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Leonardo Ferreira Carneiro leo@cat.cbpf.br

Nilton Costa Braga ncb@cat.cbpf.br

Nilton Alves Júnior naj@cat.cbpf.br

Resumo

Essa nota técnica tem o objetivo de servir como fonte de consulta a todos aqueles profissionais da área técnica, ou àqueles que se interessarem, que queiram incrementar, ou adquirir, conhecimentos relativos à redes de computadores.

Esse trabalho visa englobar todos os aspectos técnicos relacionados à rede de computadores em geral, como os seus objetivos, classificação e estruturação. Falaremos também à respeito das camadas e protocolos que estruturam uma rede, nos fixando no modelo de referência OSI e nos protocolos utilizados na rede do CBPF, além de abordarmos os componentes constituintes de uma rede local, explicando as suas funções. Por último, utilizaremos a própria rede do CBPF como exemplo, explicando a sua estruturação e as funções executadas pelos equipamentos que a compõem.

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RESUMO1
ÍNDICE2
INTRODUÇÃO4
2. ESTRUTURA DE UMA REDE5
2.1. OBJETIVOS DE UMA REDE5
2.2. CLASSIFICAÇÃO6
2.3. CAMADAS7
2.4. PROTOCOLOS7
3. O MODELO DE REFERÊNCIA OSI8
3.1. INTRODUÇÃO8
3.2. COMUNICAÇÃO HIERÁRQUICA8
3.3. FORMATO DAS INFORMAÇÕES10
3.4. QUESTÕES DE COMPATIBILIDADE1
3.5. AS CAMADAS DO MODELO OSI11
3.5.1. A Camada Física12
3.5.2. Camada de Link de Dados12
3.5.3. Camada de Rede13
3.5.4. Camada de Transporte14
3.5.5. Camada de Sessão15
3.5.6. Camada de Apresentação16
3.5.7. Camada de Aplicações16
4. OS PROTOCOLOS17
4.1. INTERNET PROTOCOL (IP)18
4.1.1. Endereço IP19
4.2. TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL (TCP)21
4.2.1. Operação Full-Duplex2
4.2.2. Seqüência de Números2
4.2.3. Window Size e Buffering22
4.2.4. Estimativa de tempo Round-Trip23
4.3. USER DATAGRAM PROTOCOL (UDP)23
4.4. TELNET24
4.5. FILE TRANSFER PROTOCOL (FTP)25
4.6. SIMPLE MAIL TRANSFER PROTOCOL (SMTP)27
4.7. NETWORK FILE SYSTEM (NFS)27
4.8. SIMPLE NETWORK MANAGEMENT PROTOCOL (SNMP)28
4.8.1. Tipos de Comando28
4.8.2. Diferenças entre Representação de Dados29
4.8.3. Base de Informações de Gerenciamento29
4.8.4. Operações30
4.8.5. Formato das Informações30
4.9. DOMAIN NAME SERVICE (DNS)31
4.10. ETHERNET32
4.1. TOKEN RING32
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4.14. SEQUENCED PACKET EXCHANGE (SPX)34
4.15. NETWARE CORE PROTOCOL (NCP)34
4.16. NETBIOS ENHANCED USER INTERFACE (NETBEUI)35
5. LOCAL AREA NETWORK (LAN)35
5.1. HUB37
5.2. SWITCH38
5.3. ROTEADOR38
6. A REDE DO CBPF40
6.1. EQUIPAMENTOS40
6.2. ESTRUTURAÇÃO41
6.2.1. Estruturação Física41
6.2.2. Estruturação Lógica43
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Redes de Computadores

Introdução

Cada um dos três últimos séculos foi dominado por uma tecnologia principal. O século XVIII foi a época dos grandes sistemas mecânicos que acompanhavam a Revolução Industrial. O século XIX foi a idade da máquina a vapor. Ao longo do século X, a tecnologia-chave tem sido a coleta, o processamento e a distribuição da informação. Entre outros desenvolvimentos, assistimos à instalação de redes telefônicas mundiais, à invenção do rádio e da televisão, ao nascimento de computadores e ao lançamento de satélites de comunicação.

À proporção que nos aproximamos do final desse século, essas áreas estão convergindo rapidamente, e as diferenças entre coletar, transportar, armazenar e processar informações estão rapidamente desaparecendo. Organizações em geral, com centenas de escritórios espalhados em uma vasta área geográfica esperam poder verificar a situação até do seu escritório mais remoto com um simples apertar de botão. À medida que aumenta a nossa habilidade de coletar, processar e distribuir informações, aumenta mais rapidamente a demanda por aplicações ainda mais sofisticadas.

Embora a indústria de computadores seja jovem quando comparada com indústrias como a automotiva e a de transportes aéreos, os computadores têm feito um fantástico progresso em um curto espaço de tempo. Durante as suas duas primeiras décadas de existência, os sistemas de computadores eram altamente centralizados, em geral, em uma única sala grande. Uma empresa de porte médio ou uma universidade pública poderia ter um ou dois computadores, enquanto as grandes instituições tinham no máximo uma dúzia. A noção de que dentro de vinte anos computadores igualmente poderosos, menores do que um selo postal, pudessem ser produzidos em massa era considerada pura ficção científica.

A fusão dos computadores e das comunicações teve uma profunda influência sobre a forma como os computadores são organizados. O conceito de “centro de computação” como sendo uma sala com um grande computador, ao qual os usuários levam as suas tarefas para serem processadas, está obsoleto. Esse modelo não tem uma, mas duas falhas: o conceito de um único grande computador fazendo todo o trabalho, e a noção dos usuários levando as suas tarefas para o computador, ao invés de levar o computador até os usuários.

O velho modelo de um único computador servindo a todas as necessidades computacionais da organização está rapidamente sendo substituído por outro no qual um grande número de computadores separados, mas interconectados, executam essa tarefa. Essas são as chamadas redes de computadores. Atualmente, a maioria das organizações que usam computadores já tem, ou estão instalando, uma ou mais redes locais de computadores. Um exemplo típico dessa expansão pode ser visto no fato de que o correio eletrônico em âmbito mundial é uma realidade diária para milhões de pessoas. Podemos

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perceber com isso que as redes de computadores tornam-se uma ferramenta de vital importância aos usuários de empresas, governos e universidades.

Há somente alguns anos atrás, o projeto de uma rede era considerado obra de um mágico, uma vez que cada fabricante de computadores tinha a sua própria arquitetura de rede, e não se encontrava um par de arquiteturas que fossem iguais. Felizmente, esse quadro mudou. Uma série de Padrões Internacionais para a descrição de arquiteturas de redes de computadores foi aceita por toda a indústria de computadores, sendo esses padrões conhecidos como o Modelo de Referência OSI, que será estudado posteriormente nessa Nota Técnica. Com essa padronização, tem-se que, em um futuro próximo, praticamente todas as arquiteturas de rede desaparecerão, capacitando os computadores de um fabricante a se comunicarem com computadores de outros fornecedores, sem quaisquer problemas de compatibilidade, estimulando ainda mais o uso de redes de computadores [1].

2. Estrutura de uma Rede

Uma rede de computadores é formada por um conjunto de computadores autônomos interconectados. Dizemos que computadores são autônomos quando não há relação de mestre/escravo entre eles, ou seja, um computador não pode controlar, ligar ou desligar um outro computador qualquer à sua revelia. Por interconectados, entende-se que eles são capazes de trocar informações entre si, sendo que essa conexão pode ser feita por meio de fios de cobre, por lasers, microondas ou até por satélites de comunicação [8]. É importante ressaltar que uma rede não precisa ser constituída unicamente por computadores, sendo comum a presença de impressoras, scanners e outros dispositivos de rede.

2.1. Objetivos de uma Rede

Quando uma rede de computadores qualquer é construída, existem alguns objetivos a serem alcançados. Nesse item, abordaremos alguns desses objetivos, para assim mostrarmos para que as redes de computadores podem ser usadas.

Podemos citar como primeiro objetivo o compartilhamento de recursos; isto é, todos os programas, dados e equipamentos devem estar disponíveis para qualquer um na rede, independentemente da localização física do recurso e do usuário, esse último sendo chamado também de host.

Como segundo objetivo, temos a necessidade de uma alta confiabilidade, tendo-se fontes de suprimento alternativas. Isto significa, por exemplo, que todos os arquivos existentes em uma rede

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poderiam ser vistos em quantas máquinas quiséssemos, de maneira que, se uma delas apresentasse algum problema de hardware, as outras cópias poderiam ser usadas.

Um terceiro objetivo é a economia, uma vez que computadores de pequeno porte, os mais utilizados atualmente na construção de modelos de redes, têm uma relação custo/desempenho muito melhor do que os computadores de grande porte. Isto se explica pelo fato de que um mainframe, apesar de ser aproximadamente dez vezes mais rápido do que o mais rápido microprocessador de um chip, custa muitas vezes mais. Esse desequilíbrio levou muitos projetistas de sistemas a construírem redes constituídas de computadores pessoais potentes, havendo um por usuário, com os dados guardados em uma ou mais máquinas servidoras de arquivos. Esse último objetivo leva à existência de redes com muitos computadores localizados em um mesmo prédio, sendo esse tipo de estrutura conhecida como rede local [1].

De acordo com a localização dos módulos processadores, isto é, dos computadores que a compõem, uma rede pode ser classificada em diferentes tipos. No item seguinte, temos alguns exemplos desses modelos de rede.

2.2. Classificação

· Redes Locais:

São redes em que os computadores localizam-se em uma faixa que varia de poucos metros até alguns quilômetros. É conhecida como Local Area Network – LAN.

• Redes Metropolitanas:

São redes de computadores onde a distância entre as máquinas começa a atingir distâncias metropolitanas, sendo conhecida como Metropolitan Area Network – MAN.

• Redes Geograficamente Distribuídas:

Também conhecida como Wide Area Network – WAN, esse tipo de rede apareceu devido à necessidade de compartilhamento de recursos entre usuários geograficamente dispersos, sendo que seu custo de comunicação é elevado, uma vez que ela trabalha com enlaces de microondas, satélites, etc. Devido a isto, elas são geralmente de propriedade pública [8].

Abaixo, temos uma tabela em que são mostrados os tipos de rede explicados, seguidos dos valores das distâncias entre os seus módulos processadores e a respectiva localização entre eles.

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Distância entre Módulos

Processadores Localização entre Módulos Processadores Tipo de Rede

10 m Sala Local 100 m Prédio Local 1 km Campus Local

10 km Cidade Metropolitana 100 km País Metropolitana

1000 km Continente Geograficamente Distribuída 10000 km Planeta Geograficamente Distribuída

Hoje em dia, as modernas redes de computadores são projetadas de forma altamente estruturada. A seguir, serão mostradas as técnicas de utilização de camadas e protocolos.

2.3. Camadas

Para reduzir a complexidade de seu projeto, as redes de computadores são, em sua maioria, organizadas em camadas ou níveis, que representam diferentes níveis de abstração com funções definidas. Temos que cada camada é construída sobre aquela que a antecede. O número de camadas, o nome, o conteúdo e a função de cada camada diferem de uma rede para outra. Entretanto, em qualquer rede, o objetivo de cada camada é oferecer determinados serviços às camadas superiores, protegendo essas camadas dos detalhes de como os serviços oferecidos são de fato implementados, além de também receberem serviços das camadas inferiores.

Imaginemos, como exemplo, uma camada n qualquer em um computador. Essa camada estabelece comunicação com a camada n em outro computador, utilizando o devido protocolo, que será explicado posteriormente. Na verdade, nenhum dado é transferido diretamente da camada n de uma máquina para a outra. O que ocorre de fato é uma transferência de dados e informações de controle dessa camada para a camada imediatamente abaixo, até que o nível mais baixo tenha sido alcançado. Esse processo ocorre de camada para camada, até que a última camada (no caso, o nível mais baixo), seja alcançada, sendo que abaixo dela encontra-se o meio físico de comunicação, através do qual a comunicação entre os computadores de fato ocorre. Temos ainda que ao dizermos que houve uma comunicação da camada n com a camada n, essa comunicação é denominada de virtual, enquanto que a comunicação no meio físico é denominada de real [1].

2.4. Protocolos

Em uma rede de computadores, as regras e convenções utilizadas na conversação de uma camada n em uma máquina com a camada n em outra são usualmente chamadas de protocolos [1]. Um

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protocolo é um sistema de comunicação de dados que permite que vários dispositivos de uma rede interajam entre si, sendo a sua principal característica a capacidade de permitir a comunicação entre computadores que diferem, entre outras coisas, nos seus sistemas operacionais, nas suas CPU’s, nas interfaces de rede, etc [10].

Agora que já discutimos superficialmente como funcionam redes organizadas em camadas, vamos examinar o conjunto de camadas que é utilizado como referência na estruturação de uma rede.

3. O Modelo de Referência OSI

Esse item abordará o modelo de referência que é mais difundido na área de redes de computadores: o modelo OSI. Serão vistas as suas características básicas, como por exemplo o tipo de comunicação adotado por ele, o formato da comunicação dos dados transmitidos pela rede, entre outras.

3.1. Introdução

O transporte de informações entre computadores de diferentes tipos é uma capacidade que mostra-se extremamente importante. No início dos anos 80, a ISO (International Organization of

Standardization) reconheceu a necessidade de um modelo de rede que auxiliasse na criação de implementações de redes interoperacionais. Em conseqüência dessa necessidade, surgiu o Modelo de

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