Afinal como tudo começou?
Para encontrar essa resposta vamos analisar os fatos históricos que ajudaram na evolução das redes de comunicação.
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Convite ao estudo
As redes de computadores estão presentes na maioria dos serviços que consumimos diariamente, tanto ao passar o cartão para efetuar um pagamento, assistir a um filme por serviço on demand (sob demanda), quanto ao pedir comida por um aplicativo no dispositivo móvel.
Com o aumento dos serviços providos por rede, a maior oferta e disponibilidade dos provedores de internet e a popularização dos dispositivos móveis, é necessário, para a garantia e a continuidade dos serviços, que haja crescimento na formação de profissionais de tecnologia da informação que possuam conhecimentos apropriados sobre redes de computadores.
Os estudos e conhecimentos adquiridos em redes de computadores permitirão que você administre, organize e gerencie uma rede de computadores, proporcionando segurança e qualidade de serviço para que a empresa possa exercer as suas atividades.
Ao longo deste livro, você terá oportunidade de compreender:
- Os aspectos históricos, os meios de transmissão, os tipos de sinais e modos de operação utilizados nas redes de telecomunicações.
- Os aspectos básicos das redes de computadores, os mecanismos envolvidos nas redes de difusão e ponto a ponto e os hardwares que podem prover a troca de mensagens.
- Os equipamentos (roteador, bridges, switch e repetidor) utilizados nas infraestruturas, as topologias, os tipos de rede segundo o nível de abrangência e as redes sem fio.
Para o entendimento das questões aqui tratadas, baseie-se no seguinte contexto:
Uma empresa que desenvolve jogos para smartphones e computadores, cuja matriz está localizada a cidade de São Paulo, tem em seu portfólio vários jogos de sucesso desenvolvidos pela companhia, essa fama, na qualidade dos seus produtos, fez com que uma escola, localizada na cidade de Campinas, interior do estado de São Paulo, solicitasse o desenvolvimento de jogos educacionais.
A sua equipe, portanto, deve estar bem preparada para esse desafio. Vamos, então, estruturar as redes da empresa?
Praticar para aprender
Os aspectos básicos e históricos no tocante à comunicação de dados, os meios e os métodos de transmissão permitirão que você compreenda quais são os serviços necessários para prover a comunicação entre as redes e como tomar uma decisão ao contratá-los. Isso será alicerce de seu conhecimento para o entendimento da evolução e das necessidades de desenvolvimento de serviços de redes de computadores.
Agora vamos voltar ao contexto apresentado no início desta unidade de ensino, onde a empresa na qual você trabalha foi contratada por uma escola para o desenvolvimento de jogos educativos. Para essa nova demanda, a empresa deseja abrir uma filial na área central da cidade de Campinas. Após algumas reuniões, a sua equipe foi indicada pelo diretor de TI para implementação, estruturação e gerenciamento da nova rede, graças às competências e habilidades demonstradas em outros projetos anteriores.
O projeto visa à implementação de uma infraestrutura de redes para a empresa R, na cidade de Campinas (área central). Para que se atendam às necessidades iniciais, algumas especificações técnicas devem ser cumpridas, como:
- Disponibilidade de serviços: SLA (Service Level Agreement – Acordo de Nível de Serviço), ou seja, o contrato com as especificações dos serviços contratados (mínimo de 95% de disponibilidade. Taxa de upload e download de 30MB).
- Valor dos pacotes de serviço.
- Link dedicado para comunicar a matriz e a filial, com fibra óptica e velocidade de 1 GB.
Para isso, você deverá fazer uma pesquisa de mercado com os planos comerciais disponíveis nas operadoras de Telecom.
A sua pesquisa deve ser apresentada para a diretoria da empresa, em formato de relatório, com as informações de pelo menos duas empresas e a justificativa do pacote recomendado pela sua equipe.
conceito-chave
Com o crescente acesso à internet, o desenvolvimento de novos serviços de streaming (vídeo, música, filmes e jogos on-line via internet) e a popularização dos dispositivos móveis, a demanda por profissionais com conhecimento técnico para estruturação de servidores, cabeamento estruturado, configuração de equipamentos, planejamento para implementação e administração das redes cresce proporcionalmente ao consumo de seus serviços.
Nesse sentido, você já se perguntou como tudo isso começou?
O INÍCIO – 1961 A 1972
Segundo Kurose (2006), os primeiros estudos relacionados a redes de computadores ocorreram no início da década de 1960. As pesquisas foram realizadas por diferentes grupos, sendo eles:
- Leonardo Kleinrock (1961 a 1964), por meio de seus estudos de doutorado no MIT, desenvolveu uma técnica de comutação de pacotes em rajadas.
- Paul Baran (1964) deu continuidade aos estudos de Kleinrock e efetuou a transmissão segura de voz em redes militares.
- Em 1967, surge a Arpanet por meio dos estudos desenvolvidos no MIT.
- Em 1969, na Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), foi instalada a primeira rede com a capacidade de transmissão de mensagens por meio de interfaces.
- Em 1972, a Arpanet possuía 15 nodos (“nodos” é o termo usado para designar nós de redes) e havia desenvolvido o primeiro protocolo de comunicação em rede, chamado NCP (Network Control Protocol).
Os primeiros estudos e desenvolvimentos ocorridos foram posteriores ao período pós-Segunda Guerra Mundial. Esses fatos históricos acabaram por beneficiar a ciência da computação, pois havia um interesse dos dois eixos envolvidos nos conflitos para a interceptação e decodificação dos códigos.
SURGIMENTO DE MAIS REDES – 1972 A 1980
Uma década após o surgimento das primeiras técnicas aplicadas em de redes de computadores, os pesquisadores ao redor do mundo tomaram conhecimento delas nos congressos e nas conferências que discutiam comunicação. Segundo Kurose (2006), em meados dos anos 1970, surgiram novos estudos e novas experiências das redes:
- ALOHAnet, uma rede que ligava as universidades existentes nas ilhas do Havaí, onde se utilizavam micro-ondas para prover a comunicação de dados.
- Cyclades, rede francesa que utilizava comutação de pacotes desenvolvida por Louis Pouzin.
- Rede SNA pertencente à IBM, com um trabalho próximo ao que era realizado na Arpanet.
Ainda ao final dos anos 1970, o interesse militar americano na comunicação via rede favorecia as pesquisas, pois a Darpa (Defense Advance Research Projects Agency – Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa) patrocinava diversos estudos.
Nessa época, foram projetadas as primeiras versões do protocolo TCP, IP e UDP, essenciais na estruturação dos serviços de redes como conhecemos hoje.
AUMENTO DO NÚMERO DE REDES – 1980 A 1990
Além dos interesses militares estratégicos, o mercado vislumbrava uma potencial forma de alavancar milhares de dólares. Com isso, a iniciativa privada “entrava de cabeça” no promissor mercado de comunicação de dados, patrocinando alguns estudos e desenvolvimentos.
Kurose (2006) descreve que, ao final da década de 1980, as universidades formaram uma confederação de redes com aproximadamente cem mil dispositivos. Grande parte disso se deu no dia 1º de janeiro de 1983, quando o protocolo TCP/IP foi adotado oficialmente. Além disso, surge o sistema de controle de nomes de domínios (DNS), que possibilitou a associação de um número IP a um nome de um domínio.
Na década de 1980, o exemplo mais emblemático dos interesses comerciais e da crescente evolução dos serviços de comunicação de dados foi o projeto Minitel, desenvolvido na França. O governo francês disponibilizou para 20% da população três tipos de serviços digitais: acesso à lista telefônica, navegação por sites particulares e a utilização de home banking (serviços bancários).
Período evolutivo da internet – Década de 1990
Ao final da década de 1980, diversas tecnologias haviam sido desenvolvidas, porém a maior contribuição, segundo Kurose (2006), surgiu na década de 1990. A principal delas foi a World Wide Web, inventada no CERN (European Center for Nuclear Physica – Centro Europeu para Física Nuclear). Com isso, ocorreu a evolução do hipertexto para desenvolvimento de websites e dos navegadores (Netscape e Internet Explorer).
Na segunda metade dos anos 1990, tanto as empresas privadas quanto as pesquisas por meios acadêmicos fizeram com que surgissem os seguintes serviços:
- E-mail, com a possibilidade de anexar arquivos.
- E-commerce com a navegação web.
- Mensagens instantâneas; na época, o ICQ.
- Compartilhamento de arquivos para MP3 do tipo P2P, na época o Napster.
Os altos lucros alcançados por empresas como Microsoft, Cisco, AOL, e-Bay e Amazon fizeram com que a velocidade de transmissão, novos equipamentos e métodos de acesso à internet fossem os novos alvos de pesquisas, patrocinadas para o aumento na qualidade e disponibilidade dos seus serviços.
ATUALMENTE
Na última década houve uma evolução das tecnologias desenvolvidas para a comunicação, que possibilitou a disponibilização de serviços como: vídeo on demand, VoIP, jogos on-line, streaming de músicas, entre outros. Além disso, objetos utilizados no nosso cotidiano passaram a se conectar na rede mundial, tais como os carros, celulares, televisores, entre diversos outros dispositivos.
Assimile
Repare que o desenvolvimento dos protocolos acaba por criar uma dependência funcional entre eles. Isso ocorre porque de nada adiantaria o desenvolvimento do protocolo HTTP se não houvesse o DNS para poder resolver o nome dos sites onde os hipertextos estão hospedados. E jamais um servidor, independentemente dos serviços disponibilizados, conseguiria ser atingido se não houvesse os protocolos TCP/IP. Por isso, o funcionamento de um serviço depende da sincronia de diversos protocolos nas redes atuais.
Para evoluirmos um pouco mais, é necessário compreender os tipos de sinais utilizados na comunicação. Vamos observar como isso está presente no nosso dia a dia. Alguns canais de televisão possuem duas opções de acesso, por sinais analógico e/ou digital, contexto em que se evidencia a evolução tecnológica do sinal digital (som e imagem).
Em redes de computadores, esses dois sinais também estão presentes nos tipos de transmissão e determinam a qualidade do serviço.
SINAL ANALÓGICO
Segundo Tanenbaum (1997), os sinais analógicos são ondas eletromagnéticas que assumem infinitos valores ao longo do tempo. Este sinal é representado por uma onda senoidal com as seguintes características:
- Amplitude: representa intensidade mais alta dos sinais elétricos (volts).
- Frequência: medida em hertz, define a quantidade de ciclos em um intervalo de tempo.
- Fase: define o formato da onda senoidal e pode ser medida em graus ou radianos.
Para uma melhor compreensão do sinal analógico, observe o sinal produzido pela voz humana na Figura 1.2.
SINAL DIGITAL
Em contrapartida, o sinal digital é representado por 0 s e 1 s, ou seja, de forma binária. A representação dos seus valores é dada como discreta ao longo do tempo e amplitude. Com isso, é possível diminuir a taxa de oscilação, fenômeno este responsável pelo aumento da qualidade de serviço. Quando ocorre uma transmissão de dados, há um processo de codificação (digitalização) desse sinal. Com isso:
- Os sinais digitais não sofrem degradação dos serviços por interferência ou ruídos.
- Pode-se transmitir maior quantidade de informações.
Observe a Figura 1.3, com as características do sinal digital.
Exemplificando
Para compreender o termo “discreto ao longo do tempo”, imagine que na transmissão de televisão um canal utilize sinais analógicos, com as seguintes variações:
(0.032 – 0.333 – 0.998 – 1.044 – 0.265)
No sinal digital, como os valores assumem características discretas, utilizando as mesmas medições do exemplo de sinais analógicos, teríamos que:
(0 – 0 – 1 – 1 – 0)
Ou seja, valores binários.
Esses sinais, em uma transmissão feita por uma internet cabeada (oferecida pelas operadoras), em que se pretende acessar um site a partir de um dispositivo, ocorrem da seguinte forma:
- Os modems fornecidos pelas operadoras fazem a adequação do sinal digital com o meio disponibilizado pela operadora.
- O modem recebe os sinais emitidos pelo computador (entende-se notebooks, tablets e smartphones) e coloca no meio de transmissão fornecido pela operadora (processo conhecido como modulação).
- Ao chegar ao destino, é efetuado o processo inverso.
Os modos de transmissão dos sinais nas redes de comunicação de dados podem variar conforme o sentido pelo qual ocorrem as trocas de mensagens, o número de bits enviados simultaneamente e a sincronização entre computador e servidor. Basicamente, Kurose (2006) define três categorias:
Simplex: caracteriza-se pela comunicação ser em sentido único, em que um emite a mensagem e o outro a recebe. Observe a Figura 1.4.
Hub é um equipamento utilizado em algumas redes para comunicar os computadores, o qual tem a capacidade de emitir e receber mensagens, porém não consegue fazer os dois processamentos de forma simultânea.
Full-duplex: caracteriza-se pela capacidade de transmitir e receber as mensagens de forma simultânea. Observe a Figura 1.6.
O switch é um equipamento para interligar redes e tem a capacidade de emitir e receber mensagens simultaneamente.
reflita
Existem diversos equipamentos no dia a dia das pessoas que utilizam os três modos de transmissão: simplex, half-duplex e full-duplex. São modos utilizados para prover a comunicação, encontrados nas casas, no trabalho e no convívio das pessoas. De que forma podem ser identificados os três modos de transmissão em dispositivos utilizados diariamente?
MEIOS DE TRANSMISSÃO
Tanenbaum (1997) define que, para que os sinais possam ser transmitidos, existem dois tipos de meios de transmissão:
- Guiado:
- Par-trançado: nesta modalidade os fios são enrolados de forma helicoidal, pela qual ocorre menos interferência, uma vez que as ondas formadas em volta dos fios se cancelam. Esses fios suportam sinais analógicos e digitais nas suas transmissões e são divididos em CAT 5, 5e, 6 e 7, que se diferenciam pela largura de banda suportada ou pela presença ou não de blindagem.
- Cabo coaxial: o cabo tem um núcleo de cobre, envolto por uma camada plástica isolante, que, por sua vez, é circundada por uma malha externa. Possibilita ligar redes com distância maiores, maior velocidade que o par trançado e recebe menos ruídos. São dois tipos utilizados na comunicação de dados, coaxial 10Base2 para taxas de transmissão de 10 Mbps e segmentos de até 185 m e o cabo 10Base5, para redes de banda larga e alcance de até 500 m.
- Fibra óptica: o cabo de fibra é constituído por um núcleo e uma casca de sílica em sua volta. A luz é injetada por leds onde os dados são transmitidos. Ao receber as informações, o sinal óptico é transformado em sinal elétrico. Nesse tipo de transmissão, é possível alcançar velocidade de até 10 terabytes por segundo.
- Par-trançado: nesta modalidade os fios são enrolados de forma helicoidal, pela qual ocorre menos interferência, uma vez que as ondas formadas em volta dos fios se cancelam. Esses fios suportam sinais analógicos e digitais nas suas transmissões e são divididos em CAT 5, 5e, 6 e 7, que se diferenciam pela largura de banda suportada ou pela presença ou não de blindagem.
- Não guiado:
- Rádio: o sinal do rádio é feito por torres de transmissão até o ponto de instalação das antenas receptoras. Apesar das distâncias alcançadas, o sinal recebe atenuação de vários obstáculos, como as construções, as árvores, além das interferências climáticas e, com isso, há perda na qualidade e às vezes até falha no sinal.
- Micro-ondas: neste tipo de transmissão, as ondas viajam em linha reta entre o emissor e o receptor; portanto, para fazer a ligação entre duas redes, faz-se necessário que haja visada entre as antenas. Pode-se atingir uma distância de até 80 km com uma antena elevada 100 m do solo, em uma geografia plana.
- Satélites: neste meio de transmissão, os sinais são enviados para os objetos que ficam estacionados acima da atmosfera terrestre, conhecidos como geoestacionários. São divididos em LEO (Low Earth Orbit – órbita terrestre baixa), MEO (Medium Earth Orbit – órbita terrestre média) e HEO (Hight Earth Orbit – órbita terrestre alta). Tais transmissões podem sofrer atrasos graças à distância entre emissor e receptor, além das interferências climáticas.
- Rádio: o sinal do rádio é feito por torres de transmissão até o ponto de instalação das antenas receptoras. Apesar das distâncias alcançadas, o sinal recebe atenuação de vários obstáculos, como as construções, as árvores, além das interferências climáticas e, com isso, há perda na qualidade e às vezes até falha no sinal.
Os meios escolhidos para a transmissão podem variar conforme disponibilidade de infraestrutura, geografia, distância entre os pontos, viabilidade financeira, entre outros propósitos.