Teleprocessamento e Redes de Com Put Adores Ate Cap7

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Teleprocessamento e Redes de Computadores

Prof. Carlos E. Weber


1. Introdução1.1.Visão geral do mercado de trabalho

O mercado de trabalho para o profissional da área de redes tem crescido muito nos últimos anos.

As principais empresas que buscam esses profissionais no mercado são:• Operadoras de Telecomunicações;• Fabricantes de equipamentos de rede;• Provedores de Serviço;• Consultorias;• Empresas de Treinamento.

O perfil exigido para o profissional de rede é cada vez mais complexo. As empresas procuram profissionais com boa formação acadêmica, fluência em idiomas (principalmente inglês e espanhol), certificações profissionais, com facilidade e interesse em aprender novas tecnologias e preparados para enfrentar desafios.

As principais atividades dos administradores e técnicos de rede são:• desenvolvimento de serviços• planejamento• projeto• implantação• operação• manutenção• monitoração• treinamento• consultoria• suporte técnico

1.2.Histórico e evolução do Teleprocessamento e das Redes de Computadores

Para conhecer um pouco do avanço da tecnologia da área de redes, vamos pensar na definição do termo "Teleprocessamento".

Teleprocessamento significa processamento à distância, ou seja, podemos gerar informações em um equipamento e transmiti-las para outro equipamento para serem processadas.

A necessidade da comunicação à distância levou, em 1838, a invenção do telégrafo por Samuel F. B. Morse. Esse evento deu origem a vários outros sistemas de comunicação como o telefone, o rádio e a televisão.

Na década de 1950, com a introdução de sistemas de computadores, houve um grande avanço na área de processamento e armazenamento de informações.

O maior avanço das redes de computadores aconteceu com a popularização da Internet. Essa grande rede mundial, onde hoje podemos ler nossos e-mails, acessar páginas Web, entrar em grupos de discussão, comprar os mais diversos artigos, ver vídeos, baixar músicas, etc., passou por vários processos até atingir este estágio e a sua tendência é evoluir cada vez mais.

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A arquitetura denominada TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) é uma tecnologia de conexão de redes resultante da pesquisa financiada pela Agência de Defesa dos Estados Unidos, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), por volta dos anos 60. Várias universidades e empresas privadas foram envolvidas na pesquisa. Esse investimento foi devido ao receio do governo norte-americano de um ataque soviético a suas instalações, e a necessidade de distribuir suas bases de informação.

Em 1969, iniciou-se uma conexão, com circuitos de 56 kbps, entre 4 localidades (Universidades da Califórnia, de Los Angeles e Santa Bárbara, Universidade de Utah e Instituto de Pesquisa de Stanford). Essa rede foi denominada ARPANET, sendo desativada em 1989.

A partir deste fato, várias universidades e institutos de pesquisa começaram a participar e contribuir com inúmeras pesquisas durante a década de 70, contribuições estas que deram origem ao protocolo TCP/IP.

Em 1980, a Universidade da Califórnia de Berkeley, que desenvolveu o sistema operacional UNIX, escolheu o protocolo TCP/IP como padrão.

Como o protocolo não é proprietário, o crescimento da utilização do TCP/IP foi extraordinário entre universidades e centros de pesquisa.

Em 1985, a NFS (National Science Foundation) interligou os supercomputadores de seus centros de pesquisa, a NFSNET. No ano seguinte, a NFSNET foi interligada a ARPANET, dando origem à Internet.

No Brasil, em 1988, a Internet chegou por iniciativa de institutos de pesquisa de São Paulo (FAPESP – Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e do Rio de Janeiro (UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro e LNCC – Laboratório Nacional de Computação Científica).

Várias empresas iniciaram suas pesquisas, entre elas as operadoras de telecomunicações: Embratel, Telesp, Telebahia, Telepar, etc.. Sendo que no final de 1995, a Telebrás (holding que controlava as telecomunicações no Brasil) autorizou a Embratel a lançar o serviço de acesso à Internet, dando início à Internet comercial no Brasil.

2. Conceitos Básicos de Redes de Computadores2.1.Definições2.1.1. Gerais

Uma Rede de Computadores é: um conjunto de dispositivos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação.

2.1.2. Classificação segundo a extensão geográfica2.1.2.1.Rede Local (LAN)

Rede de Área Local (LAN – Local Area Network), ou simplesmente Rede Local, é um grupo de dispositivos processadores interligados em uma rede em mesmo ambiente co-localizado.

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2.1.2.2.Rede de Longa Distância (WAN)Rede de Longa Distância (WAN – Wide Area Network) é a rede de interligação de

diversos sistemas de computadores, ou redes locais, localizados em regiões fisicamente distantes.

2.1.2.3.Rede Metropolitana (MAN)Rede Metropolitana (MAN – Metropolitan Area Network) é uma rede dentro de

uma determinada região, uma cidade, onde os dados são armazenados em uma base comum. Exemplo: Uma rede de farmácias de uma mesma cidade.

2.1.2.4.Rede de Campus (CAN)Rede de Campus (CAN – Campus Area Network) é uma rede que compreende

uma área mais ampla que uma rede local, que pode conter vários edifícios próximos. Exemplo: Um Campus Universitário.

2.1.2.5.Rede de Armazenamento (SAN)Rede de Armazenamento (SAN) é uma rede que compartilha uma base de dados

comum em um determinado ambiente.

2.1.3. Conceitos importantes

Internet

IntranetEmpresa 1

ExtranetEmpresa 1

IntranetEmpresa 2

IntranetEmpresa 3

Acesso àInternet

Acesso VPN àEmpresa 2

Acesso VPN àEmpresa 1

Casa 2

Casa 1

2.1.3.1.InternetÉ o conjunto de redes de computadores interligadas pelo mundo inteiro. Utiliza a

arquitetura TCP/IP, e disponibiliza o acesso a serviços, permite a comunicação e troca de informação aos usuários do planeta.

2.1.3.2.IntranetÉ a rede de computadores de uma determinada organização, baseada na

arquitetura TCP/IP. Fornece serviços aos empregados, e permite a comunicação

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entre os mesmos e, de forma controlada, ao ambiente externo (à Internet). Também é conhecida como Rede Corporativa.

2.1.3.3.ExtranetÉ um conceito que permite o acesso, de funcionários e fornecedores de uma

organização, aos recursos disponibilizados pela Intranet. Podemos dizer que é uma extensão da Intranet. Dessa maneira, podemos disponibilizar um padrão unificado entre as diversas empresas, filiais, do grupo.

2.1.3.4.VPN (Rede Privada Virtual)VPN é um serviço que permite o acesso remoto, de funcionários ou fornecedores a

uma determinada rede, a fim de executarem suas tarefas.Muito utilizada por funcionários, para terem acesso aos e-mails corporativos via

Intranet, ou para as equipes de suporte técnico solucionarem problemas em seus sistema de maneira remota.

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2.2.Modelos de Referência2.2.1. Modelo OSI

O modelo OSI (Open Systems Interconnection) foi desenvolvido pela ISO (International Standard Organization) com o objetivo de criar uma estrutura para definição de padrões para a conectividade e interoperabilidade de sistemas heterogêneos.

Define um conjunto de 7 camadas (layers) e os serviços atribuídos a cada uma.O modelo OSI é uma referência e não uma implementação.O objetivo de cada camada é:

• Fornecer serviços para a camada imediatamente superior.• Esconder da camada superior os detalhes de implementação dos seus

serviços.• Estabelecer a comunicação somente com as camadas adjacentes de um

sistema.

Modelo OSI

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

7

6

5

4

3

2

1

Camadas

Figura 1 – Modelo de Referência OSI

2.2.1.1.Descrição funcional da camadas2.2.1.1.1.Camada 1 – Física

Transmissão transparente de seqüências de bits pelo meio físico.Contém padrões mecânicos, funcionais, elétricos e procedimentos para acesso a

esse meio físico.Especifica os meios de transmissão (satélite, coaxial, radiotransmissão, par

metálico, fibra óptica, etc.).Tipos de conexão:

• Ponto-a-ponto ou multiponto• Full ou half duplex• Serial ou paralela

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2.2.1.1.2.Camada 2 – EnlaceEsconde características físicas do meio de transmissão.Transforma os bits em quadros (frames).Provê meio de transmissão confiável entre dois sistemas adjacentes.Funções mais comuns:

• Delimitação de quadro• Detecção de erros• Seqüêncialização dos dados• Controle de fluxo

Para redes locais é dividido em dois subníveis: LLC (Logical Link Control) e MAC (Media Access Control).

2.2.1.1.3.Camada 3 – RedeProvê canal de comunicação independente do meio.Transmite pacotes de dados através da rede.Os pacotes podem ser independentes (datagramas) ou percorrer uma conexão

pré-estabelecida (circuito virtual).Funções características:

• Tradução de endereços lógicos em endereços físicos• Roteamento• Não propaga broadcast de rede• Não possuem garantia de entrega dos pacotes

2.2.1.1.4.Camada 4 – TransporteNesta camada temos o conceito de comunicação fim-a-fim.Possui mecanismos que fornecem uma comunicação confiável e transparente

entre dois computadores, isto é, assegura que todos os pacotes cheguem corretamente ao destino e na ordem correta.

Funções:• Controle de fluxo• Multiplexação

2.2.1.1.5.Camada 5 – SessãoPossui a função de disponibilizar acessos remotos, estabelecendo serviços de

segurança, verificando a identificação do usuário, sua senha de acesso e suas características (perfis). Atua como uma interface entre os usuários e as aplicações de destino.

Pode fornecer sincronização entre as tarefas dos usuários.

2.2.1.1.6.Camada 6 – ApresentaçãoResponsável pelas transformações adequadas nos dados, antes do seu envio a

camada de sessão. Essas transformações podem ser referentes à compressão de textos, criptografia, conversão de padrões de terminais e arquivos para padrões de rede e vice-versa.

Funções:• Formatação de dados• Rotinas de compressão• Compatibilização de aplicações: sintaxe• Criptografia

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2.2.1.1.7.Camada 7 - AplicaçãoÉ responsável pela interface com as aplicações dos computadores (hosts).Entre as categorias de processos de aplicação podemos citar:

• Correio eletrônico: X400• Transferência de arquivos: FTAM• Serviço de diretório: X500• Processamento de transações: TP• Terminal virtual: VT• Acesso à banco de dados: RDA• Gerência de rede

2.2.2. Arquitetura TCP/IPA arquitetura TCP/IP é composta por 4 camadas (formando a pilha da estrutura do

protocolo) conforme mostra a figura abaixo:

Arquitetura TCP/IP

Aplicação

Transporte

Internet

Rede de Acesso

4

3

2

1

Camadas

Figura 2 – Arquitetura TCP/IP

2.2.2.1.Camada de Rede de AcessoA camada inferior da arquitetura TCP/IP tem as funcionalidades referentes às

camadas 1 e 2 do Modelo OSI.Esta camada pode ser denominada, em outras literaturas, como Física ou até

mesmo ser dividida em 2 camadas (Física e Enlace), o que leva a arquitetura a possuir 5 camadas.

2.2.2.2.Camada InternetA camada Internet, também conhecida como de Rede ou Internetwork, é

equivalente a camada 3, de Rede, do Modelo OSI. Os protocolos IP e ICMP(ping) estão presentes nesta camada.

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2.2.2.3.Camada de TransporteA camada de Transporte equivale à camada 4 do Modelo OSI. Seus dois principais

protocolos são o TCP e o UDP.

2.2.2.4.Camada de AplicaçãoA camada superior é chamada de camada de Aplicação equivalente às camadas 5,

6 e 7 do Modelo OSI. Os protocolos mais conhecidos são: HTTP, FTP, Telnet, DNS e SMTP.

2.3.Composição de uma Rede2.3.1. Computadores

Equipamentos utilizados para processamento de dados. Na visão de rede, podem ser divididos como estações de trabalho (ou clientes), e servidores. Devemos considerar que o conceito não é fixo, ou seja, em um determinado momento, para determinada aplicação, o computador é considerado como servidor e para outra aplicação ele é considerado como cliente. Veremos mais detalhes quando abordarmos o assunto sobre arquitetura cliente-servidor.

2.3.1.1.HardwareUm computador é formado por:

• Unidade de Processamento: Processador ou UCP (Unidade Central de Processamento – CPU, em inglês).

• Unidades de Armazenamento: Memórias (RAM, ROM, etc.), Unidades de Disco (Unidades de Disco Rígido ou HD – Hard Disk, também conhecido como Winchester, Unidades de Disco Flexível ou Floppy Disk, Unidades de CD – Compact Disk, Unidades de DVD, etc).

• Dispositivos de Entrada e Saída: Monitor, Teclado, Impressora, Mouse, Plotter, etc.

2.3.1.2.SoftwarePodemos considerar nesta categoria: o Sistema Operacional e os Aplicativos.

2.3.1.3.FirmwareÉ o programa instalado na memória de inicialização do computador, contendo as

instruções básicas do computador (BIOS – Basic Input/Output System).

2.3.2. Infra-estruturaÉ o recurso básico para utilização e interligação dos componentes de uma rede.

2.3.2.1.Meio FísicoO meio físico é a forma de interconexão entre os componentes da rede. Exemplos:

• Cabeamento:o Par metálicoo Fibra óptica

• Ar (sem fio – wireless)

2.3.2.2.AlimentaçãoA alimentação pode ser por:

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• Corrente Contínuao Bateriaso Pilhas

• Corrente Alternadao Rede Elétrica

2.3.3. Dispositivos de RedeOs dispositivos de rede estão classificados de acordo com a sua funcionalidade.

2.3.3.1.Repetidor (Repeater)Os repetidores são dispositivos usados para estender as redes locais além dos

limites especificados para o meio físico utilizado nos segmentos.Operam na camada 1 (Física) do modelo OSI e copiam bits de um segmento para

outro, regenerando os seus sinais elétricos.

2.3.3.2.Concentrador (Hub)Os Hubs são os dispositivos atualmente usados na camada 1 (Física) e substituem

os repetidores.São repetidores com múltiplas portas.

2.3.3.3.Ponte (Bridge)São dispositivos que operam na camada 2 (Enlace) do modelo OSI e servem para

conectar duas ou mais redes formando uma única rede lógica e de forma transparente aos dispositivos da rede.

As redes originais passam a ser referenciadas por segmentos.As bridges foram criadas para resolver problemas de desempenho das redes. Elas

resolveram os problemas de congestionamento nas redes de duas maneiras:• reduzindo o número de colisões na rede, com o domínio de colisão.• adicionando banda à rede.

Como as bridges operam na camada de enlace, elas "enxergam" a rede apenas em termos de endereços de dispositivos (MAC Address).

As bridges são transparentes para os protocolos de nível superior. Isso significa que elas transmitem os "pacotes" de protocolos superiores sem transformá-los.

As bridges são dispositivos que utilizam a técnica de store-and-forward (armazena e envia). Ela armazena o quadro (frame) em sua memória, compara o endereço de destino em sua lista interna e direciona o quadro (frame) para uma de suas portas.

Se o endereço de destino não consta em sua lista o quadro (frame) é enviado para todas as portas, exceto a que originou o quadro (frame), isto é o que chamamos de flooding.

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2.3.3.4.Comutador (Switch)Os switches também operam na camada 2 (Enlace) do modelo OSI e executa as

mesmas funções das bridges, com algumas melhorias.Os switches possuem um número mais elevado de portas.

2.3.3.5.Roteador (Router)O Roteador é o equipamento que opera na camada 3 (Rede) do modelo OSI, e

permite a conexão entre redes locais ou entre redes locais e de longa distância.Suas principais características são:

• filtram e encaminham pacotes• determinam rotas• segmentam pacotes• realizam a notificação à origem

Quanto a sua forma de operação, as rotas são determinadas a partir do endereço de rede da estação de destino e da consulta às tabelas de roteamento.

Essas tabelas são atualizadas utilizando-se informações de roteamento e por meio de algorítmos de roteamento.

Tais informações são transmitidas por meio de um protocolo de roteamento.

2.3.3.6.ModemDispositivo eletrônico utilizado para a conversão entre sinais analógicos e digitais.

A palavra tem como origem as funções de modulação e demodulação. São geralmente utilizados para estabelecer a conexão entre computadores e redes de acesso.

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2.4.Topologias2.4.1. anel (ring)

Topologia em Anel

2.4.2. barramento (bus)Topologia em Barramento

2.4.3. estrela (star)Topologia em Estrela

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2.4.4. malha (mesh)Topologia em Malha

2.4.5. ponto-a-ponto (point-to-point)Topologia Ponto-a-Ponto

2.4.6. árvore (tree)Topologia em Árvore

2.5.Banda2.5.1. Largura de Banda

Largura de banda é uma propriedade física relativa a faixa de freqüências transmitidas sem serem fortemente atenuadas e é medida em Hertz (Hz). Em telecomunicações, o termo banda se refere à taxa de transmissão de dados, e a sua unidade de medida é bits por segundo (bps).

2.6.Gerenciamento2.6.1. Necessidades

As principais necessidades de gerenciamento de redes são:

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• Detectar, diagnosticar, registrar e prevenir a ocorrência de eventos de anormalidades.

• Poder acessar, alterar ou restaurar as configurações da rede, mantendo a sua confiabilidade.

• Controlar e contabilizar o acesso aos recursos da rede.• Estabelecer limites para o envio de alarmes a fim de inicializar processos

operacionais, para efeito de manutenção ou simplesmente informações para auxílio de análises sobre os serviços da rede.

• Monitorar e garantir a segurança da rede.

2.6.2. Modelos FuncionaisPodemos destacar os principais modelos funcionais de gestão como:

• Gestão de Falhas• Gestão de Configuração• Gestão de Contabilização• Gestão de Desempenho• Gestão de Segurança

2.6.3. SNMPO SNMP (Simple Network Management Protocol - Protocolo Simples de Gerência

de Rede) é um protocolo de gestão típica de redes TCP/IP, da camada de aplicação, que facilita a troca de informações entre os elementos de uma rede.

Permite aos administradores de rede realizar a gestão da rede, monitorando o desempenho, gerando alarmes de eventos, diagnosticando e solucionando eventuais problemas, e fornecendo informações para o planejamento de expansões da planta.

Para a gestão de uma rede, de forma geral, precisamos de um conjunto de elementos, conforme descritos abaixo.

• Elementos gerenciados• Agentes• Gerentes ou Gestores• Banco de Dados• Protocolos• Interfaces para programas aplicativos• Interface com o usuário

O conjunto de todos os objetos SNMP é coletivamente conhecido como MIB (Management Information Base).

2.7.Sinais Analógicos X DigitaisEntendemos por analógica a variação contínua de uma variável. As grandezas

físicas (corrente elétrica, tensão, resistência, temperatura, velocidade, etc.) variam de forma analógica, ou seja, para atingir um determinado valor a variação é contínua, passando por todos os valores intermediários, até o valor final.

Pode ser melhor compreendido por meio do gráfico abaixo:

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Sinal Analógico

Y

X

O sinal digital possui como característica uma variação em saltos, ou seja, em um determinado instante encontra-se em um nível e no instante seguinte em outro nível sem passar pelos níveis intermediários, conforme figura a seguir:

Sinal Digital

Y

X

Podemos dizer que os sinais analógicos possuem infinitos valores, enquanto os sinais digitais possuem valores finitos.

2.8.Matemática das RedesO objetivo deste tema é rever os conceitos dos sistemas de numeração a fim de

fornecer condições para a compreensão da estrutura e dos cálculos referentes ao endereçamento IP.

2.8.1. Representação da informação, bits e bytesOs computadores e utilizam sinais digitais para estabelecer a comunicação. A

menor unidade estabelecida nesta comunicação é denominada bit (Dígito Binário, Binary Digit).

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O conjunto de 8 bits é conhecido como byte.

2.8.2. Sistemas de NumeraçãoO ser humano criou vários sistemas de numeração para representação das suas

grandezas numéricas.Estudaremos os sistemas: binário, decimal e hexadecimal.Para fixar o conceito de um sistema de numeração, vamos pensar como contar

utilizando outros símbolos, por exemplo: θ, ∆ e Σ.Repare que sempre começamos utilizando um símbolo, a seguir o próximo ... e o

próximo, até acabarem todos os símbolos. Reiniciamos a contagem inserindo o segundo símbolo a frente dos demais e,

novamente variamos os demais até utilizarmos todos, e variamos o segundo símbolo a frente dos demais, até utilizarmos todos.

Esse é o processo de formação de um sistema de numeração.Vamos utilizar o nosso exemplo (base 3, pois possui três símbolos) e compará-lo

com o sistema decimal.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9θ ∆ Σ ∆θ ∆∆ ∆Σ Σθ Σ∆ ΣΣ ∆θθ10 11 12 13 14 15 16 17 18 19∆θ∆ ∆θΣ ∆∆θ ∆∆∆ ∆∆Σ ∆Σθ ∆Σ∆ ∆ΣΣ Σθθ Σθ∆

Com esse conceito podemos compreender qualquer formação de um sistema de numeração.

2.8.2.1.Sistema DecimalO sistema decimal é o mais utilizado pelos humanos para representar suas

grandezas: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 e 9. Como possuem 10 algarismos, dizemos que é um sistema de base 10, e sua notação é ( )10 ou ( )D.

2.8.2.2.Sistema BinárioO sistema binário, utilizado pelos computadores, é representado por 2 algarismos:

0 e 1. Por isso dizemos que é um sistema de base 2, e representamos como ( )2 ou ( )B.

2.8.2.3.Sistema HexadecimalO sistema hexadecimal, utilizado na representação do endereço físico dos

elementos de rede e em várias linguagens de programação de baixo nível, é composto por 16 algarismos (entre letras e numerais): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E e F. Trata-se de um sistema de base 16, é representado por ( )16 ou ( )H.

2.8.2.4.Conversões2.8.2.4.1.Binário para Decimal

A regra básica para converter um número de uma base qualquer para decimal é a seguinte:

• Realizar a somatória de cada algarismo correspondente multiplicado pela base (2) elevada pelo índice relativo ao posicionamento do algarismo no número.

Por exemplo:

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(110)2 = ( )10

1 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20 = 4 + 2 + 0 = 610

2.8.2.4.2.Decimal para BinárioQuando convertemos um número decimal para outra base, utilizamos a seguinte

regra:• Dividimos o número, e seus quocientes, sucessivamente pela base que

desejamos converter, até que o quociente seja menor que o divisor. O resultado é composto pelo último quociente e os demais restos das divisões realizadas.

Exemplo:

(11)10 = ( )2

11 / 2 = 5, resto 1 5 / 2 = 2, resto 1 2 / 2 = 1, resto 0

(11)10 = (1011)2

2.8.2.4.3.Hexadecimal para DecimalPara esta conversão utilizamos a regra básica,ou seja, usamos a base 16.Devemos lembrar que: A=1010, B=1110, C=1210, D=1310, E=1410 e F=1510.Exemplo:

(4A)16 = ( )10

4 x 161 + A x 160 = 4 x 16 + 10 x 1 = 64 + 10 = 7410

2.8.2.4.4.Decimal para HexadecimalPara a conversão de decimal para hexadecimal utilizamos a regra básica, da

divisão sucessiva, com base 16.Exmplo:

(1000)10 = ( )16

1000 / 16 = 62, resto 862 / 16 = 3, resto 14

Lembrar que 1410 é equivalente a E16.Logo,(1000)10 = (3E8)16

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2.8.2.4.5.Binário para HexadecimalDe binário para hexadecimal, dividimos os números binários em grupos de quatro

bits, da direita para a esquerda, e fazemos a conversão como utilizando a regra básica.

Exemplo:

(1010110101)2 = ( )16

10 1011 0101102 = 1 x 21 + 0 x 20 = 210 = 216

10112 = 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 1 x 20 = 8 + 0 + 2 + 1 = 1110 = B16

01012 = 0 x 23 + 1 x 22 + 0 x 21 + 1 x 20 = 0 + 4 + 0 + 1 = 510 = 516

Resultando:(1010110101)2 = (2B5)16

2.8.2.4.6.Hexadecimal para BinárioDe hexadecimal para binário, utilizamos a regra básica porém a apresentação dos

números binários devem possuir 4 bits.Exemplo:

(7D3)16 = ( )2

716 = 710 = 1112 (o primeiro bloco não precisa conter zeros a esquerda)

7 / 2 = 3, resto 13 / 2 = 1, resto 1

D16 = 1310 = 11012

13 / 2 = 6, resto 1 6 / 2 = 3, resto 0 3 / 2 = 1, resto 1

316 = 310 = 11 = 00112

Resultando:(7D3)16 = (0111 1101 0011)2 ou, simplesmente, (111 1101 0011)2

2.8.3. A lógica booleana (binária)Em 1854, o matemático inglês George Boole apresentou um sistema matemático

de análise lógica que ficou conhecido como álgebra de Boole ou álgebra booleana.Entre as principais funções lógicaS temos:

• NÃO (NOT)• OU (OR)• NOU (NOR)• E (AND)

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• NE (NAND)• OU Exclusiva (XOR)• Coincidência (XAND)

2.8.3.1.NÃO (NOT)

A S0 11 0

2.8.3.2.OU (OR)

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 1

2.8.3.3.NOU (NOR)

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 0

2.8.3.4.E (AND)

A B S0 0 00 1 01 0 01 1 1

2.8.3.5.NE (NAND)

A B S0 0 10 1 11 0 11 1 0

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2.8.3.6.OU Exclusiva (XOR)

A B S0 0 00 1 11 0 11 1 0

2.8.3.7.Coincidência (XAND)

A B S0 0 10 1 01 0 01 1 1

2.8.4. Apresentação do Endereçamento IP (IPv4)O endereço IP é formado por 32 bits, divididos em 4 blocos de 8 bits,

representados no sistema decimal (0-255).Exemplos:10.12.208.25207.12.1.37200.201 68.5

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3. Meios físicos para redes3.1.Meios em cobre3.1.1. Noções de eletricidade

Para uma melhor compreensão das especificações técnicas dos cabos são necessários alguns conceitos básicos de eletricidade.

Eletricidade é um fenómeno físico originado por cargas elétricas. Com a movimentação das cargas negativas (elétrons), de maneira ordenada, sobre um elemento condutor, ocorre a produção do que chamamos corrente elétrica (i), e sua unidade é o Ampere (A).

O deslocamento das cargas elétricas por um elemento condutor (por exemplo, um fio de cobre) é provocado pela diferença de potencial (ddp) entre os pontos do elemento. Denominamos esse efeito de tensão elétrica (U), e sua unidade é chamada de Volt (V).

O produto da corrente elétrica pela tensão elétrica é chamado de potência, e sua unidade é Watt(W).

A resistência elétrica (R) que um material oferece para a passagem da corrente elétrica é medida em Ohm (Ω).

É conhecida como lei de Ohm a relação entre resistência, tensão e corrente elétrica: U = R . i.

Consideramos condutor to material com características que permitem a passagem de corrente elétrica. Isolante é o material que dificulta, ou impede a passagem de corrente elétrica.

A resistividade eléctrica ρ de um material é dada por: ρ = R . S / londe:

ρ é a resistividade estática (em ohm metros, Ωm); R é a resistência eléctrica de um condutor uniforme do material(em ohms, Ω); l é o comprimento do condutor (medido em metros); S é a área da seção do condutor (em metros quadrados, m²)

Outro conceito importante são as unidades métricas.

Represent. exponencial em base

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Representação explícita Prefixo Represent. exponencial em base

10

Representação explícita Prefixo

10 –1 0,1 deci 10 1 10 deca10 –2 0,01 centi 10 2 100 hecto10 –3 0,001 mili 10 3 1000 kilo10 –6 0,000001 micro 10 6 1000000 Mega10 –9 0,000000001 nano 10 9 1000000000 Giga10 –12 0,000000000001 pico 10 12 1000000000000 Tera10 –15 0,000000000000001 femto 10 15 1000000000000000 Peta10 –18 0,000000000000000001 atto 10 18 1000000000000000000 Exa10 –21 0,000000000000000000001 zepto 10 21 1000000000000000000000 Zetta10 –24 0,000000000000000000000001 yocto 10 24 1000000000000000000000000 Yotta

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3.1.2. Especificações de cabosExistem várias organizações, grupos empresariais e entidades governamentais

que constituem institutos para especificar e regulamentar os tipos de cabos usados em redes. Podemos citar entre tais organizações internacionais a EIA/TIA (Electronic Industry Association e Telecommunications Industries Association), o IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), a UL (Underwriters Laboratories), ISO/IEC (International Standards Organization / International Electrotechnical Commission). Além de criar os códigos e gerar as especificações dos materiais utilizados no cabeamento, também definem os padrões de instalação.

O padrão EIA/TIA-568 reconhece os seguintes tipos de cabo para a utilização:Tipo Distâncias máximasCabo de par trançado não blindado, em cobre: UTP (Unshielded Twisted Pair), de 100 ohm

800 m

Cabo de par trançado blindado, em cobre: STP (Unshielded Twisted Pair), de 150 ohm

700 m

Cabo coaxial, de cobre, de 50 ohm 500 mCabo de fibra óptica 62,5/125 µm 2 km

3.1.3. Cabo coaxialO cabo coaxial tem melhor blindagem que os cabos de par trançado, com isso

pode se estender por distâncias maiores em velocidades mais altas. Dois tipos de cabo coaxial são muito usados:

• cabo de 50 ohms.• cabo de 75 ohms

O cabo de 50 ohms, é muito utilizado em transmissões digitais, já o cabo de 75 ohms, é usado em transmissões analógicas e, principalmente, em ambientes de televisão.

Um cabo coaxial é formado por um fio de cobre colocado na parte central, envolvido por um material isolante. O isolante é envolvido por uma malha sólida entrelaçada. O condutor externo, que tem a função de diminuir o efeito de ruídos sobre o sinal transmitido, é coberto por uma camada plástica protetora.

Cabo Coaxial

Revestimento plásticoMalha condutora Isolante

Núcleocondutor

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3.1.4. Cabos de par-trançado (STP e UTP)A utilização mais comum do par trançado é o sistema telefônico. Geralmente, os

telefones são conectados à central telefônica por meio de um cabo de par trançado. Os pares trançados podem se estender por diversos quilômetros sem amplificação mas, quando se trata de distâncias maiores, existe a necessidade de utilizarmos os dispositivos repetidores.

Os pares trançados podem ser utilizados na transmissão de sinais analógicos ou digitais. A largura de banda e a taxa de transmissão dependem da espessura do fio e da distância percorrida mas, em muitos casos, é possível alcançar taxas altas, na ordem de alguns Mbps por alguns quilômetros. Muitas interferências podem ser provocadas se os pares não forem trançados. Devido ao custo e ao desempenho obtidos, os pares trançados são usados em larga escala e é provável que assim permaneçam nos próximos anos.

Denominamos de UTP (Unshielded Twisted Pair) os cabos que não possuem blindagem e STP (Shielded Twisted Pair) os que possuem blindagem.

Abaixo podemos verificar a divisão dos cabos por categoria e sua aplicação:

Tipo AplicaçãoCategoria 1 Voz (cabo telefônico)Categoria 2 Dados a 4 Mbps (LocalTalk)Categoria 3 Transmissão de até 16 MHz. Dados a 10 Mbps (Ethernet)Categoria 4 Transmissão de até 20 MHz. Dados a 20 Mbps (16 Mbps Token Ring)Categoria 5 Transmissão de até 100 MHz. Dados a 100 Mbps (Fast Ethernet)Categoria 6 Utilizado em ISDN, cabos para modem e TV a cabo.Categoria 7 Ethernet 1000BaseT, ATM com transmissão de até 500MHz.

3.2.Meios ópticos3.2.1. Noções de óptica

A óptica é um segmento da física que estuda a luz e seus efeitos. A óptica explica os fenómenos de reflexão, refração e difração, ou seja, a interação entre a luz e o meio.

Dizemos que os raios de luz são linhas orientadas que representam, graficamente, a direção e o sentido da propagação da luz.

Os fenômenos ópticos, reflexão e refração da luz, são os principais fatores para o estudo da transmissão de dados por meios ópticos.

• Reflexão regular: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície plana e lisa, retorna ao meio e se propaga mantendo o seu paralelelismo.

• Reflexão difusa: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície irregular, retorna ao meio e se propaga espalhando-se em várias direções.

• Refração da luz: quando o feixe de luz, que incide em uma superfície, se propaga em um segundo meio.

Um sistema de transmissão óptica possui 3 componentes fundamentais: o gerador de luz, o meio de transmissão e o receptor. Seu funcionamento consiste na instalação de um gerador de luz em uma das extremidades e o receptor na outra. O gerador, ou fonte, de luz recebe um pulso elétrico e envia o sinal de luz através do meio de transmissão para o receptor. O receptor, ao entrar em contato com a luz,

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emite um pulso elétrico. Adota-se por convenção que a presença de luz equivale a um bit 1, e o bit 0 representa a ausência de luz.

As fibras ópticas são constituidas por três camadas: o núcleo, a casca e o revestimento externo.

O núcleo e a casca são produzidos a partir do vidro, ou de materiais a base de sílica ou plástico, e possuem diferentes índices de refração.

Fibra Óptica

Revestimento plásticoCasca

Núcleo

A atenuação da luz através do meio depende do comprimento de onda da luz. As pincipais vantagens da fibra óptica são:

• Baixa atenuação• Elevada largura de banda• Imunidade à interferência eletromagnética• Baixo peso• Pequena dimensão• Sigilo• Isolação elétrica

3.2.2. Fibras Multimodo e Monomodo, e outros componentes ópticosEntre os mais usuais tipos de fibras ópticas podemos destacar:

• Fibra monomodo• Fibra multimodo de índice degrau• Fibra multimodo de índice gradual

A diferença está no modo de operação entre elas. A fibra monomodo possui um modo de propagação enquanto as multimodos podem ter vários modos de propagação.

Entre as fibras multimodo a diferença está na composição do material e os respectivos índices de refração. Enquanto na gradual temos uma variação gradativa no índice de refração, devido a várias camadas de materiais, na fibra de índice

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degrau temos uma única composição de forma que temos um índice de refração constante.

3.2.3. Características de desempenho em Fibras ÓpticasNeste item vamos falar sobre alguns fatores que afetam o desempenho das fibras

ópticas.Estudaremos os efeitos de atenuação e dispersão.

3.2.3.1.AtenuaçãoChamamos de atenuação a perda da potência de um sinal luminoso em uma fibra

óptica. Sua unidade de medida é em decibéis por quilômetro (dB/km).Essa perda depende do comprimento de onda da luz e do material usado e ocorre

por causa da limitação de distância entre a origem e o término da transmissão. Os principais fatores que geram a atenuação são: a absorção, o espalhamento e a curvatura.

A atenuação é medida pela seguinte fórmula:

atenuação = [10 log10 (Pout/Pin)]/L onde,

Pout = potência de saídaPin= potência de entradaL= comprimento do cabo

3.2.3.1.1.AbsorçãoNa absorção uma parcela da energia luminosa é absorvida pelo material devido a

alguns fatores como: presença de impurezas, contaminação no processo de fabricação, variação na densidade do material, presença de moléculas de água dissolvidas no vidro ou no polímero, etc.

3.2.3.1.2.EspalhamentoAs perdas por espalhamento ocorrem devido ao desvio do fluxo dos raios de luz

em várias direções. Dois parâmetros que contribuem para essa perda é a densidade do material da fibra e a estrutura da fibra.

3.2.3.1.3.CurvaturaAs perdas podem ocorrer devido a curvaturas. Quando as curvaturas são muito

grandes (quando os ângulos gerados pela deformação causarem a refração do sinal) ou muito pequenas (quando são próximas do raio do núcleo da fibra) podem afetar o sinal luminoso.

3.2.3.2.DispersãoA dispersão é o alargamento do sinal luminoso ao longo do percurso da fibra

óptica e limita a capacidade de transmissão, alterando os sinais transmitidos. As dispersões mais comuns são: dispersão modal, material e do guia de onda.

3.2.3.2.1.Dispersão modalA dispersão modal se refere ao fato de que cada modo de propagação, passando

por caminhos distintos, tendo assim diferentes velocidades de propagação, para um mesmo comprimento de onda.

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3.2.3.2.2.Dispersão materialA dispersão material retrata a influência da matéria-prima empregada na

composição da fibra, também é chamada de dispersão cromática.

3.2.3.2.3.Dispersão do guia de ondaA dispersão do guia de onda ocorre devido a variação dos índices de refração do

núcleo e da casca ao longo da fibra.

3.2.4. Instalação, Cuidados e Testes de Fibras ÓpticasÉ muito importante que as conexões das fibras sejam muitos bem realizadas na

instalação dos cabos de fibras ópticas.As conexões podem ser realizadas através de conectores ou emendas.Qualquer um dos modos de conexão gera um determinada perda no sinal. Desse

modo devemos observar que um grande número de conexões pode comprometer o desempenho do sistema.

Para minimizar as perdas devemos sempre observar dois fatores:• fatores intrínsecos: inerentes às fibras (diâmetro do núcleo/da casca,

ovalização do núcleo/da casca, etc.).• fatores extrínsecos: condições externas (deslocamento lateral, separação

das extremidades, desalinhamento angular, etc.).Para a instalação devemos possuir alguns acessórios, tais como: o clivador, os

removedores de revestimentos, o desencapador e a máquina de polir.Os principais testes realizados nas fibras são:

• teste de tração• teste de curvatura• teste de compressão• teste de impacto• teste de potência

3.3.Acesso sem-fio (wireless)O acesso sem fio (wireless) teve seu início quando em 1901, o físico italiano

Guglielmo Marconi realizou uma demonstração do funcionamento de um telégrafo sem fio. A transmissão foi realizada a partir de um navio por código morse. Atualmente, o acesso sem fio tem avançado muito e facilitado a vida de vários usuários.

Podemos dividir as redes sem fio em três categorias:1. Interconexão de sistemas.2. LANs sem fios.3. WANs sem fios.A interconexão de sistemas significa conectar computadores e periféricos usando

uma faixa de alcance limitado. Normalmente, os computadores possuem conexão aos seus periféricos por meio de cabos.

Uma tecnologia utilizada atualmente em computadores, celulares, fones de ouvido, pdas, etc. para estabelecer a comunicação entre sistemas é o Bluetooth.

As LANs sem fio consiste em uma rede local sem a necessidade de cabos fisícos, ou seja, podemos estabelecer a comunicação entre vários computadores e dispositivos de rede sem o uso de cabeamento. Por meio de um switch sem fio e placas de rede sem fio podemos implementar esse tipo de rede.

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As LANs sem fios estão se tornando cada vez mais comuns em pequenos escritórios e em residências, principalmente onde existe a dificuldade para a passagem de cabeamento,

Um exemplo de rede WAN sem fio é a rede utilizada para telefonia celular. Atualmente conseguimos transmitir voz, dados e imagem para um aparelho celular. Os principais pontos que diferem uma rede LAN sem fio de uma WAN sem fio são: a distância de alcance, a capacidade de transmissão e a potência dos equipamentos e dos sinais gerados. Hoje, as LANs sem fio podem transmitir a taxas de 100 Mbps, à distâncias na ordem de metros. Enquanto as WANs sem fio funcionam à taxas 1 Mbps, em um raio de vários quilômetros.

3.3.1. Padrões e Organizações de Redes Locais sem fioA seguir temos as principais organizações que normatizam o assunto.

Organizações FunçãoITU-R Padronização mundial de comunicações que

usam energia de radiação, particularmente gerenciando os aspectos de freqüências.

IEEE Padronização de redes locais sem fio (WLANs) (802.11)

Wi-Fi Alliance Consórcio que fomenta a interoperabilidade de produtos que implementam os padrões de redes locais sem fio (WLANs) por meio de seus programas certificados de Wi-Fi.

Federal Communications Commission (FCC)

Agência dos Estados Unidos da América que regula o uso de várias freqüências de comunicação no país.

Anatel Agência Nacional de Telecomunicações que regulamenta e fiscaliza o uso das telecomunicações no Brasil.

O padrão para as LANs sem fio que está sendo mais utilizado é o IEEE 802.11. Ele possui as seguintes divisões:

Característica 802.11a 802.11b 802.11gAno da criação da norma 1999 1999 2003Taxa máxima de transmissão utilizando DSSS*

- 11 Mbps 11 Mbps

Taxa máxima de transmissão utilizando OFDM**

54 Mbps - 54 Mbps

Freqüência da banda 5 GHz 2.4 GHz 2.4 GHzCanais (nonoverlapped) 23 (12) 11 (3) 11 (3)Taxas de transmissão requeridas pelo padrão (Mbps)

6, 12, 24 1, 2, 5.5, 11 6, 12, 24

* Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) 802.11b** Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

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3.3.2. Topologias e Dispositivos sem-fioOs principais dispositivos de uma rede sem fio (wireless) são os APs (access

points).

Podemos dividir as redes sem fio em: IBSS, BSS e ESS.

Modo Nome do Serviço DescriçãoDispositivo-a-dispositivo (ad hoc)

IBSS - Independent Basic Service Set

Quando a comunicação é estabelecida diretamente entre dois dispositivos, sem a necessidade de um AP.

Somente um AP BSS - Basic Service Set

Quando somente uma única WLAN é criada com um AP e todos os demais dispositivos se comunicam por meio deste AP.

Vários APs ESS - Extended Service Set

Quando vários APs criam uma WLAN, permitindo uma cobertura mais ampla e o deslocamento dos usuários pelas várias áreas de cobertura.

3.3.3. Como as Redes Locais sem-fio se comunicam

Pelos sinais de portadoras de rádio ou infravermelho, as WLANs estabelecem a comunicação entre os pontos da rede. Os dados são modulados na portadora de rádio e transmitidos por intermédio de ondas eletromagnéticas.

Em um mesmo ambiente podem existir vários sinais de portadoras de rádio sem que haja afetação entre elas. Para se conectar, o receptor sintoniza numa determinada freqüência e rejeita as outras, que são diferentes.

Consideramos um cliente wireless, qualquer dispositivo wireless que se associa a um AP para usar uma determinada WLAN.

Para ser um cliente WLAN, o dispositivo necessita de uma placa WLAN que suporte o mesmo padrão do AP. A placa inclui um rádio, o qual sintoniza as freqüências usadas pelos padrões WLAN suportados, e uma antena.

Os APs possuem vários parâmetros de configuração, mas geralmente a maioria deles já são configurados por default, porém o usuário deve tomar cuidado com a parte de segurança, pois esses parâmetros não costumam ser configurados de fábrica e é de extrema importância que o administrador da rede os configure.

3.3.4. Autenticação

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Quando uma rede sem fio é ativada, sem proteções de segurança, qualquer dispositivo pode se associar à mesma. Para que isso ocorra é necessário configurar o nome de identificação da rede ou SSID (Service Set Identifier). O SSID pode ser adquirido através de pacotes do tipo BEACON. Estes pacotes não possuem criptografia e são enviados periodicamente pelo AP. Outras informações sobre a rede também são ou podem ser fornecidas pelo AP, tais como: a taxa de transmissão, endereço IP, DNS, default gateway, etc.

3.3.5. Os espectros de radiofreqüência e de microondas

O espectro eletromagnético é representado pela figura abaixo:

Espectro Eletromagnético

Rádio Microonda Infra vermelho

UV Raio X Raio Gama

104102100 1010108106 10141012 10181016 1020 10241022

Luz visível

LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF

1010107106 10141012 1015104 105 108 109 1011 1013 1016

Banda W · Banda V · Banda Ka · Banda K · Banda Ku · Banda X · Banda C · Banda S · Banda L

3.3.6. Sinais e ruídos em uma WLAN

As redes sem fio podem sofrer interferências de várias maneiras. As ondas de rádio transitam através do espaço, e devem passar direto por barreiras na área de cobertura, incluindo paredes, pisos e tetos.

Ao atravessar esses obstáculos o sinal pode ser parcialmente absorvido, diminuindo a potência do sinal, consequentemente, a área de cobertura. Alguns materiais causam a dispersão do sinal, causando buracos sem cobertura. Outro ponto que influencia na transmissão de uma rede sem fio é a interferência de ondas de rádio, isso pode causar retransmissão de dados e até descarte da informação.

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3.3.7. Segurança para redes sem-fioA seguir apresento os principais modelos de segurança para as redes sem fio.

Modelo Ano OrganizaçãoWEP - Wired Equivalent Privacy 1997 IEEEWPA - Wi-Fi Protected Access 2003 Wi-Fi AllianceWPA2 - 802.11i 2005 IEEE

O WEP (Wired Equivalent Privacy), foi criado com o objetivo de dar segurança durante o processo de autenticação na comunicação de redes sem fio. O algoritmo utilizado é o RC4 (Ron’s code 4), inventado pelo engenheiro Ron Rivest, do MIT.

Seu funcionamento consiste em passar parâmetros (uma chave e um vetor de inicialização). O algoritmo gera uma seqüência criptografada. Porém, como no WEP a chave secreta é a mesma utilizada por todos os usuários de uma mesma rede sem fio, devemos ter um vetor de inicialização diferente para cada pacote com o objetivo de evitar a repetição. Essa repetição de seqüência é extremamente indesejável possibilita ataques e invasões a sistemas.

Por isso, é muito importante a troca das chaves secretas periodicamente para diminuir o risco à segurança da rede. Muitas vezes esta prática não é realizada pelos administradores por ser feita manualmente, principalmente quando temos redes com um grande número de usuários.

A sua principal vulnerabilidade é o fato do vetor ser enviado sem encriptação, no quadro da mensagem, facilitando a sua captura.

Temos abaixo as principais vulnerabilidades do protocolo WEP: - Chaves WEP estáticas

O uso da mesma chave por longo período.

- Autenticação unilateralApenas a estação remota se autentica no AP.

- Não existe autenticação de usuárioA autenticação só é executada pela estação. Um invasor utilizando a estação de um usuário permitido pode acessar a rede e informação confidenciais.

- Vetor de inicialização sem criptografia O vetor de inicialização no WEP possui 24 bits e são enviados sem criptografia para o AP.

- O vetor de inicialização é parte da chave usada pelo RC4Este fato facilita a descoberta da chave usada pelo RC4 na criptografia das mensagens.

- Integridade dos dados de baixa qualidadeO fato do CRC (Cyclic Redundancy Check) ser criptografado apenas pela chave compartilhada facilita a quebra da chave.

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O WPA (Wi-Fi Protected Access) é um protocolo de comunicação que foi criado por membros da Wi-Fi Aliança e do IEEE para tentar solucionar os problemas de vulnerabilidade do WEP.

Pode-se utilizar WPA numa rede híbrida que tenha WEP instalado.

Melhorias do WPA sobre o WEP.O WPA trouxe várias vantagens comparando-se com o WEP.Podemos citar:- a melhoria da criptografia dos dados

Utilizando um protocolo de chave temporária (TKIP), que possibilita a criação de chaves por pacotes, e possui a função de detecção de erros utilizando um vetor de inicialização de 48 bits, ao invés de 24 como no WEP, e um mecanismo de distribuição de chaves.

- a melhoria no processo de autenticação de usuáriosEssa autenticação usa o padrão 802.11x e o EAP (Extensible Authentication

Protocol), que por meio de um servidor de autenticação central realiza a autenticação de cada usuário antes deste ter acesso a rede.

- tecnologia aprimorada de criptografia e de autenticação de usuárioCada usuário tem uma senha exclusiva, que deve ser digitada no momento da

ativação do WPA. No decorrer da sessão, a chave de criptografia será trocada periodicamente e de forma automática. Assim, torna-se infinitamente mais difícil que um usuário não-autorizado consiga se conectar à rede sem fio. A chave de criptografia dinâmica é uma das principais diferenças do WPA em relação ao WEP, que usa a mesma chave, evitando também a necessidade da mudança manual das chaves, como ocorre no WEP.

O WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2), ou IEEE 802.11i, foi criado como uma evolução do protocolo WPA. Sua principal preocupação é em relação a segurança das redes sem fio.

Ele proporcionou a implementação de um sistema mais completo e seguro que os seus antecessores, e manteve a compatibilidade com os mesmos.

Funciona utilizando um sistema de criptografia conhecido por AES (Advanced Encription Standard).

4. Cabeamento para redes locais e WANs4.1.Camada física de rede local4.1.1. Ethernet

A rede Ethernet nasceu de pesquisas da Xerox e alguns anos depois ela se uniu à DEC e à Intel para criar em 1978 um padrão para uma rede de 10 Mbps, chamado padrão DIX. Em 1983, com duas modificações, o DIX se tornou o padrão IEEE 802.3.

Anos mais tarde, surgiu a 3Com, fornecendo equipamentos adaptadores Ethernet destinados a computadores pessoais. A 3Com vendeu mais de 100 milhões desses equipamentos nos primeiros anos de existência.

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O desenvolvimento da Ethernet é permanente. Novas versões surgiram como a FastEthernet (100 Mbps), a GigabitEthernet (1000 Mbps ou 1 Gbps) e a velocidades ainda mais altas, como 10 Gbps.

Os tipos mais comuns de cabos para uma rede local Ethernet são:Tipo Cabo Distância Máxima Observações10Base2 Coaxial fino 185 m Não usa hubs. Conector T.10Base5 Coaxial grosso 500 m Cabo original; agora obsoleto.10Base-T Par trançado 100 m Sistema mais econômico.10Base-F Fibra óptica 2000 m Melhor para longas distâncias.

Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo IEEE 802

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

7

6

5

4

3

2

1

LLC

Física

2

1MAC

OSI IEEE 802

Esse modelo, o IEEE 802, abrange as duas camadas inferiores do modelo OSI.Conforme já vimos na descrição do modelo OSI, a camada física tem como função

a especificação da características mecânicas (pinagem, tipo de conector, etc.), físicas (elétrica, eletromagnética, óptica, etc.), funcionais (função e descrição de cada pino) e dos tipos de transmissão (analógica ou digital, síncrona ou assíncrona, modulação, codificação, etc.).

Lembrando que esta camada é responsável pela transmissão de bits através de vários meios distintos.

A camada de enlace do modelo OSI é subdividida em duas camadas no modelo IEEE 802: a LLC (LLC ) e a MAC (Media Access Control)

4.1.2. Meios Ethernet, requisitos de conectores e meios de conexãoA subdivisão da camada física consiste em:

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DTE (Data Terminal Equipment) – Equipamento onde é terminada a conexão física para uma transmissão de dados. Dependendo da função exercida pelo equipamento, podemos dar como exemplo roteadores ou computadores.

MAU (Medium Attachment Unit) – É um dispositivo acoplado entre um DTE e o meio de transmissão de uma rede local.

PLS (Physical Signaling Sublayer) – responsável pelo acoplamento lógico e funcional da camada MAC com a MAU.

AUI (Attachment Unit Interface) – interliga a MAU ao DTE (se estiverem separados). Consiste em cabos, circuitos lógicos e conectores.

PMA (Physical Medium Attachment) – É a parte lógica da MAU.MDI (Medium-Dependent Interface) – É a interface física, seja elétrica, óptica ou

mecânica, que liga o meio à MAU.Quanto ao tipo de conector mais utilizados, atualmente, podemos dizer que é o

RJ-45.

4.1.3. Implementação de cabos UTPOs cabos UTP (Unshielded Twisted Pair) são amplamente utilizados nas redes

ethernet. Possuem 8 fios fixados a um conector RJ-45, em cada uma das suas extremidades.

1 2 3 4 5 6 7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

Agora veremos as configurações mais utilizadas para rede.

4.1.3.1.Cabo Direto (Straight-Through)O cabo direto possui este nome devido a sua pinagem, interliga o pino 1 de uma

extremidade ao pino 1 da outra, e assim sucessivamente. Conforme figura abaixo:

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1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8

T568A

Pinagem:Extremidade A Extremidade BPino 1 – Verde e Branco Pino 1 – Verde e BrancoPino 2 – Verde Pino 2 – VerdePino 3 – Laranja e Branco Pino 3 – Laranja e BrancoPino 4 – Azul Pino 4 – AzulPino 5 – Azul e Branco Pino 5 – Azul e BrancoPino 6 – Laranja Pino 6 – LaranjaPino 7 – Marrom e Branco Pino 7 – Marrom e BrancoPino 8 – Marrom Pino 8 – Marrom

Ele é utilizado para interligar os seguintes equipamentos:Roteador ao Switch ou Hub.Computador ao Switch ou Hub.

4.1.3.2.Cabo Crossover

1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8

T568B

Pinagem:

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Extremidade A Extremidade BPino 1 – Verde e Branco Pino 1 – Laranja e BrancoPino 2 – Verde Pino 2 – LaranjaPino 3 – Laranja e Branco Pino 3 – Verde e BrancoPino 4 – Azul Pino 4 – AzulPino 5 – Azul e Branco Pino 5 – Azul e BrancoPino 6 – Laranja Pino 6 – VerdePino 7 – Marrom e Branco Pino 7 – Marrom e BrancoPino 8 – Marrom Pino 8 – Marrom

O cabo crossover é utilizado para interligar os seguintes equipamentos:• Roteador ao Roteador.• Computador ao Computador.• Switch ao Switch.(*)• Hub ao Hub.(*)

(*) Para esses dispositivos existem, em alguns modelos, a opção de uma porta especial que aceita o cabo direto.

4.1.3.3.Cabo Rollover

1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8

Rollover

Pinagem:Extremidade A Extremidade BPino 1 – Verde e Branco Pino 1 – MarromPino 2 – Verde Pino 2 – Marrom e BrancoPino 3 – Laranja e Branco Pino 3 – LaranjaPino 4 – Azul Pino 4 – Azul e BrancoPino 5 – Azul e Branco Pino 5 – AzulPino 6 – Laranja Pino 6 – Laranja e BrancoPino 7 – Marrom e Branco Pino 7 – VerdePino 8 – Marrom Pino 8 – Verde e Branco

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O cabo Rollover é utilizado na porta console dos dispositivos, quando queremos realizar uma configuração ou manutenção local no equipamento (roteadores, switches, computadores, etc.).

4.1.4. Repetidores e HubsComo já mencionamos, esses dispositivos tem a função de amplificar e regenerar

o sinal.Atuam na camada Física do modelo OSI e na camada Rede de Acesso na

arquitetura TCP/IP.Geralmente, são utilizados para diminuir as restrições de distância, ocorridas pelas

perdas do meio físico.São transparentes à camada MAC.Não isolam o tráfego, portanto são vulneráveis à colisões.

4.1.5. Acesso Sem-fio A conectividade por meio de uma rede sem fio necessita de uma placa de rede

sem fio e um AP(Access Point), compatíveis entre si.

4.1.6. Pontes (Bridges) e Comutadores (Switches) Permitem interconectar redes independentemente do meio de transmissão.Atuam na camada de Enlace do modelo OSI e na camada Rede de Acesso na

arquitetura TCP/IP.Possuem a capacidade de isolar o tráfego, evitando a ocorrência de colisões,

criando o conceito de domínios de colisão. Enquanto um hub possui um domínio de colisão, um switch pode criar vários domínios de colisão, assunto que será visto em detalhes no capítulo 7.

Vantagens das bridges:• Conversão de formato do quadro, para tecnologias diferentes.• Compatibilização entre redes que operam com o mesmo tipo de quadro em

taxas de transmissão diferentes.• Segurança entre os segmentos de rede, através do controle de endereços

físicos.• Capacidade de prover caminhos redundantes.

Os switches recebem os quadros (frames) por uma porta, armazena-os, consulta a sua tabela, e encaminha-os para a porta de destino.

Possuem a característica de divisão de banda por porta. Ao contrário de um hub, que compartilha a banda entre suas portas, o switch reserva uma banda para cada porta.

Suas principais características são:• Tecnologia da porta: Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet, Token Ring,

FDDI, etc.)• Características de Armazenamento (Buffers): Para operar com taxas de

transmissão distintas, o switch necessita realizar o armazenamento temporários dos dados.

• Métodos de encaminhamento de pacotes: O Store-and-forward e o Cut-through são dois exemplos. No método Store-and-forward todo quadro é armazenado e é analisada a integridade do dado, se correto é realizada a consulta à tabela de endereços MAC ( MAC address table ) para determinar a

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porta de destino. No caso de erro, o quadro é descartado. No método Cut-through a consulta à tabela é iniciada no recebimento do quadro e o envio é imediato. O que pode causar o envio de quadros com erros, e retransmissões pela camada de transporte.

• Arquitetura de Backplane: Pelo barramento central do switch (Backplane) trafegam os dados provenientes das portas. Para controlar esse tráfego existem dois métodos: o Round-robin (varredura seqüencial das portas) e o de Prioridade.

4.1.7. Conectividade do Host Host é o nome que damos ao computador, seja ele uma estação de trabalho ou

um servidor. Para estabelecermos a conectividade de um host a uma rede necessitamos que o mesmo possua uma interface de rede, seja por cabo ou wireless, dependendo da estrutura da rede a qual se quer conectar. A interligação de um host com um switch ou um hub é feita por meio de um cabo direto (Straight-Through).

4.1.8. Comunicação Ponto-a-Ponto e Cliente/ServidorA comunicação ponto-a-ponto (peer-to-peer) é realizada por intermédio de cabos

crossover, seja host-a-host ou roteador-a-roteador.A estrutura Cliente/Servidor consiste em que um host que possui aplicações

capazes de fornecer serviços, servir (o servidor) enquanto o outro host (o cliente) se conecta ao servidor, acessa e faz uso desses serviços. Exemplo: HTTP (para acesso a páginas Web), FTP (para transferência de arquivos), DNS (para resolução de nomes da Internet), SMTP/POP3 (para acesso aos e-mails), etc..

4.2.Cabeamento de WANs4.2.1. Camada física de WAN

A camada física utilizada em uma WAN possui uma gama muito grande de possibilidades.

Temos vários tipos de redes WAN, disponibilizadas comercialmente pelas operadoras de telecomunicações.

As tecnologias mais conhecidas são: Frame-Relay, ATM, SDH, RDSI (ISDN), ADSL e Cable TV.

Portanto, para decidirmos qual meio físico será utilizado deveremos antes decidir qual tecnologia é a mais adequada para a empresa e o serviço que será prestado por meio dela.

Dentre os cabeamentos mais utilizados para a comunicação de redes de longa distância, atualmente, a fibra óptica se destaca.

4.2.2. Conexões seriais de WAN

A seguir temos uma tabela com as estruturas de transmissão.

ANSI – American National Standards InstituteETSI – European Telecommunications Standards InstituteITU-T – International Telecommunications Union - Telecommunication Standardization SectorUNI – User Network Interface NNI – Network to Network InterfacePDH - Plesiochronous Digital HierarchySDH - Synchronous Digital Hierarchy

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Sinal Básico Taxa (Mbps)

Estrutura Interface Organização

DS-1 (T1) 1,544 PDH UNI ANSI

E1 2,048 PDH UNI ETSI

DS-3 (T3) 44,736 PDH UNI ANSI



STS-1 51,84 SONET UNI ANSI

STS-3c 155,52 SONET UNI ANSI

STS-12c 622,08 SONET UNI ANSI

STM-1 155,52 SDH NNI ITU-T

STM-4c 622,08 SDH NNI ITU-T

Baseada em células 155,52 Canal Limpo UNI ITU-T

Baseada em células 622,08 Canal Limpo UNI ITU-T

FDDI PMD 100 Código 4B/5B UNI privativa ATM Forum

Fiber Channel 155,52 4B/5B UNI privativa ATM Forum

Para as comunicações seriais, podemos ligar um roteador a um modem e este a rede de uma operadora de telecomunicações através de uma ligação ponto-a-ponto por meio de uma LP (Linha Privativa, Leased Line), ou diretamente a uma rede de serviços da operadora (por exemplo, uma rede Frame-Relay).

4.2.3. Roteadores e Conexões Seriais, ISDN BRI, DSL e CableTV

Para as comunicações seriais ponto-a-ponto os cabos mais utilizados entre o roteador e o modem (CSU/DSU - Channel Service Unit/Data Service Unit) são os seguintes: EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, V.35, X.21 e EIA-530. Os protocolos mais utilizados para esse tipo de conexão são: o PPP (Point-to-Point Protocol), padrão de mercado, e o HDLC (High-Level Data Link Control), protocolo proprietário da Cisco.

Quando é contratado o serviço de uma rede é realizada toda gestão da comunicação de dados pela operadora de telecomunicações (controle de tráfego, banda, prioridade, taxa de erro, etc.).

Denominamos essas ligações, entre os dispositivos, de links.Em um link de baixa taxa de transmissão, teremos uma conexão ponto-a-ponto

até a central telefônica, no chamado POP (Point of Presence, ponto de presença) onde a rede da operadora trata e encaminha os dados.

Em um link de alta taxa de transmissão a conexão pode ocorrer através de fibra óptica, por exemplo, sem a necessidade do uso de um modem.

A seguir temos figuras com essas representações.

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Continuando, podemos exemplificar outros tipos de conexões como: as redes RDSI (Rede Digital de Serviços Integrados, ISDN-Integrated Services Digital Network), DSL (Digital Subscriber Line), e redes de TV a cabo (Cable TV).

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Roteador RoteadorModem ModemWAN Switch

WAN Switch

Rede da Operadora de

Telecomunicações

CSU/DSU CSU/DSU

CPE CPE

CPE - Customer-Provided EquipmentCSU/DSU - Channel Service Unit/Data Service Unit

Conexão W AN Ponto-a-Ponto

Roteador RoteadorFR Switch

FR Switch

Rede da Operadora de

Telecomunicações

DTE - Data Terminal Equipment

Conexão W AN Rede de Serviços

DCE - Data Communications Equipment

DTE DCE DCE DTE

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5. Conceitos Básicos de Ethernet5.1. Introdução à Ethernet

A história da rede Ethernet começou na década de 1970, no Havaí, quando pela necessidade de pesquisadores em se comunicarem de Honolulu até algumas ilhas distantes. A solução encontrada foi por meio de um rádio de ondas curtas. Cada estação de usuário possuía um pequeno rádio com 2 freqüências: uma ascendente (até o computador central) e outra descendente (a partir do computador central). O usuário enviava um quadro com dados no canal ascendente. Se ninguém mais estivesse transmitindo no momento, o quadro chegava no computador central e era transmitido um sinal de confirmação no canal descendente. Quando havia concorrência pela utilização do canal ascendente, a estação não receberia o sinal de confirmação e enviaria o quadro novamente. Como havia somente um transmissor no canal descendente, que era o computador central, as colisões nesse canal não ocorriam. Foi denominada ALOHANET.

Como já foi comentado, no capítulo 4 item 1.1, a rede Ethernet, como conhecemos, surgiu de pesquisas da Xerox e da comercialização da 3com.

5.1.1. Regras de nomenclatura da Ethernet IEEEO modelo de camadas para redes locais foi definido pelo comitê IEEE 802 (IEEE -

Institute of Electrical and Electronics Engineers, Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos).

A organização do padrão IEEE 802 consiste em: 802.1

• Descrição da arquitetura geral do padrão IEEE 802• Definições de gerenciamento• Definições de adaptação da subcamada Método de Acesso e camada Física.• Especificação da metodologia para a realização de testes de conformidade dos padrões IEEE para LANs e MANs.

802.2• Especificações do LLC (Logical Link Control)

802.3O esquema de nomenclatura é:<taxa de transmissão, Mbps> <tecnologia> <comprimento máximo/100 em metros>

Os principais padrões são:• 802.3a

Ethernet tipo 10Base2, que usa segmentos de 185m (arredondando teremos 200m) de cabo coaxial fino. Utilizados para pequenas instalações. Conhecido por Thinnet (cabo fino) ou Cheapernet (mais barato). Usa conectores tipo T.

• 802.3i Ethernet tipo 10BaseT, utiliza cabos de par trançado de até 100m. Usado em redes CSMA/CD multi-segmentadas. Possui taxa de transmissão de 10Mbps.

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• 802.3u FastEthernet tipos: 100BaseT4 (par trançado 4 fios), 100BaseTX (par trançado 4 pares de fios) e 100BaseFX (fibra óptica). Distância máxima de 100m. Usado em redes CSMA/CD multi-segmentadas. Possui taxa de transmissão de 100Mbps.

• 802.3z GigabitEthernet tipo 1000BASE-X. Utiliza fibra óptica a uma taxa de 1 Gbps.

• 802.3ab GigabitEthernet tipo 1000BASE-T. Utiliza cabo de par trançado a uma taxa de transmissão de 1 Gbps.

• 802.3ae 10 GigabitEthernet tipos: 10GBASE-SR, 10GBASE-LR, 10GBASE-ER, 10GBASE-SW, 10GBASE-LW, 10GBASE-EW. Utiliza fibra óptica a uma taxa de transmissão de 10 Gbps.

• 802.3an 10 GigabitEthernet tipo 10GBASE-T. Utiliza cabo UTP a uma taxa de transmissão de 10 Gbps.

5.1.2. Ethernet e o modelo OSIConforme já vimos a camada de enlace do modelo OSI é dividida em duas sub-

camadas no modelo IEEE 802, a sub-camada LLC (Logical Link Control) e a sub-camada MAC (Media Access Control).

A figura a seguir mostra mais detalhes dessa subdivisão.

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Modelo IEEE 802

LLC 802.2

Método de Acesso

802.3

CSMA/CD

Método de Acesso

802.4

Token Bus

Método de Acesso

802.5

Token Ring

Método de Acesso

802.6

DQDB

Camada Física 802.3




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5.1.3. Quadros da camada 2

A estrutura da sub-camada LLC é composta por quatro campos: Endereços de origem e destino de serviço (SSAP e DSAP), controle e informação.

SSAP (Source Service Access Point): 8 bits – indica o endereço de origem do serviço, e o bit C/R indica se é comando ou resposta.

DSAP (Destination Service Access Point): 8 bits – indica o endereço de destino do serviço, e o bit I/G indica se é um endereço individual ou em grupo.

Controle: 8 ou 16 bits – Identifica a PDU e especifica parâmetros de controle.Informação: 8 * M – contém dados do usuário LLC ou informações de controle.

A estrutura da sub-camada MAC é composta por oito campos: Preâmbulo, SFD, DA, SA, Tamanho, Dados LLC, PAD e FCS. Descritos, em detalhes, a seguir.

5.1.4. Estrutura do quadro Ethernet

5.1.5. Campos de um quadro EthernetDefinição dos campos:Preâmbulo – responsável pelo sincronismo.SFD (Start Frame Delimiter) – identificação do início do quadro.DA (Destination Address) – Endereço de Destino.SA (Source Address) – Endereço de Origem.Tamanho – Número de octetos (bytes) do campo de dados do LLC.Dados – PDU da sub-camada LLC (0 – 1500 bytes).PAD – campo de enchimento – número aleatório a fim de garantir um tamanho

mínimo do quadro (64 bytes).FCS (Frame Check Sequence) – calcula erros por CRC (Cyclic Redundancy Check)

5.2. Operação da Ethernet5.2.1. Media Access Control (MAC)

O formato do endereço MAC é o seguinte:

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Estrutura do quadro da subcamada MAC

Preâmbulo SFD DA SA Tam Dados LLC PDA FCS

7 1 6 26 >=0 >=0 4

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5.2.2. Regras MAC e detecção de colisõesAs funções da sub-camada MAC são as seguintes:

Preparar o quadro para transmissão Receber os dados da sub-camada LLC Acrescentar bits PAD para garantir o tamanho mínimo do quadro Ethernet. Realizar o cálculo do CRC

Entregar o quadro à camada física Fornecer a seqüência de bits para a camada física. Verificar a condição do canal Atrasar a transmissão a fim de evitar colisões Encerrar uma transmissão, no caso de detecção de colisão Calcular o tempo de espera Gerar sinal jam (rajada informando existência de colisão)

Receber o quadro da camada física Receber a seqüência de bits da camada física Excluir seqüências incompatíveis com o tamanho mínimo

Preparar o quadro na recepção Verificar erros por meio do cálculo do CRC Verificar o endereço de destino contido no quadro Entregar o dado à sub-camada LLC

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Endereçamento MAC

Endereço de 6 octetos (bytes) 48 bits 24 bits indicam o fabricante (OUI – Organizationally Unique Indentifier) 24 bits indicam o número da interface de rede definidos pelo fabricante Representação Hexadecimal Ex.: 00-60-2F-03-A7-5C

Características

Fabricante Interface de rede

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Para o controle da alocação do canal e detecção de erros é utilizado o procedimento CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

O CSMA/CD funciona da seguinte forma:1 – O host, que deseja transmitir, verifica a situação do canal, se há portadora.2 – A transmissão será iniciada quando o canal estiver livre.3 – A verificação da condição do canal é realizada também durante a transmissão.4 – No caso de detecção de colisão, a transmissão é abortada e é enviado um

sinal jam.5 – O host aguarda um tempo aleatório, baseado em algoritmos, e reinicia o

processo.

5.2.3. Temporização Ethernet e backoffA temporização da Ethernet é o tempo que um bit leva para atravessar uma

distância de um cabo UTP. O algoritmo backoff é calculado de modo a tentar evitar colisões.Se o tempo de espera fosse igual para todos os elementos transmissores as

colisões continuariam a ocorrer.O tempo de espera para a n-ésima tentativa de transmissão é dado por: Tespera = random (i) x St.

Onde,i = número que varia de 0 a 2k, e k= min(n,10), n= número de tentativas.St = slot time, tempo necessário para transmitir 64 bytes.

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CSMA/CD

Computador deseja transmitir

Transmite e verifica o canal

Canal está livre ?

Colisão ? OK

Transmite sinal jam

Espera utilizando o algoritmo

backoff

Não

Não

Sim

Sim

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Após 10 tentativas sem sucesso, o tempo de espera não é aumentado, e depois de 16 tentativas é gerada uma mensagem de erro.

5.2.4. Espaçamento entre quadros (Interframe spacing) e delimitação de quadros

O espaçamento entre quadros (Interframe spacing) é utilizado para definir o tempo mínimo entre o término da transmissão de um quadro e o início da transmissão de outro.

Os limites dos quadros podem ser determinados pela utilização de quatro métodos possíveis.

– Contagem de caracteres– Caracteres delimitadores– Utilização de flags– Violação de códigos do nível físico

5.2.5. Tratamento de errosO principal erro é proveniente de colisões, logo podemos ter em mente alguns

procedimentos para evitá-lo.São eles:

Diminuindo o comprimento da rede. Aumentando o tamanho da mensagem.

5.2.6. Tipos de colisãoPodemos definir colisão como o evento decorrente do fato de se transmitir dois ou

mais quadros no mesmo instante, no mesmo meio físico. Suas principais premissas são:

Todas as estações podem detectar colisões. Um quadro que tenha sofrido colisão deverá ser retransmitido.

Classificamos as colisões em: simples ou múltipla. Colisão Simples: que foi detectada mas o quadro foi transmitido com sucesso na tentativa seguinte. Colisão Múltipla: ocorrência de várias colisões para o mesmo quadro, com sucesso na última transmissão.

Os tipos de colisão podem ser: Local: no cabeamento. Remota: quadro com comprimento inferior ao mínimo. Tardia: após os 64 bytes do quadro.

5.2.7. Erros da EthernetOs erros mais comuns são:

Colisão ou ¨runt¨: Transmissão simultânea que ocorre antes do slot time. Colisão tardia: Transmissão simultânea que ocorre depois do slot time. Jabber, quadros longos: Transmissão de comprimento proibido. Quadros pequenos: Transmissão de comprimento proibido.

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Erro de FCS: Transmissão com dados corrompidos. Erro de alinhamento: Número incorreto de bits transmitidos. Erro de tamanho: Diferença entre o número real e o relatado. Fantasma: Preâmbulo longo.

5.2.8. Autonegociação da EthernetA autonegociação é utilizada para garantir, automaticamente, a compatibilidade

de parâmetros de interfaces de rede, como: taxa de transmissão (10 / 100 / 1000 Mbps) e modo de transmissão (Half ou Full-duplex).

5.2.9. Estabelecimento de um link, full-duplex e half-duplexOs modos de operação de uma conexão Ethernet podem ser:

Half-duplex: conexão que permite o tráfego nos dois sentidos, mas apenas em um sentido de cada vez. Full-duplex: conexão que permite tráfego em ambos os sentidos, simultaneamente.

6. Tecnologias Ethernet6.1. Ethernet 10 Mbps e 100 Mbps6.1.1. Ethernet 10 Mbps

A Ethernet de 10 Mbps foi criada em 1978 e foram desenvolvidos alguns padrões que serão tratados a seguir.

6.1.1.1. 10BASE5O tipo 10BASE5 possui as seguintes características:• Padrão 802.3c.• Taxa de transmissão de 10 Mbps.• Sinalização em banda base.• Usa cabo coaxial grosso, com comprimento máximo de 500m, por segmento.• Conector AUI.• Opera no modo half-duplex.• Utiliza a codificação Manchester.• Topologia de barramento.

6.1.1.2. 10BASE2O tipo 10BASE2 possui as seguintes características:• Padrão 802.3a.• Taxa de transmissão de 10 Mbps.• Sinalização em banda base.• Usa cabo coaxial fino, mais leve, flexível e de custo menor. Com comprimento máximo de 185 metros (arredondamento 200m).

• Conector BNC.• Opera no modo half-duplex.• Utiliza codificação Manchester.• Topologia de barramento.

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6.1.1.3. 10BASE-TO tipo 10BASE-T foi introduzido em 1990 e possui as seguintes características:• Padrão 802.3i.• Taxa de transmissão de 10 Mbps.• Sinalização em banda base.• Usa cabo de par-trançado UTP, que também é flexível e de baixo custo. Com comprimento máximo de 100 metros, amplamente utilizado.

• Conector RJ-45.• Pode operar nos modos half-duplex ou full-duplex.• Utiliza o procedimento CSMA/CD.• Utiliza topologia em estrela com um hub central.• Sua grande vantagem refere-se ao fato de que uma falha no cabo afeta somente uma estação.

6.1.1.4. Cabeamento e arquitetura do 10BASE-T

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10BaseT

Hub

Cabo UTP

Cabo UTP

Cabo UTP

Cabo UTP

Conectores RJ-45

12345678

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1. O comprimento do cabo UTP, por segmento, é normalmente de 1 a 100 metros entre a estação de trabalho e o hub.

2. O comprimento do cabo UTP, por segmento, também é normalmente de 1 a 100 metros entre hubs. Cada hub é considerado um repetidor multiportas, a distância entre os hubs contam na direção do limite do repetidor.

3. Os dois hubs stackable (¨empilháveis¨), com backplanes interconectados, contam como apenas um hub (repetidor).

Pino Função1 TD+ (transmissão, sentido positivo)2 TD- (transmissão, sentido negativo)3 RD+ (recepção, sentido positivo)4 Não usado5 Não usado6 RD- (recepção, sentido negativo)7 Não usado8 Não usado

Dispositivos que transmitem nos pinos 1 e 2 e recebem nos pinos 3 e 6

Dispositivos que transmitem nos pinos 3 e 6 e recebem nos pinos 1 e 2

Computadores (interfaces de rede) HubsRoteadores Switches

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10BaseT - Interligações

1 2

2

3

1

1

1

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6.1.2. Ethernet 100 MbpsA Ethernet 100 Mbps é conhecida por FastEthernet, padrão IEEE 802.3u.A principal característica da Ethernet 100 Mbps é sua taxa de transmissão, dez

vezes maior que o padrão 10BASE-T.Os principais padrões da tecnologia Ethernet 100 Mbps são:• 100BASE-TX, meio físico de cabo de cobre UTP• 100BASE-FX, meio físico de fibra óptica multimodo.

6.1.2.1. 100BASE-TXSuas características são:• Taxa de transmissão de 100 Mbps.• Sinalização em banda base.• Usa cabo de par trançado UTP (cat5). Com comprimento máximo de 100 metros, amplamente utilizado.

• Conector RJ-45.• Pode operar nos modos half-duplex ou full-duplex.• Utiliza o procedimento CSMA/CD.• Utiliza topologia em estrela ou barramento.

6.1.2.2. 100BASE-FXSuas características são:• Taxa de transmissão de 100 Mbps.• Sinalização em banda base.• Usa cabo de fibra óptica de duas vias.• Conector ST ou SC.

6.1.2.3. Arquitetura Fast EthernetA arquitetura Fast Ethernet para cabeamento par trançado segue as mesmas

especificações da Ethernet 10 Mbps.Quanto a 100Base-FX, a pinagem é a seguinte:

Pino Função1 Tx (Transmissão de sinal por LEDs e transmissores a laser)2 Rx (Recepção de sinal por fotodiodos)

6.2. Gigabit Ethernet e 10 Gigabit Ethernet6.2.1. Ethernet 1000 Mbps

A Ethernet 1000 Mbps ou Gigabit Ethernet utiliza cabeamento de cobre (par trançado) e fibra óptica.

A seguir temos os padrões da Ethernet 1000 Mbps:

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• 1000BASE-X, IEEE 802.3z, opera a uma taxa de transmissão de 1 Gbps, no modo full-duplex, com cabo de fibra óptica.

• 1000BASE-T• 1000BASE-TX• 1000BASE-SX• 1000BASE-LX

6.2.1.1. 1000BASE-TEspecificação IEEE 802.3ab, usa cabo de par trançado (categoria 5, ou maior).

6.2.1.2. 1000BASE-TX, SX e LXAs especificações 1000BASE-TX, 1000BASE-SX e 1000BASE-LX usam os mesmos

parâmetros de temporização e um tempo de bit de 1 nanosegundo.

6.2.1.3. Arquitetura Gigabit Ethernet

1 – O cabeamento pode ser em cobre (par trançado) ou fibra óptica. Normalmente, é usado UTP devido ao custo.

2 - O cabeamento pode ser em cobre (par trançado) ou fibra óptica. Normalmente, é usada a fibra óptica.

6.2.2. Ethernet 10 Gigabit• 10GBASE-SR: destinado a curtas distâncias através de fibras multimodo já

instaladas, suporta uma distância entre 26 m e 82 m.

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GigabitEthernet

1

2

1

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• 10GBASE-LX4: utiliza WDM (Wavelength Division Multiplexing), suporta distâncias de 240 m a 300 m através das fibras multimodo já instaladas, e 10 km através de fibras monomodo.

• 10GBASE-LR e 10GBASE-ER: suporta de 10 km a 40 km através de fibra monomodo.

• 10GBASE-SW, 10GBASE-LW e 10GBASE-EW: conhecidos de forma genérica como 10GBASE-W são destinados a funcionar com equipamentos OC-192 STM (synchronous transport module) SONET/SDH para WAN.

6.2.2.1. Arquiteturas 10 Gigabit Ethernet

1 e 2 – O cabeamento utilizado atualmente é a fibra óptica.

6.2.2.2. Futuro da EthernetO futuro dos meios físicos de rede:• Cobre (atualmente 1 Gbps, provavelmente cresça).• Fibra óptica (atualmente 10 Gbps e em breve atingirá taxas maiores).• Sem fio (aproximadamente 100 Mbps, e deve crescer).

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10 GigabitEthernet

1

2

1

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7. Comutação e domínios Ethernet7.1. Comutação Ethernet7.1.1. Bridging da Camada 2

Com o aumento do número de hosts (estações de trabalho ou servidores) em uma rede local, temos um acréscimo na probabilidade de ocorrência de colisões e, conseqüentemente, no número de retransmissões, o que causa uma lentidão na rede.

A solução encontrada é dividir a rede em segmentos menores. A esta divisão da rede em segmentos, a fim de diminuirmos o número de ocorrência de colisões, denominamos domínio de colisão.

Os equipamentos capazes de realizar esta função são as bridges e os switches.Outro conceito importante é o domínio de broadcast, área onde o sinal enviado

é recebido por todos os dispositivos nela conectados.

7.1.2. Comutação da Camada 2As bridges possuem duas portas, ou seja, dividem o domínio de colisão em duas

partes, sem ter efeito sobre o domínio de broadcast.Os switches possuem mais portas. Para saber para onde deve enviar o quadro

recebido, utiliza uma tabela de comutação de quadros, denominada tabela MAC.

7.1.3. Operação de um SwitchOs switches examinam o cabeçalho para escolher como processar o quadro.

Normalmente, os switches decidem enviar e filtrar os quadros, aprendem os endereços MAC e utilizam o protocolo STP (Spanning Tree Protocol) para evitar loops.

A seguir temos a descrição das atividades de operação de um switch:Atividade 1 - Os switches encaminham os quadros baseando-se no endereço de

destino:1 - Se o endereço de destino é um endereço de broadcast, multicast ou um

unicast não listado na sua tabela, o switch envia um sinal de flood, sinal enviado para todas a portas exceto a de origem do quadro.

2 - Se o endereço de destino é um endereço de unicast conhecido, ou seja, já consta da sua tabela, o switch realiza as seguintes operações:a) Se a interface de saída listada na tabela MAC é diferente da interface de

origem do quadro, o switch encaminha o quadro para a porta de saída conforme indicação da tabela.

b) Se a interface de saída listada na tabela MAC é igual à interface de origem do quadro, o switch ignora o quadro.

Atividade 2 - Lógica de construção da tabela MAC.1 - Para cada quadro recebido, o switch anota o endereço MAC e a porta por

onde foi recebido o quadro.a) Se não consta na tabela, faz a associação do endereço MAC à porta, e

coloca (¨seta¨) o temporizador de inatividade em zero.b) Se já consta na tabela, e reinicializa (¨reseta¨) o temporizador de

inatividade em zero.

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Atividade 3 – Os switches utilizam o protocolo STP, o que causa o bloqueio de algumas interfaces para receber ou enviar quadros. Esse mecanismo serve para evitar loops na rede.

7.1.4. LatênciaDenominamos latência ao atraso que um quadro sofre para ir da origem até o

destino.Os parâmetros que influenciam na latência de uma rede são:• o meio físico• a capacidade de processamento dos dispositivos, ao longo do caminho• os atrasos causados pelas decisões de comutação• os atrasos causados por retransmissões dos quadros,

7.1.5. Modos de um switchNo capítulo 4, já vimos alguns métodos de encaminhamento de quadros. Neste

capítulo acrescentamos mais alguns modos de encaminhamento de quadros. Então podemos descrever:

Store-and-forward Cut-through Fragment Free

No método Store-and-forward todo quadro é armazenado e é analisada a integridade do dado, se correto é realizada a consulta à tabela de endereços MAC ( MAC address table ) para determinar a porta de destino. No caso de erro, o quadro é descartado.

No método Cut-through a consulta à tabela é iniciada no recebimento do quadro e o envio é imediato. O que pode causar o envio de quadros com erros, e retransmissões pela camada de transporte.

No método Fragment-free os primeiros 64 bytes são lidos (incluindo o cabeçalho do quadro) e a comutação se inicia antes que sejam lidos todo o campo de dados e o checksum. Este modo verifica a maioria dos erros e possui baixa latência.

7.2. Domínios de Colisão e Domínios de Broadcast7.2.1. Ambiente de meios compartilhados

Podemos verificar pelos estudos realizados até o momento que os computadores compartilham o meio físico para transmitir seus dados.

Vimos também que com o aumento do número de equipamentos transmitindo seus dados nesse ambiente compartilhado a chance de ocorrer uma colisão aumenta.

Vamos analisar agora a diferença entre domínios de colisão e de broadcast e como construí-los de maneira a melhorar a performance da rede.

7.2.2. Domínios de colisãoOs domínios de colisão são áreas segmentadas pelos dispositivos de camada 2

(bridges e switches) de forma a diminuir os efeitos das colisões de quadros sobre o desempenho da rede.

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7.2.3. SegmentaçãoComo vimos na figura anterior, a rede foi segmentada (ou dividida) em 4

domínios de colisão: As estações ligadas ao hub concorrem entre si dentro do primeiro domínio. A estação ligada à bridge compõe um segundo domínio. O switch criou mais dois domínios de colisão.

7.2.4. Broadcasts da Camada 2O Broadcast da camada 2 é uma forma de uma estação se comunicar com todas

as demais de uma só vez.Quando as estações de trabalho precisam localizar um endereço MAC que não está

na sua tabela MAC, fazem uma solicitação broadcast por meio do protocolo ARP (Address Resolution Protocol).

Para encaminhar dados para todos os domínios de colisão, são enviados quadros com o endereço FF-FF-FF-FF-FF-FF.

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Domínio de Colisão

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7.2.5. Domínios de broadcast

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Domínio de Broadcast

Criação de Domínios de Broadcast

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7.2.6. Fluxo de dados

O fluxo de dados se refere ao caminho dos dados por meio dos dispositivos das camadas 1, 2 e 3, após a transmissão pela estação de origem até a chegada a estação de destino.

• Dispositivo da Camada 01: sincroniza, amplifica e transmite o dado (seqüência de bits).• Dispositivo da Camada 02: encaminha ou filtra os dados (quadros) com base no endereço físico (no caso, endereço MAC).• Dispositivo da Camada 03: encaminha ou filtra os dados com base no endereço lógico (no caso, endereço IP).

7.2.7. Segmento de rede

O conceito de segmento de rede significa é uma subdivisão da rede.Não devemos confundir com a definição de segmento da camada de transporte

que indica a PDU da camada 4.

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Teleprocessamento e Redes de Com Put Adores Ate Cap7