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 Redes de Computadores e T eleco munica ção

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Redes de Computadorese Telecomunicação

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Professora conteudista: Christiane Meiler Baptista

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Sumário

Redes de Computadores e TelecomunicaçãoUnidade I

1 O QUE É INTERNET? ...........................................................................................................................................1

2 COMPONENTES DE REDE ................................................................................................................................2

3 SERVIÇOS ...............................................................................................................................................................3

4 PROTOCOLOS ........................................................................................................................................................4

5 REDES DE ACESSO .............................................................................................................................................55.1 Dial-up (conexão discada) ...................................................................................................................65.2 DSL ................................................................................................................................................................75.3 Cabo ..............................................................................................................................................................85.4 FTTH (Fiber to the Home ) ......................................................................................................................95.5 Ethernet .................................................................................................................................................... 105.6 WiFi .............................................................................................................................................................11

6 TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO .............................................................................................................126.1 Modulação ..............................................................................................................................................12

7 O NÚCLEO DA REDE ....................................................................................................................................... 15

8 TOPOLOGIAS DE REDES ................................................................................................................................ 158.1 Barramento .............................................................................................................................................168.2 Anel ............................................................................................................................................................168.3 Estrela ........................................................................................................................................................ 178.4 Árvore ........................................................................................................................................................ 178.5 Malha ........................................................................................................................................................ 188.6 Híbrida ...................................................................................................................................................... 18

9 ARQUITETURA DE CAMADAS ..................................................................................................................... 189.1 Modelo OSI.............................................................................................................................................. 219.2 Arquitetura TCP/IP................................................................................................................................ 22

9.2.1 Encapsulamento e desencapsulamento ........................................................................................249.2.2 Operação entre as camadas ................................................................................................................25

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Unidade II

10 CAMADA DE APLICAÇÃO ...........................................................................................................................2610.1 Princípios de aplicações .................................................................................................................. 2710.2 Funções específicas da camada de aplicação ......................................................................... 2710.3 Comunicação entre processos e processos cliente-servidor ............................................ 2810.4 WWW: a World Wide Web e o protocolo HTTP .....................................................................3310.5 Transferência de arquivos e o FTP ............................................................................................... 3710.6 Correio eletrônico e seus protocolos ........................................................................................3910.7 Serviços de diretório de nomes – DNS (Domain Name System) .................................... 41

11 CAMADA DE APRESENTAÇÃO .................................................................................................................. 4511.1 Principais funções .............................................................................................................................. 45

12 CAMADA DE SESSÃO ..................................................................................................................................4612.1 Visão geral ............................................................................................................................................47

12.2 Principais serviços ............................................................................................................................. 4712.2.1 Intercâmbio de dados .........................................................................................................................4812.2.2 Gerenciamento de diálogos .............................................................................................................4912.2.3 Sincronização .........................................................................................................................................4912.2.4 Gerenciamento de atividades .........................................................................................................5012.2.5 Relatório de exceções ......................... .......................... .......................... ........................... ................. 51

Unidade III

13 CAMADA DE TRANSPORTE ........................................................................................................................52

13.1 Serviços e protocolos de transporte .......................................................................................... 5313.1.1 A origem e o destino das mensagens ..........................................................................................54

13.2 Serviços e protocolos de transporte .......................................................................................... 5613.2.1 Protocolo UDP .......................................................................................................................................5613.2.2 Protocolo TCP .........................................................................................................................................57

14 CAMADA DE REDE ........................................................................................................................................5814.1 O protocolo IP ..................................................................................................................................... 61

14.1.1 Fragmentação ........................................................................................................................................6214.2 Endereçamento IPv4 ........................................................................................................................63

14.2.1 Classes e formatos de endereço IP ................................................................................................6414.2.2 Máscaras de sub-rede.........................................................................................................................6614.2.3 Endereços IP reservados ....................................................................................................................6914.2.4 NAT e DHCP ...................... .......................... ........................... .......................... .......................... ............. 70

14.3 Roteamento ..........................................................................................................................................7114.3.1 Algoritmos e protocolos de roteamento ....................................................................................72

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Unidade IV

15 CAMADA DE ENLACE ..................................................................................................................................7615.1 Enquadramento .................................................................................................................................. 7715.2 Controle de erros ............................................................................................................................... 7715.3 Controle de fluxo ............................................................................................................................... 7815.4 Problemas na transmissão ............................................................................................................. 7915.5 Detecção e correção de erros ....................................................................................................... 8015.6 Protocolos elementares ................................................................................................................... 80

15.6.1 Simplex ....................... .......................... .......................... .......................... .......................... ...................... 8115.6.2 Duplex ......................... .......................... .......................... .......................... .......................... ...................... 81

16 CAMADA FÍSICA ............................................................................................................................................ 8116.1 Par de fios de cobre .......................................................................................................................... 8316.2 Cabo coaxial .........................................................................................................................................8416.3 Fibra ótica .............................................................................................................................................8416.4 Transmissão via rádio terrestre ....................................................................................................8516.5 Transmissão via rádio satélite .......................................................................................................85

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

Unidade I

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REDES DE COMPUTADORES E A INTERNET

Esta é a unidade inicial, em que iremos nos familiarizarcom alguns conceitos interessantes que envolvem astelecomunicações e as redes de computadores. Este livro-textofoi elaborado pensando em trazer o que há de mais recentepara você, usando uma linguagem agradável e prazerosa. Boaleitura.

1 O QUE É INTERNET?

A Internet é sem dúvida muito importante nos dias atuais.Diariamente são mencionados seu nome, suas aplicações evantagens. Mas o que vem a ser esse tão grande sistema deengenharia?

Antes, vamos conhecer um breve resumo da sua história.

A Internet surge durante a Guerra Fria. Estados Unidos e UniãoSoviética disputavam palmo a palmo a liderança tecnológicaquando os soviéticos lançam o Sputnik, que é o primeiro satéliteartificial de comunicação. Buscando se recuperar na disputa,os EUA criaram a Defense Advanced Research Projects Agency  (Agência de Projetos de Pesquisa Avançada) conhecida comoARPA. Essa agência passa a desenvolver diversas tecnologiasimportantes até os dias atuais, inclusive as primeiras redes decomunicação interligando diversos radares por todo o territórionorte-americano. Porém, essas redes utilizavam o sistema decomutação de circuito, que por essência são frágeis a ataques.Alguns anos mais tarde, eles adotaram o sistema de comutação

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Unidade I

por pacotes, e esse foi o primeiro passo para o surgimento daInternet como a conhecemos. No decorrer desse livro-texto,veremos o que são e quais as principais diferenças entre acomutação por pacotes e a comutação por circuito.

 Voltando à pergunta, o que é Internet? Há várias respostasque podem ser dadas, podemos enxergá-la do ponto de vista daestrutura, da aplicação ou da topologia.

  Veremos a estrutura da Internet no próximo tópico –componentes de rede. A aplicação talvez seja a mais fácil deentender e ao mesmo tempo a mais difícil de explicar: é infinita, já que o limite é a imaginação humana, na qual tudo é de todose, ao mesmo tempo, não é de ninguém e na qual a informação é

mais veloz do que nossa capacidade de absorvê-la.A topologia da Internet é um conglomerado de redes

privativas interligando milhões de computadores através domundo utilizando-se o protocolo TCP/IP. As redes privativas sãoindependentes e se conectam por meio de redes de acesso aosbackbones de comunicação, ambos administrados por operadorasde telecomunicações. Os backbones (espinha dorsal) são redes dealta velocidade que concentram o acúmulo de dados de diversasoutras redes para conexão. Hierarquicamente falando, temos

um backbone  de ligação intercontinental recebendo tráfegode backbones internacionais, que, por sua vez, concentram osbackbones nacionais que receberam os dados gerados nas redesregionais.

2 COMPONENTES DE REDE

Na Internet, são milhares de dispositivos computacionaistrabalhando para que bilhões de pessoas possam se interconectar.

Até pouco tempo atrás, os dispositivos de acesso erambasicamente computadores. Hoje em dia, temos muitos outroselementos participando da rede: televisores, geladeiras, carros,máquinas de produção, celulares, videogames e muitos outros.

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

Por isso, é comum serem chamados de sistemas finais, tambémconhecidos como hospedeiros da rede. Eles necessitam de umsistema emissor, que normalmente é uma placa de rede, para seconectar às redes de computadores.

A Internet tem como um dos principais elementos ocomutador de pacote, também conhecido como roteador.Ele encaminha os pacotes, que são gerados por um sistemafinal, e os endereça ao seu destino. Ou seja, o roteador é oresponsável por entregar a requisição de um usuário ao servidorque a possui. Cada roteador está interligado a diversos outros econhece o caminho para as diversas redes existentes no mundo.Se comparado aos correios, cada roteador seria um carteiro, queé o responsável por distribuir as correspondências destinadas

ao seu bairro de trabalho. Ele também deve recolher as cartasque forem remetidas nesse bairro e direcioná-las à agência doscorreios mais próxima, que, por sua vez, irá encaminhá-las àoutra agência que esteja mais próxima do destino, que iráentregar ao carteiro daquele bairro.

À soma dos roteadores, chamamos de nuvem. Ela éresponsável pelo encaminhamento dos dados de um ponto aooutro e leva esse nome porque, apesar de sua importância, équase invisível para o usuário.

Para acessar a nuvem, é preciso contratar uma rede deacesso, que será o meio necessário para estabelecer conexãoentre o sistema final e o primeiro roteador disponível. Veremosmais detalhes sobre as redes de acesso em seguida.

3 SERVIÇOS

Já falamos de como é composta a Internet e seus elementos

principais. Agora, vamos abordar sua aplicação. Podemos imaginara web como uma ferramenta para prover serviços como e-mail ,navegação web , mensagens instantâneas, voz sobre IP (VoIP),streaming de vídeo, acesso remoto e muitos outros. Todas as

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Unidade I

aplicações são executadas nos sistemas finais, e não sofreminfluência dos elementos de rede por onde passam. Os sistemasfinais proveem uma Interface de Programação de Aplicação (API –Application Program Interface ), que determina como o componentedo serviço que está sendo requisitado será encaminhado à Internet.

Podemos entender então que a API da Internet é um conjunto deregras que o software emissor deve cumprir para permitir que aInternet possa encaminhar os dados ao destino.

Por exemplo, se queremos enviar uma carta não podemosescrevê-la e simplesmente entregar a qualquer pessoa. Primeiro,nós a colocamos em um envelope, preenchemos os dados dodestinatário na frente do envelope, escrevemos seu endereçocom CEP, selamos a carta e a colocamos em uma caixa oficial

dos correios. Essa carta deve chegar ao destinatário porque todasas regras foram cumpridas. Voltando à Internet, a carta são osdados que queremos transmitir, os correios, a própria Internet eas regras citadas de postagem, a API.

Então, também podemos entender a Internet como umaplataforma de serviços e aplicações baseada no conteúdo criadopor seus próprios usuários, que podem ser grandes empresascomo o Google ou podem ser usuários comuns, como eu e vocêpor meio de blogs , por exemplo.

4 PROTOCOLOS

Os protocolos são regras que definem a troca de informaçõesentre dois elementos. Podemos usar como exemplo a línguafalada por um povo. No Brasil, usamos a língua portuguesa,que é a mesma usada em Angola, Cabo Verde, Guiné-Bissau,Guiné Equatorial, Moçambique, Portugal, São Tomé e Príncipe,Timor-Leste e na região de Macau na China. Todos nós usamos

o mesmo protocolo de comunicação e, portanto, poderíamostrocar informações sem maiores dificuldades. O mesmo servepara as máquinas: é preciso que ambas as pontas estejam falandoa mesma língua, usando o mesmo protocolo de comunicação.

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Os protocolos também são regras que dizem como osdispositivos através da rede devem iniciar, manter e encerraruma comunicação. Vamos para outro exemplo humano,porque, afinal, nós usamos diversos protocolos diariamente.Duas pessoas se encontram na rua, e uma delas deseja saber

as horas. Segundo o protocolo de boas maneiras, a conversase inicia por uma saudação, em que aquele que desejaestabelecer o contato deve dizer um “olá”. Se o interlocutorresponder com um “olá” também, então temos a conversaçãoestabelecida. Em seguida, o primeiro pergunta as horas eaguarda uma resposta. Se o segundo tiver meios de informardeve responder com as horas. Caso o primeiro esteja satisfeitocom a resposta deve confirmar o recebimento dela com umagradecimento. O encerramento é iniciado por uma despedida,

e, caso o interlocutor não tenha mais nada a dizer, irá tambémse despedir.

Então, vejamos, estabelecemos a comunicação, solicitamosa informação, confirmamos o recebimento dela e depoisencerramos o contato. Mas nem todos os protocolos são assim– cada um atende a uma necessidade e, portanto, estabeleceuma regra. Veremos mais detalhes nas próximas unidades destelivro-texto.

5 REDES DE ACESSO

Rede de acesso é o enlace físico que interliga o sistema finalao roteador mais próximo, também conhecido como roteadorde borda.

Para acessar a nuvem a partir de sua casa, é necessáriocontratar um provedor de acesso à Internet, os chamados ISP(Internet Service Providers ), que normalmente são empresas de

telecomunicações com uma rede regional bastante capilarizada,que por um lado alcança os domicílios e por outro se conecta aosbackbones regionais para permitir ao usuário acesso a qualquerrede que também esteja conectada à web .

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Unidade I

Existem atualmente diversas tecnologias nas redes de acesso.A seguir, veremos as principais delas.

5.1 Dial-up (conexão discada)

Em meados da década de 1990, era bem comum o uso dessatecnologia nas residências pelo mundo. Ela utiliza a rede de partrançados das linhas telefônicas – isso mesmo, aquele par de fiosque você usa para fazer chamadas telefônicas – e um modem conectado ao computador. Aliás, modem significa modulador edemodulador. Basicamente, o que ele faz é pegar o sinal digitalbinário do computador e transformá-lo em sinal analógicoapropriado para ser enviado pela linha e vice-versa.

Nesse sistema, todo o legado das redes de telefonia pode serreaproveitado, e a expansão da Internet foi vertiginosa, já que oinvestimento, tanto do usuário como da empresas de Telecom,foi bem pequeno.

Um sistema final que utiliza acesso dial-up necessariamentedeverá se conectar antes a um provedor de acesso (ISP – Internet 

Server Provider ). Isso porque o modem deverá discar (do inglêsdial ) para o número do ISP (por exemplo, o IG) que estabeleceuma chamada telefônica, e, a partir de então, o sinal analógico

enviado pelo modem através da linha telefônica será recebidopelo modem do ISP, que fará a conversão para um sinal digitale enviará para o roteador de borda do provedor, como mostradona figura 1.

Usuário

Rede telefônica

Provedorde acesso

Internet

Figura 1: Topologia de rede dial-up. Fonte: RatesDirect.Disponível em <https://www.ratesdirect.co.za/toolfaq/question.php?ID=190>.

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O acesso discado ainda é um importante meio de conexão,utilizado principalmente em regiões rurais (do Brasil e do mundo)ou que ainda não tenham acesso à banda larga. Segundo o Ibope//NetRatings de maio de 2010, estima-se que ao menos 4,2 milhõesde usuários brasileiros ativos de Internet residencial ou quase 19%

do total sejam de acesso discado. Boa parte, por falta de opção.

5.2 DSL

Um dos mais populares acessos de banda larga existentes noBrasil, o Digital Subscriber Line  (Linha Digital para Assinante) ousimplesmente DSL, vem para revolucionar a maneira como o usuárioresidencial se conecta à web . Normalmente oferecido pela mesmaempresa que presta o serviço de telefonia, o DSL tem velocidades

que podem variar de 128 Kbps até 24 Mbps, dependendo davariação utilizada. No Brasil, a mais comum é a ADSL (Asymmetric 

Digital Subscriber Line ou Linha Digital Assimétrica para Assinante),que, como o próprio nome diz, tem como principal característica aassimetria entre envio e recepção nos dados.

Para entender melhor: a linha telefônica conduz, em paralelo,dados e sinais telefônicos. O par de fios de cobre, que chega atéas residências, possui três canais. Então, tipicamente, temos:

• canal de telefone bidirecional comum: banda de 0 a 4KHz;

• canal upstream1 de média velocidade: 4 KHz a 50 KHz;

• canal downstream2 de alta velocidade: banda de 50 KHz a1 MHz.

Dessa maneira, o DSL age como se fosse três conexõesdistintas, em que cada uma pode funcionar independente

das outras. Por isso, podemos acessar à Internet enquantofalamos ao telefone. A essa técnica dá-se o nome demultiplexação (veremos um pouco mais sobre essa técnicamais à frente).

1Upstream: do cliente para o servidor (upload ).2Downstream: do servidor para o cliente (download ).

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Unidade I

Um divisor de frequências, ou Splitter , separa o sinalde dados do sinal telefônico, evitando que eles causeminterferência entre si.

Diferentemente do dial-up , no caso do DSL, tecnicamente

não é necessário um provedor, já que o usuário está diretamenteligado ao DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer  ou Multiplexador de Acesso à Linha Digital do Assinante) daempresa de telefonia. O DSLAM está conectado ao roteador deborda e permite acesso direto do usuário com a Internet.

A velocidade real do sistema DSL está inversamente ligadaà distância em que se encontra o usuário da central telefônica.Isso porque o cabo de cobre que é utilizado é bastante sensível

a interferências, e, quanto maior a distância, mais interferênciaexistirá.

Hoje, em países como Japão e Coreia, existe uma variaçãodo DSL chamada de VDSL (Very-high-bit-rate Digital Subscriber 

Line ), tecnologia que atinge incríveis 55 Mbps de download .

O DSL tem duas principais vantagens: a velocidade, queultrapassa a conexão dial-up em muitas vezes; e a possibilidadede compartilhamento no mesmo meio físico de dados e voz.

5.3 Cabo

Se a tecnologia DSL utiliza a estrutura da telefonia local, o acessovia cabo aproveita a rede de cabos da televisão por assinatura.

Da mesma maneira que no sistema DSL, o acesso via cabonecessita de um modem especial, responsável por preparar osinal vindo do computador.

Tanto o cabo coaxial (aquele branco que chega até o televisorou modem) como a fibra ótica fazem parte do sistema, por issoessa rede é denominada HFC (Hybrid Fiber Coax ou Fibra coaxial

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híbrida). Cada junção da rede pode comportar de 500 até 5.000pontos de acesso.

Nesse caso, a capacidade da fibra ótica é compartilhadaentre todos os que estão ligados à sua junção. Portanto, em

um momento em que diversos usuários estejam realizandoum download , por exemplo, a velocidade real do acesso serácomprometida.

De imediato, podemos pensar que a conexão do DSL émais estável, já que ela é considerada ponto a ponto, ou seja, ousuário está conectado por um meio exclusivo até a central, nocaso, o seu cabo de par trançado. Isso que os defensores do DSLdizem é verdade, uma vez que, sendo conhecida a sua distância

da central e, portanto, o quanto seu acesso estará sujeito ainterferências, a velocidade não sofrerá grandes variações.Contudo, os defensores das redes HFC dirão que a rede oferecea possibilidade de taxas de transferências maiores e que bastaum sistema bem-dimensionado, em que não haja gargalos noponto de acesso entre a fibra ótica e o cabo coaxial, que suacapacidade de transmissão será superior.

5.4 FTTH (Fiber to the Home )

O Fiber To The Home ou simplesmente FTTH é uma tecnologiacapaz de transmitir telefonia, TV digital e Internet com altavelocidade. Esse meio, até pouco tempo atrás, era utilizadoou como ponto de acesso aos backbones  das prestadoras detelecomunicações ou para usuários de grande porte, comoempresas e indústrias.

No FTTH, as taxas chegam à ordem do gigabits , masusualmente utiliza-se entre 10 e 20 Mbps, já que o custo acaba

se tornando muito elevado em taxas maiores.

Existem diversas maneiras de distribuição da fibra ótica. Arede mais simples é a chamada fibra direta, na qual existe uma

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fibra saindo diretamente da central telefônica para a residênciado assinante. Dessa maneira, podemos atingir altíssimasvelocidades, já que o usuário terá uma fibra dedicada para si,não havendo concorrência.

Outra maneira seria a chamada Rede Ótica Passiva (PON– Passive Optical Network ). Nela, cada fibra que sai da centraltelefônica é compartilhada entre diversas residências. É atambém chamada rede ponto-multiponto, já um emissor atendea diversos receptores. Nas PONs, o sinal ótico é transmitido poruma única fibra e depois é derivado para os usuários finaisatravés de divisores ópticos passivos (POS).

Seu custo de implementação é diversas vezes mais barato

e torna viável o uso dessa tecnologia. No Brasil, o FTTH ainda épouco difundido.

5.5 Ethernet

A rede Ethernet é sem dúvida a tecnologia de acessomais utilizada em redes locais (LAN – Local Area Network ).Nela, os usuários estão conectados via cabos de cobretrançado a um comutador. Hoje em dia é mais comum ouso de switches , já que a ethernet comutada (Switched 

Ethernet ) oferece maior largura de banda e cabeamentomais simplificado.

Outra opção era a Hubs Ethernet, em que todos os pacoteseram endereçados a todos os computadores. Isso tinha doisproblemas principais, o primeiro deles é o consumo excessivoe desnecessário de banda e o segundo, o alto risco de colisãode pacotes. Veremos mais à frente detalhes sobre colisão depacotes.

Com a Internet comutada, o switch reconhece onde cadacomputador está na rede e direciona os pacotes ao seu endereço,poupando, assim, tráfegos.

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Normalmente, a rede Ethernet trafega a 100 Mbps, enquantoos servidores possuem acesso de 1 Gbps ou, em alguns casos, 10Gbps.

5.6 WiFi

Wireless Fidelity (Fidelidade sem fio) ou simplesmente WiFié uma tecnologia que permite o acesso à Internet por meio dedispositivos em sistemas finais sem fio. Hoje um grande númerode equipamentos é capaz de utilizar o sistema WiFi, como, porexemplo, laptops , PCs, celulares, televisores, geladeiras, câmerasde segurança, video games e muitos outros equipamentos.

Há basicamente dois tipos de acesso sem fio, ambos muito

conhecidos. Um deles é a Wireless LAN, em que a conexão se dáatravés de um roteador wireless , também chamado de pontode acesso ou hotspot , e em que os pacotes são transmitidos aoroteador, que se encarrega de enviá-los à rede com fio. Muitaspessoas utilizam essa tecnologia nas suas casas, permitindo ocompartilhamento de sua Internet entre diversos computadores,sem precisar com isso distribuir cabeamento por toda aresidência. O raio de ação de um roteador wireless é limitado aalguns metros. Eventualmente, pode-se usar uma antena comganho de sinal, o que permite aumentar em algumas vezes o

campo de recepção.

O padrão utilizado é o 802.11, e sua taxa de transmissãopode chegar a até 54 Mbps.

A outra tecnologia de acesso sem fio importante é a dasredes celulares. Por meio dela, podemos acessar à Internet emvelocidades teóricas de até 8 Mbps nas redes 3,5G ou tambémconhecidas como HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access ).

Nesse caso, fatores como a distância em que o usuário está daERB (Estação Rádio Base) ou números de assinantes conectadosao mesmo tempo podem interferir na velocidade máximaalcançada. Tipicamente, a velocidade média é de 1 Mbps, o que

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Unidade I

é bastante considerável, já que é um acesso que nos permiteuma mobilidade nunca antes vista.

As empresas do SMP (Serviço Móvel Pessoal, o famosocelular) estão investindo amplamente nessas novas tecnologias

de acesso à Internet visando a um público que cada vez maisnecessita de conexões rápidas, estáveis e amplas.

Imagina-se que as tecnologias sem fio serão os principaismeios de acesso em um futuro não muito distante.

6 TRANSMISSÃO DE INFORMAÇÃO

6.1 Modulação

Modulação é o processo sistemático de alteração de umaonda portadora por meio de uma onda modulante para conteruma informação. Parece confuso, mas não é.

  Veja, quando falamos, também ocorre um processo demodulação; no caso, modulação de uma onda acústica. O somque é gerado pelas cordas vocais é alterado pelos movimentosda boca e do maxilar para conter informações. Basta tentarfalar uma palavra sem mover a boca, que será possível notar

a presença da onda portadora, mas sem o sinal modulante,que nesse nosso exemplo seriam as consoantes e vogais quepretendemos emitir.

Podemos resumir, então: modulação é a soma da informaçãocom uma onda adequada para transmissão. Simples assim.

A maioria dos sinais de informação gerados não pode serdiretamente enviada, então eles são modulados com uma onda

elétrica portadora ou simplesmente “portadora”, como é conhecida.

No processo de modulação, podemos alterar a amplitude,a fase ou a frequência, deformando o sinal da portadora.

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

Sabemos como o sinal da portadora deveria chegar, e temos osinal irradiado. A diferença entre eles, ou seja, entre a portadoraoriginal e a recebida, é o nosso sinal modulante ou a informação.Basta demodular, no caso, extrair a portadora, e restam osdados.

Existem diversas técnicas de modulação de um sinal, cadaqual indicada para uma situação.

• Modulação em amplitude (Amplitude Modulation – AM):o sinal senoidal da portadora é modificado em suaamplitude pelo sinal modulante.

Portadoramodulante

Saída

Figura 2: Modulação AM. Fonte: Fonte: Wikipedia. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação>.

• Modulação em fase (Phase Modulation – PM): o sinal daportadora é alterado na  sua fase pelo sinal modulante.Mais comumente usado para transmissões digitais.

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Unidade I

Portadoramodulante

Saída

Figura 3: Modulação PM. Fonte: Wikipedia. Disponível em <http://pt.wikipedia.

org/wiki/Modulação>.

• Modulação em frequência (Frequency Modulation – FM):o sinal da portadora agora é alterado em sua frequênciapelo sinal modulante.

Portadoramodulante

Saída

Figura 4: Modulação FM. Fonte: Wikipedia. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Modulação>.

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

7 O NÚCLEO DA REDE

Existem duas abordagens fundamentais para tráfego dedados em redes de enlaces e roteadores: as redes de comutaçãoem circuito e as redes de comutação em pacote.

Em redes de comutação de circuito, um caminho é estabelecidoe reservado enquanto a sessão estiver em andamento, mesmoque não haja troca de informações. Nas redes de comutação depacotes, todos os recursos são compartilhados, de maneira quecada pacote de dados quando chega a um nó da rede aguardaem uma fila para ser enviado ao próximo nó.

As redes telefônicas são exemplos de comutação de circuito.

A partir do momento em que se estabelece uma ligação, todosos recursos daquele par de cobre que sai da sua casa até a centraltelefônica mais próxima, a comunicação entre aquela central e aoutra que esteja próxima da casa do número discado e o par decobre que sai dela em direção ao destinatário estarão bloqueadospara uso exclusivo seu e de mais ninguém. Isso garantirá todosos recursos desse meio.

Na comutação de pacotes, a transmissão também ocorre emenlaces, contudo não há reserva de recursos. Quando mandamos

um pacote para a Internet, por exemplo, em cada roteador quechegue, terá de concorrer com outros pacotes e aguardar sua vezna transmissão. Caso haja um tráfego maior do que o suportadopelo nó da rede, deverá aguardar em um buffer até que possa serenviado. Na Internet, não temos garantia de entrega imediata.Contudo, dessa maneira também não há desperdício, porquetodos os recursos são sempre compartilhados e otimizados paraatender o maior número de pessoas com o menor custo.

8 TOPOLOGIAS DE REDESComo topologia de rede, podemos entender o desenho dos

enlaces e a distribuição dos elementos nos enlaces.

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Unidade I

Há duas maneiras de descrever a topologia de uma rede:podendo ser a topologia física, em que consideramos a aparênciae as distribuições dos enlaces; e a topologia lógica, em que o quevale é o fluxo de dados na rede.

 Vejamos a seguir as topologias mais comuns.

8.1 Barramento

Nessa topologia, todos os computadores estão conectados emum mesmo barramento físico de dados, como mostra a figura 5.Apesar de apenas uma máquina poder transmitir por vez, todosos outros elementos recebem ao mesmo tempo. A placa de rede éresponsável por gerenciar os pacotes que devem ser descartados.

São usados cabos coaxiais que se subdividem para cada elemento.É pouco utilizada atualmente, por sua disposição física doselementos, mas a sua lógica ainda acompanha as redes Ethernet.

Figura 5: Topologia de barramento. Fonte: Wikipedia. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede>.

8.2 Anel

Nessa topologia, os dispositivos estão ligados em série,formando um grande círculo, como mostra a figura 6. Osdados são enviados em uma única direção, de nó em nó, atéo seu destino. O sinal é mais imune a ruídos e distorções, jáque as distâncias são menores e cada nó também age como um

repetidor. Contudo, isso gera atraso na transmissão.

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

8.3 Estrela

Essa é a topologia mais utilizada na comutação de pacotes.  Várias máquinas se conectam a um concentrador da rede –como mostrado na figura 7 –, que, por sua vez, é responsável

em repetir para todas as máquinas o sinal transmitido. Éutilizada em redes de pequeno porte, já que os concentradores,normalmente, disponibilizam oito ou dezesseis portas. Podemosconfigurar redes estrela de maneira roteada, ou seja, os pacotessomente serão enviados à porta de destino desconsiderando asoutras máquinas.

Figura 7: Topologia em estrela. Fonte: Wikipedia. Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede>.

8.4 Árvore

A topologia em árvore é composta por barramentos

conectados em alguns pontos, como mostra a figura 8.Geralmente, temos barramento principal, barramentossecundários e terciários. A velocidade dessa rede tipicamente émenor, porque haverá derivações em que o sinal deverá propagarpor dois caminhos distintos.

Figura 8: Topologia em árvore. Fonte: Wikipedia Disponível em <http://pt.wikipedia.org/wiki/Topologia_de_rede>.

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Unidade I

8.5 Malha

Nessa topologia, cada elemento está conectado a diversosoutros, como mostra a figura 9, permitindo que cada um possuacomunicação direta e privilegiada com os outros.

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

Podemos definir algumas das ações que você realiza quandoviaja por uma empresa aérea:

• compra a passagem;

• despacha as malas;• dirige-se ao portão de embarque;

• entra no avião;

• decola até o destino.

Após a aterrissagem, você:

• desembarca no portão;

• recupera as malas;• se a viagem for ruim, você reclama na agência de viagens

que lhe vendeu a passagem.

As ações descritas podem ser agrupadas em níveis ou camadas,como mostra a figura 10, para melhor organizar a estrutura dediscussão de uma viagem por uma empresa aérea. A passagem podeser comprada antes da viagem e, se tiver algum problema, podemosreclamar com a empresa aérea que a vendeu, na volta da viagem.

A bagagem poderá ser despachada antes do embarque e deveráser recuperada após o desembarque. O embarque de passageirosé feito através dos portões que, após a aterrissagem, permite odesembarque dos passageiros. Com os passageiros a bordo, o aviãodecola na origem e aterrissa no destino. Após a decolagem, é seguidaa rota da aeronave até a aterrissagem no seu destino.

Por meio das camadas, é possível perceber que cada uma,combinada com as camadas abaixo dela, implementa alguma

funcionalidade, algum serviço. Cada camada provê seu serviço:• realizando certas ações dentro da camada;

• utilizando os serviços imediatamente da camada inferior.

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Unidade I

Passagem Comprar Passagem Reclamar

Bagagem Despachar Bagagem Recuperar

Portões Embarcar Portões Desembacar

Decolagem Aterrisagem

Roteamento de aeronave Roteamento de aeronave

Roteamento de aeronave

Figura 10: Analogia de arquitetura em camadas. Fonte: Kurose, 2010.

Repare que o embarque e desembarque de passageirospode ser feito de diversas formas, variadas as circunstâncias: oresponsável da empresa aérea pelo embarque pode avisar que,devido ao tamanho da aeronave, o embarque será realizado emetapas e que primeiro deverá embarcar apenas passageiros das

poltronas do final da aeronave para depois embarcar passageirosque viajarão nas poltronas frontais da aeronave. O mesmo podeacontecer no momento do desembarque.

Nesse caso, a funcionalidade principal da camada “portões”,de embarcar e desembarcar passageiros, mantém-se, emboraexistam novas regras para o embarque ou desembarqueacontecerem.

Com uma arquitetura em camadas, repare que fica mais

fácil discutir uma “parte” da viagem, ou seja, discutir umaparcela específica e bem-definida de um sistema complexo(simplificação). Torna-se mais fácil também modificar, quandonecessário, a implementação do serviço oferecido pela camada,contanto que utilize os mesmos serviços da camada inferior eforneça os mesmos serviços para a camada superior. É importantenotar que modificar a implementação de um serviço é muitodiferente de mudar o próprio serviço.

 Voltando às redes de computadores, para reduzir a dificuldadede projeto, os projetistas de rede organizam os protocolos – e ohardware e o software de rede, que implementam os protocolos– em camadas. Com uma arquitetura de protocolo em camadas,

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

cada protocolo pertence a uma das camadas. Quando tomadosem conjuntos, os protocolos das várias camadas são denominadospilha de protocolos (Kurose, 2010).

9.1 Modelo OSI

Para facilitar a interconexão de sistemas de computadores,a ISO (International Standards Organizations ) desenvolveuum modelo de referência chamado OSI (Open Systems 

Interconnections ), para que os fabricantes pudessem criarprotocolos a partir desse modelo, fazendo com que passassem aexistir padrões de protocolos.

É um modelo didático que nos faz entender como seria um

protocolo ideal nas redes de computadores. Para se chegar àssete camadas, existiram alguns princípios que foram seguidos:

• uma camada deve ser criada onde houver necessidade deoutro grau de abstração;

• a camada deve executar uma função bem-definida;

• a função de cada camada deve ser escolhida tendoem vista a definição de protocolos padronizadosinternacionalmente;

• os limites da camada devem ser escolhidos para reduzir ofluxo de informações transportadas entre as interfaces;

• o número de camadas deve ser suficientemente grande paraque funções distintas não precisem ser necessariamentecolocadas na mesma camada e suficientemente pequenopara que a arquitetura não se torne difícil de controlar.

As camadas consideradas pelo modelo OSI estão apresentadas

na figura 11 e serão detalhadas ao longo deste livro-texto, naspróximas unidades.

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Unidade I

7 Aplicação

6 Apresentação

5 Sessão

4 Transporte

3 Rede2 Enlace

1 Física

Figura 11: Arquitetura de camadas do Modelo OSI.

Algumas arquiteturas não seguem esse modelo, como é ocaso da arquitetura TCP/IP, que implementa apenas 4 níveis dos7 considerados pelo modelo OSI.

9.2 Arquitetura TCP/IP

A arquitetura TCP/IP é o modelo de camadas utilizado emtodas as redes de computadores, a ARPANET e a Internet. Em1974, um estudo propôs um grupo de protocolos centrais parasatisfazer as seguintes necessidades:

• permitir o roteamento entre redes e sub-redes diferentes;

• independência da tecnologia de redes utilizada para poder

conectar as sub-redes;• independência do hardware ;

• possibilidade de recobrar-se de falhas.

Originalmente, esses protocolos foram chamados de NCP(Network Control Program), mas, em 1978, passaram a serchamados de TCP/IP. Em 1983, foi exigida a implementação doTCP/IP em todos os computadores que quisessem conectar a

ARPANET. Surgiu assim, a criação de uma arquitetura flexível,capaz de se adaptar a aplicações com necessidades divergentes,como, por exemplo, a transferência de arquivos e a transmissãode dados e voz, em tempo real (Kovach, 2009).

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

A arquitetura TCP/IP é um modelo de 4 camadas, e pode sercomparado com o modelo OSI, como mostra a figura 12:

TCP/IP OSI

4 Aplicação

7 Aplicação

6 Apresentação

5 Sessão

3 Transporte 4 Transporte

2 Internet 3 Rede

1Interface

com a rede2 Enlace

1 Física

Figura 12: Modelo de camadas da arquitetura TCP/IP. Fonte: Tanembaum, 2003.

Comparando com o modelo OSI, a camada de Aplicaçãoda arquitetura TCP/IP implementa as camadas de Aplicação,Apresentação e Sessão correspondente ao modelo OSI. Emboratenham as mesmas funcionalidades, a camada de Rede domodelo OSI é aqui chamada de Internet, por ser a arquiteturaTCP/IP a padrão utilizada pela rede Internet. A camada maisinferior desse modelo está internamente dividida em Enlace eFísica, como o modelo OSI, mas é considerada aqui encapsuladaem uma única camada denominada Interface com a Rede.

A figura 13 mostra a pilha de protocolos da arquitetura TCP/IP, considerando os principais protocolos em cada camada e arelação entre eles nos diversos níveis.

Aplicação do usuário (Internet Explorer, Outlook Express etc.)

Aplicação

Transporte

Internet

Enlace

Física

Telnet FTP HTTP SMTP DNS

TCP UDP

ICMP IP ARP

Interfacecom a rede

Meio físico

Figura 13: Pilha de principais protocolos da arquitetura TCP/IP.Fonte: Kovach, 2009.

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Unidade I

9.2.1 Encapsulamento e desencapsulamento

Na comunicação entre dois nós de uma rede, quando umamensagem precisa ser enviada a um nó cujo destino estádistribuído em outro ponto da rede, à mensagem da camada de

aplicação é adicionado um cabeçalho, que contém informaçõesque serão utilizadas por esta camada, no destino. A camada deAplicação encaminha esse conjunto de dados mais cabeçalho àcamada logo abaixo dela, que adicionará o cabeçalho referente àsua camada, que será interpretado pela camada de mesmo nível,no destino. Ao processo de agrupar cada cabeçalho, camada acamada, na origem, damos o nome de encapsulamento.

No destino, ao contrário do encapsulamento, cada camada lê

as informações presentes no cabeçalho referente à sua camada,utiliza essas informações para executar suas tarefas e serviçosna camada, retira o cabeçalho e encaminha o que restou (dadose os cabeçalhos das camadas superiores) às próximas camadas.A esse processo denominamos desencapsulamento.

Assim, todo pacote que viaja através da rede é encapsulado naorigem e desencapsulado no destino, como mostra a figura 14.

FTP FTPF F

AA

AA

U

U

U

U

TCP TCPTT

TT

AA TT

IP IPII

IIEth EthEEEE

Estaçãoorigem

Estaçãodestino

Figura 14: Encapsulamento e desencapsulamento de pacotes.

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REDES DE COMPUTADORES E TELECOMUNICAÇÃO

9.2.2 Operação entre as camadas

Na operação entre as camadas, dizemos que existe umacomunicação virtual entre os níveis de camadas correspondentesna origem e no destino, pois, quando analisamos a comunicação

de uma camada do transmissor com a mesma camada do receptor,normalmente não nos preocupamos com a comunicação nascamadas inferiores ou não precisamos saber como ela estáocorrendo. A figura 15 exemplifica essa comunicação.

Origem Destino

7 Aplicação 7 Aplicação

6 Apresentação 6 Apresentação

5 Sessão 5 Sessão

4 Transporte 4 Transporte3 Rede 3 Rede

2 Enlace 2 Enlace

1 Física 1 Física

Figura 15: Comunicação virtual entre camadas. Fonte: Kovach, 2009.

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