em: . Acesso em: 03 jan.2010.

Normalmente associados aos cabeamentos, pinagens e conectores, os padres da Electronic Industries Alliance (EIA) participam da elaborao de tecnologias de comunicao, bem como produtos e servios. A aliana responsvel por vrios grupos de padronizao, inclusive a Telecommunications Industry Association (TIA).

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Outras Instituies (Fruns, Associaes)Algumas tecnologias possuem fruns de discusso, os quais tentam agilizar o estabelecimento dos padres, antecipando-se aos organismos oficiais. Tais fruns so compostos por fabricantes e pesquisadores interessados na tecnologia em questo. Por exemplo, um frum muito atuante o das tecnologias de banda larga, o Broadband Forum. Outra organizao de fabricantes a Aliana gigabit ethernet. Temos ainda uma associao para discutir os avanos e diretrizes das redes metroethernet e para questes que envolvem fibre channel.Para ampliar os seus conhecimentos sobre: Broadband Forum acesse: . Aliana gigabit ethernet visite o site: . Metro-etherne acesse: . Fibre channel veja o site: . Infiniband acesse: . Padro IEEE 802.16 (wimax) entre no forum disponvel em: .

Seo 4 - Os componentes de uma redeUma rede de comunicao de dados possui vrios componentes, o que pode fazer dela um sistema computacional bastante complexo. Os componentes podem ser divididos em dois grupos bsicos: Hardware e Software.

Componentes de hardware:Incluem todos os dispositivos fsicos que fazem parte da comunicao. Voc ver mais sobre os componentes na unidade 5.

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Componente Enlaces

Camada de atuao Abaixo da fsica (lembre-se de que as camadas constituem-se de softwares).

Foto

Hub

Atua na camada 1, propagando o sinal eltrico/ptico em todas as portas.

Repeater

Faz o mesmo papel do hub, regenerando o sinal e propagando para outra porta. Pode ser considerado um hub de uma porta.

Placa de rede / interface

Faz a ligao do host com o enlace. Converte as informaes em bits, e os bits em informaes.

Bridge

Faz a conexo entre duas redes atravs da camada de enlace. Pode conectar redes de tecnologias diferentes, como Ethernet e Token Ring. A bridge deu origem aos switches.

Switch

Um switch rene um grande nmero de funes. Em conjunto, podem ser considerados Bridges com vrias portas. Armazenam os pacotes, repassam para os destinatrios na porta de destino. Evitam colises.

Router

Comutador de pacotes de camada 3 (datagramas). Possui outras denominaes: Sistemas intermedirios, Intermediate system ou IS (usado pela ISO). Gateway (Muito usado pela comunidade IP/Internet). Switch de camada 3.

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Modem

Modulador/Demodulador. Equipamento de codificao. Converte sinais analgicos e digitais.

Host

Mquina do usurio. Possui outras denominaes: Host (Comunidade IP/Internet). Data terminal equipment, ou DTE (usado pelo padro X.25). End system, ou ES (usado pela ISO). Estao. Mquina que comuta datagramas (camada 3). Nome dado aos roteadores pela comunidade IP/Internet.Servidor proxy & rewall

Gateway

LAN

Cliente

Cliente

WLAN Controller

Controlador de pontos de acesso (Access Points). Possui a inteligncia de uma rede WLAN Wireless LAN. Conecta todos os APs de uma rede sem fio aos switches de acesso. Pontos de acesso rede sem fio (wireless). Podem ser autnomos (possuem inteligncia para autenticar e dar privilgios) ou slaves, os quais precisam de um controlador (WLAN controller).

Access Points

Transceivers

So dispositivos que transformam os sinais do mundo ptico para o eltrico e vice-versa. Os transceivers mais comuns hoje em dia so os SFPs (Small form-factor pluggable). Veja mais sobre os SFPs em .

Firewall, filtros de contedo

Dispositivos que tm a funo de bloquear o acesso indevido aos recursos em uma rede de computadores.

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Componentes de Softwarea) Os sistemas operacionais: Responsveis pelo controle do uso da CPU, memrias, discos e perifricos, como a interface de rede. Alguns controlam ainda as tabelas de endereos e de caminhos. Tais sistemas residem nos switches e routers.

Unix (HP-UX, Solaris, AIX) Linux (Red-Hat, Debian, Suse) -> Obs.: So muitas as distribuies de Linux.

Veja uma lista quase completa em: . Alm disso, existem verses de Linux que se baseiam em sistemas Unix derivados do BSD (Berkeley System Distribution). Em contraste com as numerosas distribuies Linux, existem apenas trs BSDs de cdigo livre. Cada projeto BSD mantm sua prpria rvore de cdigo fonte e seu prprio kernel. Na prtica, as divergncias entre o cdigo, ao tratarmos de usurio, parece ser ainda menor entre os projetos BSD do que entre os vrios Linux. Os projetos BSD mais importantes atualmente so:

O FreeBSD tem um projeto que visa alta performance e facilidade de uso para usurios finais, e o favorito de provedores de contedo da rede mundial de computadores. Ele pode ser usado em PCs e Compaqs com processadores Alpha. O projeto FreeBSD possui significativamente mais usurios do que os outros projetos. O NetBSD tem foco na mxima portabilidade. Ele roda em arquiteturas, desde palmtops at servidores de grande porte (high end), e vem sendo usado at em misses espaciais da NASA. Uma boa escolha para rodar em equipamentos antigos que no sejam Intel.

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O OpenBSD tem um desenho voltado segurana e pureza de cdigo: utiliza uma combinao dos conceitos de cdigo livre com rigorosas revises para criar um sistema correto e auditvel, tornando-o a escolha de organizaes voltadas importncia da segurana da informao, como bancos e departamentos do governo. Roda em vrias plataformas.

Existem ainda dois sistemas operacionais BSD adicionais que no so de cdigo livre:

O BSD/OS o mais antigo dos derivados do 4.4BSD. Ele no tem cdigo livre, mas as licenas de seu cdigo fonte so disponveis a um preo relativamente baixo. OMac OS X a verso do sistema operacional da linha Macintosh daApple Computers Inc.Ao contrrio do resto do sistema operacional, o kernel cdigo livre. Como parte desse desenvolvimento, desenvolvedores chave da Apple tm acesso a modificaes na rvore do FreeBSD.

Alm desses SOs, outros sistemas importantes podem ser citados:

Novell Netware; Windows; Sistemas especializados em comutao e roteamento (ex.: IOS, Junos).

b) Os protocolos:

HTTP (pginas de hipertexto) SMTP (transporte de correio eletrnico) FTP (transferncia de arquivos)

c) as aplicaes (clientes, que solicitam o servio, browser, por exemplo, e servidores, que prestam os servios, servidor web, por exemplo).

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Seo 5 - Os protocolos de redeUm protocolo de rede uma norma de comunicao implementada atravs de software. Define a forma e a ordem das mensagens e as aes realizadas para a comunicao entre duas entidades.

Para reduzir a complexidade do projeto dos protocolos, eles so divididos em camadas ou nveis, uma camada sobre a outra, como os andares de um prdio. O nmero de camadas, o nome, o contedo de cada uma e a funo delas pode variar de modelo para modelo. Em todos os modelos, porm, as camadas inferiores prestam servios para as camadas superiores, e as superiores solicitam os servios das inferiores. Os protocolos acessam os servios da camada inferior atravs dos SAP Services Access Points ou Pontos de Acesso aos Servios.

Figura 1.23 - Os SAPs: Pontos de acesso aos servios. Fonte: HELD, 2001.

Note que cada camada possui funes especializadas e no interfere nas funes das camadas acima e abaixo.

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A especificao formal de um servio se d por um conjunto de primitivas (operaes) disponveis, para que um usurio ou outra entidade possa acess-lo. Esto divididas em quatro classes:

Request: Entidade quer que o servio faa algo; Indication: Entidade ser informada sobre um evento; Response: Entidade quer responder a um evento; Confirm: A resposta a uma solicitao anterior chegou.

Os modelos de protocolos de redes mais utilizados so 3: 1) OSI; 2) TCP/IP; 3) Modelo hbrido.

Modelo de referncia OSI (RM-OSI ou Reference Model - Open Systems Interconnections)OSI (RM-OSI ou Reference Model - Open Systems Interconnections) o modelo de referncia de protocolos de comunicaes mais utilizado, e serve de base para todos os arquitetos de solues de redes. constitudo por sete camadas, numeradas de baixo para cima. A camada 1 corresponde camada fsica e a camada 7 a camada de aplicao, onde funcionam os softwares visveis aos usurios (email, browsers, web, etc). Perceba na figura 1.24, a seguir, que o enlace fsico (cabos, ar) por onde os sinais trafegam fica abaixo da camada fsica, a qual apenas determina as caractersticas da codificao (diferenas de intensidade dos pulsos luminosos, diferenas de potencial eltrico) e outras especificaes de conectividade.

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Figura 1.24 - As 7 camadas do modelo OSI. Fonte: ALEGSA, 2010.

Tabela 1.1 - As funes das 7 camadas do modelo OSI. CAMADA APLICAO APRESENTAO SESSO TRANSPORTE REDE ENLACE FSICA Fonte: PINHEIRO, 2010. FUNO Funes especializadas (transferncia de arquivos, terminal virtual, e-mail) Formatao de dados e converso de caracteres e cdigos Negociao e estabelecimento de conexo com outro n Meios e mtodos para a entrega de dados ponta-a-ponta Roteamento de pacotes atravs de uma ou vrias redes Deteco e correo de erros introduzidos pelo meio de transmisso Transmisso dos bits atravs do meio de transmisso

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TCP/IPA arquitetura TCP/IP foi aquela que impulsionou a Internet, numa evoluo da ARPA-Net. O TCP/IP foi escrito de forma a simplificar a comunicao e possibilitar a interoperao de dispositivos e tecnologias totalmente diferentes. - A arquitetura do conjunto TCP/IP foi projetda com base no modelo das camadas do OSI, porm com vrias simplificaes.

Figura 1.25 - Comparao entre as camadas OSI/TCP-IP. Fonte: COMER, 2006.

Modelo hbridoO modelo hbrido surgiu da necessidade didtica de comunicao entre os instrutores e os alunos. Analisando a figura 1.27, voc pode perceber como ficaria confuso referenciar um protocolo como sendo de camada 4 quando tnhamos o OSI (7 camadas) e o TCP/IP (4 camadas). A camada 4 para o OSI a de transporte, e, para o TCP/IP, a de aplicao.

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O modelo hbrido passou a ser usado pelos principais autores da rea de redes (Comer, Kurose, Tanembaum, Peterson). No nosso estudo, adotaremos o modelo hbrido como referncia para as camadas, exceto quando for explicitamente indicada outra pilha de protocolos. Consideraes sobre os protocolos:

Podem ser implementados em software ou em hardware. Geralmente, as camadas mais inferiores so implementadas no prprio chip da placa de comunicao. Na implementao, definem-se pontos deixados em aberto durante a especificao do protocolo:

Valores dos tempos de retransmisso; Estratgias especficas de manipulao de buffers, controle de fluxo.

Questes genricas que devem ser tratadas nos projetos de protocolos:

Mecanismo para identificar emissores e receptores (e os processos em cada extremidade).

Endereamento.

Forma como os dados devem ser transportados:

Simplex: Dados trafegam em apenas uma direo; Half-duplex: Trafegam em ambas as direes, mas no simultaneamente; Full-duplex: Trafegam em ambas as direes, simultaneamente.

Circuitos fsicos no perfeitos

Controle de erro (deteco e/ou correo).

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Pilha de ProtocolosModelo de Referncia OSI Camadas 7 6 5 4 3 2 1 OSIAplicao (Browser) Apresentao Sesso Transporte Rede Enlace Fsica (Voltagem)

Modelo Original, 4 camadas

Modelo HbridoAplicao Transporte Rede Enlace Fsica

DispositivosHost (servidor/Cliente) Firewall Router Switch, placa de rede (NC), Bridge... Hub

PDU - Protocolo Data Unit 5 4 3 2 1Dados ou Segmentos Segmento Datagrama (Pacote) Frame (Quadro) Bit (1 PDU)

ProtocolosHttp, Pop3, Smtp, Ftp, Imap, Ssh, Telnet... Tcp/ Uclp Ip, Egp, Icmp, Pim, Ospf, Bgp... Arp, Mac... No possui

TCP/IP 4 3 2 1Aplicao Transporte Rede Acesso 1 Rede

5 4 3 2 1

Cabeamento

Figura 1.26 - Modelos de camadas. Fonte: CERRUTTI, 2010.

Um conjunto de protocolos e camadas denominado de Arquitetura de Rede. A especificao de uma arquitetura deve ter todas as informaes para algum implementar um programa ou construir um dispositivo de hardware para uma ou mais camadas, obedecendo s normas do protocolo.

Figura 1.27 - Modelo genrico para 5 camadas. Fonte: TANEMBAUM, 2003.

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Comunicaes horizontais e verticais Acontecem dentro de uma mesma camada para hosts diferentes (comunicao horizontal), e camadas diferentes no mesmo host (comunicao vertical). Encapsulao Ao adicionar informaes de controle da rede, o processo de encapsulamento aumenta a quantidade de informao a ser transmitida, e exige mais recursos computacionais para a verificao destes cabealhos. Esse fato conhecido como Overhead ou sobrecarga. Quanto mais alta a camada a ser analisada, mais cabealhos devem ser verificados. Ao se analisarem as camadas superiores (aplicao, transporte), necessariamente haver reduo de desempenho. Anlises dos cabealhos das camadas inferiores (enlace, rede) degradam menos. Podemos imaginar o processo como a abertura de um envelope contido dentro de outros envelopes. Os mais internos corresponderiam s camadas superiores, e os externos s primeiras camadas. Fica mais fcil verificar as informaes de controle dos envelopes externos.

Veja mais sobre encapsulamento em uma animao shockwave no endereo: .

Figura 1.28 - Os fluxos horizontais e verticais e o processo de encapsulao nas camadas de uma arquitetura genrica. M= mensagem; H=cabealho; e T= Trailer. Fonte: TANEMBAUM, 2003.

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SnteseNesta unidade, estudamos um pouco da histria da internet e os principais conceitos de transmisso de dados. Analisamos os principais organismos de padronizao e os modelos de camadas dos protocolos. Na prxima unidade, estudaremos os meios fsicos e as tcnicas utilizadas para sinalizao desses meios. Estudaremos tambm os mtodos usados para multiplexar os canais, ou seja, criar mais de um canal lgico para transmisses simultneas, o que permite economizar cabeamento e aumenta a capacidade de transmisso.

Atividades de autoavaliaoMarque V para as afirmaes verdadeiras e F para as falsas. 1) As afirmaes abaixo dizem respeito a alguns conceitos na comunicao de dados. a) ( ) A transmisso de sinais envolve o meio fsico, mas no se relaciona com confiabilidade, embora esteja presente o conceito de eficincia. Os motivos de se transmitirem sinais de dados so basicamente aumentar o poder computacional e compartilhar recursos. Podemos considerar remotos dois sistemas que no compartilhem a impressora. Dentre os componentes de um sistema de comunicao esto o transmissor e o armazenador. O receptor o responsvel por converter os dados em sinais. Sinais, meios fsicos, protocolos e dispositivos de redes podem ser considerados componentes de um sistema de comunicao de dados.

b)

( )

c) d) e) f)

( ) ( ) ( ) ( )

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2) Quanto aos conceitos envolvidos nas redes, podemos afirmar que: a) b) c) d) e) f) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) As redes de dados so as maiores do mundo. Basicamente, uma rede existe para conectar e compartilhar. entre os dispositivos conectados esto impressoras, roteadores e estaes de trabalho. Um protocolo de rede no faz parte da estrutura de comunicao, pois constitudo por software. A Internet pode ser considerada uma ligao entre vrias redes. O modelo cliente/servidor envolve requisies e respostas.

3) Quanto aos rgos de padronizao envolvidos com a comunicao de dados, podemos afirmar que: a) b) c) d) e) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) O OSI uma diviso do IeTF. O IeTF o responsvel pelas RFCs. O Ieee regulamenta, entre outras, as redes locais e metropolitanas. O ITU trata dos padres eltricos nas redes. O TIA/eIA especifica as normas de cabeamento.

4) Quanto aos componentes de uma rede, podemos afirmar que: a) b) c) d) e) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) As redes tm componentes de Hardware e Software. Os protocolos fazem parte do Hardware. Os hubs corrigem erros. Os switches so tipicamente de camada 2. FTP um exemplo de hardware de rede.

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5) Quanto aos protocolos de redes e modelos de arquitetura, podemos afirmar que: a) b) c) d) e) f) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Os protocolos so projetados em camadas, sendo a ltima a de aplicao. Os modelos TCP/IP e OSI possuem 5 camadas. O UDP faz parte do modelo OSI. O modelo hbrido no existe na prtica. A camada de enlace no existe no modelo TCP/IP. As camadas inferiores prestam servio para as superiores.

Saiba mais

Na obra Stallings 2010 Data and Computer Communications, Ninth Edition Prentice Hall, voc acompanha uma excelente discusso sobre os modelos de camadas de protocolos. No livro Data Communications Networking Devices (Fourth Edition) 2001 de Gilbert Held , apresentam-se os fundamentos dos funcionamentos dos dispositivos de redes. Apesar de a obra ter sido editada em 2001, os fundamentos permanecem atuais. Sobre mtodos de multiplexao, voc encontra uma boa discusso na obra Computer Networks: A Systems Approach, Fourth Edition (The Morgan Kaufmann Series in Networking) de Larry L. Petersone Bruce S. Davie, 2007.

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