INTRODUÇÃO A REDES DE COMPUTADORES

Como compartilhar dispositivos e sistemas em uma empresa?

Vamos responder essa questão analisando todas as características de infraestruturas e aplicações possíveis que as redes de computadores podem proporcionar.

Fonte: Shuttersrock.

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Praticar para aprender

Até o momento já estudamos sobre:

• Os fatos históricos que ajudaram na evolução das redes de comunicação. 
  
• Os tipos de sinais utilizados para prover a troca de mensagens.
  
• O formato das operações realizadas em telecomunicações.
  

E também estudamos os meios de transmissão que são utilizados nas estruturas físicas. 

A partir de agora vamos estudar os seguintes tópicos:

• Os aspectos técnicos das redes de computadores. 
  
• As aplicações possíveis nas infraestruturas disponíveis.
  
• O funcionamento e os mecanismos envolvidos nas redes de difusão e ponto a ponto.
  
• A forma como os hardwares básicos auxiliam para que a comunicação de dados ocorra. 
  

Tais conhecimentos vão auxiliá-lo a planejar e estruturar uma rede, utilizando alguns equipamentos simples para prover a comunicação entre os dispositivos de uma rede.

Vamos retomar ao contexto de aprendizagem. Trata-se de uma empresa que desenvolve jogos para computadores e smartphones, cuja matriz se localiza na cidade de São Paulo. Graças a um contrato com as escolas do município de Campinas, uma filial foi instalada na cidade. O diretor de TI, no entanto, está apreensivo, pois os desenvolvedores só podem dar início às suas atividades quando o novo endereço possuir uma infraestrutura de rede mínima. 

Para isso, foi solicitado que a matriz disponibilizasse alguns equipamentos como desktops, impressoras, roteador e hub, para que fossem instalados na planta baixa a seguir:

Os equipamentos devem ser instalados da seguinte forma:

• Recepção (R): 1 computador.
  
• Sala do Gerente de Projetos (G): 1 computador, 1 impressora.
  
• Sala de desenvolvimento (D): 4 computadores; 1 impressora, 1 hub.
  
• Sala de reunião (R): 1 roteador, 1 hub.
  

Com base na infraestrutura mencionada anteriormente, você deverá efetuar as configurações e o desenvolvimento da infraestrutura das redes, no software de simulação de redes de computadores Packet Tracer. Para isso, faça download da versão apropriada ao seu sistema operacional, disponível em: https://bit.ly/2NGiKDr. Acesso em: 12 mar. 2017.

O Packet Tracer é um software que permite simular uma estrutura de rede, com diversos equipamentos como: desktops, notebooks, roteador, switch, hub, servidores e seus serviços (e-mail, FTP, DNS, DHCP, HTTP, entre outros).

De que forma a sua equipe pode utilizar os equipamentos de hardware de rede básicos para que a rede possam funcionar dentro do padrão de qualidade esperado?

Pronto para esse novo desafio? Vamos lá!

conceito-chave

É notório como houve uma evolução significativa nas aplicações que utilizamos por meio da internet, e a cada dia criamos uma dependência desses serviços pela comodidade que podem proporcionar. Todos esses elementos estão presentes nos aplicativos de celular, nos meios de pagamentos eletrônicos (cartão de debito e crédito, internet banking), entre diversos outros serviços que utilizamos no nosso cotidiano. 

Mas, por trás de todos esses serviços consumidos diariamente, existe uma infraestrutura que deve ser planejada e administrada para garantir a continuidade das aplicações e a qualidade dos seus serviços.

Segundo Tanenbaum (1997), as empresas têm um número significativo de computadores, dispositivos e sistemas. O compartilhamento desses recursos é um dos primeiros desafios do administrador de redes, pois elas devem permitir que os usuários possam utilizar os mesmos dispositivos como impressoras, repositório de arquivos e as funcionalidades que cada sistema possui.

Nas primeiras redes era possível compartilhar os arquivos e dispositivos das redes dentro de uma mesma organização, conforme pode ser observado na Figura 1.9.

Na rede de exemplo, pode-se perceber que os dispositivos PC0, PC1, Printer0 (impressora), Server0 e Hub0 estão diretamente ligados por meio do Switch0, já o PC2 está indiretamente ligado aos demais dispositivos pelo Hub. Os computadores dessa rede podem compartilhar a impressora e os arquivos por meio do servidor. Porém, repare que essa rede não possibilita acesso externo.

Com o advento da internet, as aplicações e os compartilhamentos possíveis não estavam mais presos aos dispositivos da rede local, conforme demonstrado na Figura 1.10.

Observe que, na Rede A, estão localizados os computadores e as impressoras; na Rede B, imagine que por uma questão de segurança o servidor está localizado em outra cidade. Por meio das técnicas de endereçamento é possível acessar serviços e dispositivos em qualquer lugar com internet.

Para conceituar os exemplos anteriores, Forouzan (2006) define que em uma rede privada os recursos e sistemas compartilhados ficam restritos à organização e podem estar estruturados de duas formas:

• Intranet: compreende uma rede privada que utiliza em sua estrutura física e lógica o modelo de internet. Porém, os serviços de rede como servidores de arquivos e impressão, servidor web e as aplicações são de uso interno.
  
• Extranet: conhecida popularmente como internet, tem como diferença o fato de que os recursos só podem ser acessados com autorização de um administrador da rede de uma companhia. 
  

Segundo Forouzan (2006), o conjunto dos vários dispositivos e links que possibilitam conectar redes geograficamente distribuídas, ou mesmo as redes locais, deve atender aos seguintes critérios:

• Desempenho: normalmente é medido pelo tempo que uma mensagem leva para ir de um dispositivo a outro. Algumas métricas, como vazão, atraso ou perda de pacotes, são indicadores de degradação dos serviços (Na Unidade 4 isso será estudado com maiores detalhes).
  
• Confiabilidade: mede a frequência com que as falhas de desempenho ocorrem e o tempo durante o qual a rede leva para se recuperar. O gerenciamento da confiabilidade pode ajudar a garantir a QoS (Quality of Services – Qualidade dos Serviços).
  
• Segurança: garantir a não ocorrência de incidentes de acesso não autorizado, a proteção quanto aos danos causados e a implementação das políticas de segurança.

Todas as características de infraestruturas e aplicações possíveis que as redes de computadores podem proporcionar demonstram a importância econômica que podem representar para uma população a correta administração e o correto gerenciamento dos serviços providos pelas redes.  

Para prover a comunicação entre dois pontos distintos, independentemente de a rede ser interna ou externa, Tanenbaum (1997) define que existem dois tipos de tecnologias que são utilizados: os links de difusão e os links ponto a ponto.

REDES DE DIFUSÃO

Nas redes de difusão, existe apenas um canal de comunicação em que todas as máquinas compartilham esse meio. A mensagem é enviada por meio de um pacote, que contém o endereço do destinatário. Esse pacote é enviado a todos os dispositivos da rede, e cada um dos computadores, ao receber a mensagem, verifica o endereço. Se for destinado à máquina, o pacote é processado, senão a mensagem é descartada. Essa técnica é demonstrada na Figura 1.11.

Observe que na rede acima foi enviada uma mensagem do PC5 para o PC0. Ao receber a mensagem, cada computador verifica o endereço do destinatário: se for negado, é colocado um “X” em vermelho; o PC0, por sua vez, confirma o recebimento com um “V” na cor verde.

Kurose (2006) exemplifica que as rádios FM utilizam redes de difusão, pois as estações de transmissão enviam os sinais para os rádios receptores que se encontram nas residências e nos veículos.

REDES PONTO A PONTO

Neste tipo de rede, os pacotes percorrem por diversos dispositivos intermediários até atingir o destino correto. Observe a Figura 1.12.

No exemplo anterior, a rede à esquerda representa um escritório localizado em uma cidade qualquer; a rede à direita, por sua vez, é um servidor localizado em outro estado. O PC6 faz ao Servidor (Server0) uma solicitação para acessar um site, e a mensagem com a resposta que permite abrir o site no navegador é enviada somente ao dispositivo solicitante. Dessa forma, constrói-se uma rede ponto a ponto, em que a comunicação é feita entre transmissor e emissor, independentemente de quantos caminhos e nodos o pacote tenha que passar até atingir o destino correto.

Segundo Tanenbaum (1997), as formas como as mensagens são transmitidas, em regra geral, são por:

• Redes geograficamente localizadas: a tendência é utilizar a transmissão por difusão.
  
• Redes de longas distâncias: normalmente se utiliza a transmissão ponto a ponto.
  

Em alguns projetos de redes específicos podem ocorrer exceções, a fim de atender às suas necessidades e especificidades. 

Para estruturar as redes, existem alguns componentes de hardware que são básicos porém essenciais para prover a comunicação entre os dispositivos. Entre eles estão:

• Placas de Rede:
  

Comer (2007) define que correspondem a um dispositivo de E/S (entrada/saída) que se conecta por meio de cabeamento aos nodos de rede (Hub, roteador, switch ou brigde). O controlador de interface da rede (NIC – Network Interface Controller) pode estar ou não integrado à placa-mãe.

A arquitetura de seu barramento pode ser na forma PCI, PCI Express, ISA e USB, ou seja, o formato de encaixe na placa-mãe. A sua função lógica é efetuar o tratamento de endereçamentos, no envio e recebimento das mensagens.

• Modem:
  

Segundo Forouzan (2006), o modem tem a função de fazer a modulação e a demodulação das mensagens, podendo também ser conhecido como transceptor. O Quadro 1.1 a seguir demonstra os tipos de modems disponíveis e as suas respectivas funções:

Em sua forma analógica os dados são transmitidos pelo canal de voz; por sua vez, em sua forma digital, é feita a codificação da banda base. Este equipamento está entre os mais populares dos hardwares encontrados nas redes, conforme pode ser observado a seguir:

Com a maior oferta de prestadoras de serviços de internet, o dispositivo é cada vez mais encontrado nos lares brasileiros. Atualmente, o mercado oferece modems do tipo residencial, com conexão cabeada, 4G e fibra óptica, com a possibilidade de wi-fi integrado. 

• Hub:
  

Taenenbaum (1997) define que o Hub pode conter várias linhas de entrada que são responsáveis por distribuir conexão. Esse equipamento assume o papel de um repetidor, pois a mensagem, ao chegar, é replicada para todas as portas. Observe na figura a seguir o exemplo de um Hub:

Por ter o comportamento de repetidor dentro de uma rede e por replicar uma mensagem para todos os dispositivos conectados a ele, deve-se evitar o cascateamento. Observe o exemplo da rede a seguir:

Ao utilizar o Hub, a banda disponível na rede pode ser ocupada por um número excessivo de mensagens desnecessárias em razão de o equipamento não ler endereçamento de rede e replicar a mensagem recebida a todos os dispositivos.