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MODULO 2 – COMUNICANDO-SE PELA REDE

2. Comunicando-se pela rede

2.0 Introdução ao Capitulo 2

2.0.1 Introdução ao Capitulo

Cada vez mais, são as redes que nos conectam. As pessoas utilizam a comunicação on-line de todos os lugares. A tecnologia eficiente e confiável permite que as redes estejam disponíveis quando e onde precisamos delas. Assim como nossa rede humana continua a se expandir, a plataforma que nos conecta e suporta também deve crescer.

Ao invés de desenvolver sistemas únicos e separados para fornecer cada novo serviço, a indústria de redes, como um todo, desenvolveu meios para analisar a plataforma existente e aprimorá-la de maneira crescente. Isso garante que as comunicações existentes sejam mantidas enquanto novos serviços tecnologicamente seguros e de custo efetivo são introduzidos.

Neste curso, o foco será nesses aspectos de rede de informações:

Os dispositivos que constituem a rede

O meio físico ou a mídia que conecta os dispositivos

As mensagens que são transmitidas pela rede

As regras e os processos que regem as comunicações de rede

As ferramentas e comandos para a construção e manutenção de redes

O uso de modelos geralmente aceitos que descrevem funções de rede é crucial para o estudo de redes. Esses modelos fornecem uma estrutura para o entendimento das redes atuais e facilita o desenvolvimento de novas tecnologias para suportar futuras necessidades de comunicação.

Neste curso, utilizamos esses modelos, bem como ferramentas elaboradas para analisar e simular a funcionalidade de rede. Duas das ferramentas que o permitirão construir e interagir com redes simuladas são o software Packet Tracer 4.1 e o Wireshark analisador de protocolo de rede.

Este capítulo o prepara para:

Descrever a estrutura de uma rede, incluindo os dispositivos e meios necessários para a comunicação com êxito.

Explicar a função de protocolos em comunicação de rede.

Explicar as vantagens de se usar um modelo em camadas para descrever a funcionalidade de rede.

Descrever o papel de cada camada em dois modelos de rede reconhecidos: O modelo TCP/IP e o modelo OSI.

Descrever a importância de se endereçar e nomear esquemas em comunicações de rede.

2. Comunicando-se pela Rede

2.1 A Plataforma para Comunicação

2.1.1 Os Elementos da Comunicação

A comunicação se inicia com uma mensagem, ou informação, que deve ser enviada de um indivíduo ou dispositivo a outro. As pessoas trocam idéias usando vários métodos de comunicação diferentes. Todos esses métodos possuem três elementos em comum. O primeiro desses elementos é a origem da mensagem, ou remetente. Remetentes de mensagem são pessoas, ou dispositivos eletrônicos, que precisam enviar uma mensagem a outros indivíduos ou dispositivos. O segundo elemento de uma comunicação é o destino, ou receptor, da mensagem. O destino recebe a mensagem e a interpreta. Um terceiro elemento, chamado de canal, consiste do meio físico (mídia) que fornece o caminho sobre o qual a mensagem pode viajar da origem ao destino.

Considere, por exemplo, o desejo de se comunicar usando palavras, figuras e sons. Cada uma dessas mensagens pode ser enviada por uma rede de dados ou de informação, primeiro, convertendo-as em dígitos binários, ou bits. Esses bits são, então, codificados em um sinal que pode ser transmitido pelo meio físico (mídia) adequado. Em redes de computadores, o meio físico, ou mídia, é geralmente um tipo de cabo, ou transmissão sem fio.

O termo rede neste curso irá se referir a redes de dados ou de informação capazes de transmitir vários tipos de comunicações diferentes, incluindo dados de computador, voz interativa, vídeo e produtos de entretenimento.



2.1.2 Comunicando as Mensagens

Em teoria, uma única comunicação, tal como um vídeo ou uma mensagem de e-mail, poderia ser enviada por uma rede de uma origem a um destino como um fluxo de bits massivo e contínuo. Se as mensagens fossem realmente transmitidas dessa maneira, isso significaria que nenhum outro dispositivo seria capaz de enviar mensagens na mesma rede enquanto essa transferência de dados estivesse em progresso. Esses grandes fluxos de dados resultariam em atrasos consideráveis. Além disso, se um link na infra-estrutura de rede falhar durante a transmissão, toda a mensagem seria perdida e teria de ser retransmitida por completo.

Uma melhor abordagem seria dividir os dados em pedaços menores e mais gerenciáveis para o envio através da rede. Essa divisão do fluxo de dados em pedaços menores é chamada de segmentação. Segmentar mensagens gera dois benefícios primários.

Primeiro, ao se enviar pedaços ou partes individuais menores da origem ao destino, várias conversas diferentes podem ser intercaladas na rede. O processo utilizado para intercalar os pedaços de conversas separadas na rede é chamado de multiplexação.

Segundo, a segmentação pode aumentar a confiabilidade das comunicações de rede. Os pedaços separados de cada mensagem não precisam viajar o mesmo caminho pela rede da origem ao destino. Se um caminho específico se tornar congestionado com tráfego de dados ou falhar, pedaços individuais da mensagem ainda podem ser direcionados ao destino usando caminhos alternativos. Se uma parte da mensagem falhar ao ser enviada ao destino, somente as partes perdidas precisam ser retransmitidas.

O aspecto negativo de se utilizar segmentação e multiplexação para transmissão de mensagens por uma rede é o nível de complexidade que é agregado ao processo. Imagine se você tivesse de enviar uma carta de 100 páginas, porém cada envelope envolveria somente uma página. O processo de endereçar, selar, enviar, receber e abrir todos os cem envelopes consumiria muito tempo tanto para o remetente quanto para o receptor.

Em comunicações de rede, cada segmento da mensagem deve passar por um processo similar para garantir que chegará ao destino correto e que poderá ser remontado no conteúdo da mensagem original.

Vários tipos de dispositivos por toda a rede participam na garantia de que as partes da mensagem chegarão de maneira confiável a seu destino.



2.1.3 Componentes de Rede

O caminho que uma mensagem faz da origem ao destino pode ser tão simples quanto um único cabo conectando um computador a outro ou tão complexo quanto uma rede que literalmente atravessa o globo. Essa infra-estrutura de rede é a plataforma que suporta a nossa rede humana. Ela fornece um canal estável e confiável sobre o qual nossas comunicações podem ocorrer.

Dispositivos e meio físico (mídia) são os elementos físicos ou hardware da rede. O hardware é geralmente os componentes visíveis da plataforma de rede, tais como um laptop, um PC, um switch, ou os cabos usados para conectar os dispositivos. Ocasionalmente, alguns componentes podem não ser tão visíveis. No caso do meio físico sem fio, as mensagens são transmitidas pelo ar com a utilização de freqüência de rádio invisível ou ondas infravermelhas.

Serviços e processos são os programas de comunicação, chamados de software, que são executados nos dispositivos conectados à rede. Um serviço de rede fornece informação em resposta a uma solicitação. Serviços incluem muitas das aplicações de rede comuns que as pessoas usam todos os dias, como serviços de hospedagem de e-mail e serviços de hospedagem na Internet. Os processos fornecem a funcionalidade que direciona e move as mensagens pela rede. Os processos são menos óbvios para nós, mas são cruciais para a operação de rede.



2.1.4 Dispositivos Finais e seu Papel na Rede

Os dispositivos de rede que as pessoas são mais familiarizadas são chamados de dispositivos finais. Esses dispositivos formam a interface entre a rede humana e a rede de comunicação. Alguns exemplos de dispositivos finais são:

Computadores (estações de trabalho, laptops, servidores de arquivo, servidores Web)

Impressoras de rede

Telefones VoIP

Câmeras de segurança

Dispositivos móveis (tais como scanners de códigos de barras sem fio, PDAs)

No contexto de rede, dispositivos finais são mencionados como hosts. Um dispositivo host pode ser tanto a origem ou o destino de uma mensagem transmitida pela rede. Para distinguir um host de outro, cada host em uma rede é identificado por um endereço. Quando um host inicia a comunicação, ele usa o endereço do host de destino para especificar onde a mensagem deve ser enviada.

Em redes modernas, um host pode agir como um cliente, um servidor, ou ambos. O software instalado no host determina qual papel ele desempenha na rede.

Servidores são hosts que têm software instalado que os permite fornecer informação e serviços, como e-mail ou páginas web, a outros hosts na rede.

Clientes são hosts que têm software instalado que os permite solicitar e exibir as informações obtidas do servidor.



2.1.5 Dispositivos intermediários e seu Papel na Rede

Além dos dispositivos finais que as pessoas são familiarizadas, as redes contam com dispositivos intermediários para fornecer conectividade e operar por trás do cenário para garantir que os dados fluam através da rede. Esses dispositivos conectam os hosts individuais à rede e podem conectar múltiplas redes individuais para formar uma internetwork (rede interconectada). Exemplos de dispositivos intermediários de rede são:

Dispositivos de Acesso a Rede (Hubs, switches e pontos de acesso sem fio (access points))

Dispositivos de Redes Interconectadas (roteadores)

Servidores e Modems de Comunicação

Dispositivos de Segurança (firewalls)

O gerenciamento de dados à medida que este flui pela rede também é um papel dos dispositivos intermediários. Esses dispositivos usam o endereço de host de destino, em conjunto com as informações sobre as interconexões de rede, para determinar o caminho que as mensagens devem realizar pela rede. Processos sendo executados nos dispositivos de rede intermediários desempenham essas funções:

Regenerar e retransmitir sinais de dados

Manter informação sobre quais caminhos existem pela rede e pela internetwork (rede interconectada)

Notificar outros dispositivos sobre erros e falhas de comunicação

Direcionar dados por caminhos alternativos quando houver uma falha de link

Classificar e direcionar mensagens de acordo com prioridades (QoS)

Permitir ou negar um fluxo de dados, com base em configurações de segurança



2.1.6 Meio Físico de Rede

A comunicação através de uma rede é transmitida em um meio físico (mídia). O meio físico fornece o canal sobre o qual a mensagem viaja da origem ao destino.

Redes modernas usam basicamente três tipos de meio físico para interconectar dispositivos e fornecer o caminho sobre o qual os dados podem ser transmitidos. Esses meios físicos são:

Cabos de fios metálicos

Fibras de vidro ou plástico (cabo de fibra óptica)

Transmissão sem fio (wireless)

A codificação de sinal que deve ocorrer para a mensagem ser transmitida é diferente para cada tipo de meio físico. Em fios metálicos, os dados são codificados em pulsos elétricos que correspondem a padrões específicos. Transmissões de fibra óptica contam com pulsos de luz, dentro de cadeias de luz infravermelha ou visível. Em transmissão sem fio, padrões de ondas eletromagnéticas representam os vários valores de bit.

Diferentes tipos de meio físico de rede possuem diferentes características e benefícios. Nem todos os meios físicos de rede possuem as mesmas características e são adequados para o mesmo propósito. Critérios para a escolha de um meio físico de rede são:

A distância que o meio físico consegue transmitir um sinal com êxito.

O ambiente no qual o meio físico deve ser instalado.

A quantidade de dados e a velocidade na qual deve ser transmitido.

O custo do meio físico e da instalação.


2.2 LANs, WANs e Redes Interconectadas

2.2.1 Redes de Área Local

As infra-estruturas de rede podem variar muito em termos de:

Tamanho da área coberta

Número de usuários conectados

Número e tipos de serviços disponíveis

Uma rede individual geralmente se espalha por uma única área geográfica, fornecendo serviços e aplicações a pessoas dentro de uma estrutura organizacional comum, tal como um único negócio, campus ou região. Esse tipo de rede é chamado de Rede Local (LAN). Uma LAN é geralmente administrada por uma única organização. O controle administrativo que rege as políticas de segurança e controle de acesso são executados no nível de rede.



2.2.2 Redes de Longa Distancia

Quando uma empresa ou organização possui locais que são separados por grandes distâncias geográficas, pode ser necessário usar um provedor de telecomunicações (TSP) para interconectar as LANs em diferentes locais. Provedores de telecomunicações operam grandes redes regionais que podem se espalhar a longas distâncias. Tradicionalmente, os ISPs transportavam comunicações de voz e dados em redes separadas. Progressivamente, esses provedores estão oferecendo serviços de rede de informação convergida a seus assinantes.

Organizações individuais geralmente alugam conexões através de uma rede de provedor de telecomunicações. Essas redes que conectam LANs em locais separados geograficamente são chamadas de Redes de Longa Distância (WANs). Embora a organização mantenha todas as políticas e administração das LANs em todos os pontos finais da conexão, as políticas dentro da rede do provedor de comunicações são controladas pelo ISP.

As WANs utilizam dispositivos de rede projetados especificamente para fazer as interconexões entre LANs. Por causa da importância desses dispositivos à rede, configurar, instalar e manter esses dispositivos são habilidades essenciais à função da rede de uma organização.

LANs e WANs são bastante úteis a organizações individuais. Elas conectam os usuários dentro da organização. Elas permitem muitas formas de comunicação incluindo troca de e-mails, treinamento corporativo e outros compartilhamentos de recursos.



2.2.3 A Internet-Uma Rede de Redes

Embora haja benefícios no uso de uma LAN ou WAN, a maioria de nós precisa se comunicar com um recurso em outra rede, fora de nossa organização local.

Exemplos desse tipo de comunicação incluem:

Envio de um e-mail a um amigo em outro país

Acesso a notícias ou produtos em um site

Obtenção de um arquivo do computador de um vizinho

Envio de mensagem instantânea para um parente em outra cidade

Acompanhamento do jogo de um time favorito em um celular

Redes Interconectadas

Uma malha global de redes interconectadas (internetworks) atendem essas necessidades de comunicação humana. Algumas dessas redes interconectadas são de propriedade de grandes organizações públicas e privadas, tais como agências governamentais ou empresas industriais, e são reservadas a seu uso exclusivo. A rede interconectada mais conhecida e amplamente utilizada e publicamente acessível é a Internet.

A A Internet é criada por uma interconexão de redes pertencentes a Provedores de Internet (ISPs). Essas redes de ISPs conectam-se umas com as outras para fornecer acesso a milhões de usuários por todo o mundo. Garantir uma comunicação efetiva por essa infra-estrutura diversa exige a aplicação de tecnologias e protocolos consistentes e comumente reconhecidos, bem como a cooperação de muitas agências de administração de rede.

Intranet

O termo intranet é geralmente usado para se referir a uma conexão privada de LANs e WANs que pertence a uma organização, e é elaborada para ser acessível somente pelos membros da organização, funcionários ou outros com autorização.

Nota: Os termos a seguir podem possivelmente ser trocados: redes interconectadas, rede de dados e rede. Uma conexão de duas ou mais redes de dados forma uma rede interconectada (internetwork) - uma rede de redes. Também é comum referir-se a uma rede interconectada como uma rede de dados – ou simplesmente como rede – ao considerar comunicações a um alto nível. O uso de termos depende do contexto no momento e os termos podem ser freqüentemente trocados.



2.2.4 Representações de Redes

Ao se transmitir informações complexas, tais como a conectividade de rede e operação de uma grande rede interconectada, é útil utilizar representações visuais e gráficos. Como qualquer outro idioma, o idioma de networking utiliza um conjunto comum de símbolos para representar os dispositivos finais diferentes, dispositivos de rede e meio físico. A capacidade de reconhecer as representações lógicas dos componentes físicos de networking é crucial para se permitir visualizar a organização e operação de uma rede. Por todo este curso e laboratórios, você aprenderá como esses dispositivos operam e como desempenhar tarefas básicas de configuração nesses dispositivos.

Além dessas representações, terminologia específica é usada ao se discutir como cada um desses dispositivos e meio físico conectam-se uns aos outros. Termos importantes para se lembrar são:

Placa de Interface de Rede - Uma NIC, ou adaptador LAN, fornece a conexão física à rede no PC ou outro dispositivo host. O meio físico conecta diretamente o PC ao conector do dispositivo de rede na NIC.

Porta Física - Um conector ou saída em um dispositivo de rede onde o meio físico é conectado a um host ou outro dispositivo de rede.

Interface - Portas específicas em um dispositivo de rede que conecta redes individuais. Porque os roteadores são usados para interconectar redes, as portas em um roteador são chamadas de interfaces de rede.

Nesta atividade, você irá obter experiência com símbolos de rede de dados ao criar uma topologia lógica simples.

Clique no ícone do Packet Tracer para mais detalhes.



2.2.5 Atividade- utilize o Neo Trace para Ver Redes Conectadas

Nesta atividade, você observará o fluxo de informações pela Internet. Esta atividade deve ser desempenhada em um computador que possua acesso à Internet e à linha de comando. Você usará o utilitário tracert incorporado no Windows e o programa NeoTrace. Esse laboratório também presume a instalação do NeoTrace.

Clique no Ícone Laboratório para mais detalhes.


2.3 protocolos

2.3.1 Regras que Regem as comunicações

Toda comunicação, face-a-face ou por uma rede, é regida por regras pré-determinadas chamadas de protocolos. Esses protocolos são específicos às características da conversação. Em nossa comunicação pessoal diária, as regras que utilizamos para nos comunicarmos através de um meio, como uma ligação telefônica, não são necessariamente as mesmas que os protocolos usam, tais como enviar uma carta.

Pense como várias regras ou protocolos diferentes regem todos os métodos diferentes de comunicação que existem no mundo hoje.

A comunicação com sucesso entre hosts em uma rede exige a interação de muitos protocolos diferentes. Um grupo de protocolos inter-relacionados necessário para desempenhar uma função de comunicação é chamado de conjunto de aplicações de protocolos. Esses protocolos são implementados em software e hardware que são carregados em cada host e dispositivo de rede.

Uma das melhores formas de se visualizar como todos os protocolos interagem em um host específico é visualizá-lo como uma pilha. Uma pilha de protocolo mostra como os protocolos individuais dentro do conjunto são implementados no host. Os protocolos são visualizados como uma hierarquia de camadas, com cada nível de serviço superior dependendo da funcionalidade definida pelos protocolos mostrados nos níveis inferiores. As camadas inferiores da pilha são relacionadas ao movimento de dados pela rede e fornecimento de serviços às camadas superiores, que são focadas no conteúdo da mensagem sendo enviada e na interface de usuário.

Usando camadas para descrever a comunicação

Por exemplo, considere duas pessoas se comunicando face-a-face. Como mostra a figura, podemos usar três camadas para descrever esta atividade. Na camada inferior, a camada física, temos duas pessoas, cada uma com uma voz que pode pronunciar palavras em voz alta. Na segunda camada, a camada das regras, temos um acordo para falar em uma língua comum. Na camada superior, a camada do conteúdo, temos as palavras realmente faladas –o conteúdo da comunicação.

Se fôssemos testemunhar essa conversa, não veríamos realmente as "camadas" flutuando no espaço. É importante entender que o uso de camadas é um modelo e, como tal, fornece um caminho para quebrar convenientemente uma tarefa complexa em partes e descrever como elas funcionam.


2.3 protocolos

2.3.2 protocolos de Rede

No nível humano, algumas regras de comunicação são formais e outras são simplesmente entendidas, ou implícitas, com base em costume e prática. Para que os dispositivos se comuniquem com sucesso, um conjunto de aplicações de protocolos de rede deve descrever exigências e interações precisas.

Conjuntos de protocolo de rede descrevem processos tais como:

O formato ou estrutura da mensagem

O método pelo qual os dispositivos de rede compartilham informações sobre rotas com outras redes

Como e quando mensagens de erro e de sistema são passadas entre dispositivos

A configuração e término das sessões de transferência de dados

Protocolos individuais em um conjunto de protocolos podem ser específicos de um fornecedor e proprietários. Proprietário, neste contexto, significa que uma empresa ou fornecedor controla a definição do protocolo e como ele funciona. Alguns protocolos proprietários podem ser usados por diferentes organizações com permissão do proprietário. Outros podem somente ser implementados em equipamentos fabricados pelo fornecedor proprietário.


2.3 protocolos

2.3.3 Conjuntos de protocolos e padrões de Indústria

Freqüentemente, muitos dos protocolos que compõem um conjunto de protocolo referenciam outros protocolos amplamente utilizados ou padrões de indústria. Um padrão é um processo ou protocolo que foi endossado pela indústria de rede e ratificado por uma organização de padrões, tal como o Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) ou o Internet Engineering Task Force (IETF).

O uso de padrões no desenvolvimento e implementação de protocolos garante que os produtos de diferentes fabricantes possam trabalhar em conjunto para comunicações eficientes. Se um protocolo não for rigidamente observado por um fabricante específico, seu equipamento ou software pode não ser capaz de se comunicar com sucesso com produtos feitos por outros fabricantes.

Em comunicação de dados, por exemplo, se um lado de uma conversa está usando um protocolo para administrar uma comunicação de via única e o outro lado está considerando um protocolo descrevendo comunicação de via dupla, com toda probabilidade, nenhuma informação será trocada.


2.3 protocolos

2.3.4 A interação de Protocolos

Um exemplo do uso de um conjunto de protocolos em comunicação de rede é a interação entre um servidor web e um navegador. Essa interação utiliza um número de protocolos e padrões no processo de troca de informação entre eles. Os diferentes protocolos trabalham em conjunto para garantir que as mensagens sejam recebidas e entendidas por ambas as partes. Exemplos desses protocolos são:

Protocolo de Aplicação:

Protocolo HTTP é um protocolo comum que rege a maneira como um servidor e um cliente web interagem. O HTTP define o conteúdo e formato das solicitações e respostas trocadas entre o cliente e o servidor. Tanto o software do cliente quanto o software do servidor web implementam HTTP como parte da aplicação. O protocolo HTTP conta com outros protocolos para controlar como as mensagens são transportadas entre o cliente e o servidor

Protocolo de Transporte:

Protocolo TCP é o protocolo de transporte que gerencia as conversas individuais entre servidores e clientes web. O TCP divide as mensagens HTTP em pedaços menores, chamados de segmentos, a serem enviados ao cliente de destino. Ele também é responsável por controlar o tamanho e a freqüência nos quais as mensagens são trocadas entre o servidor e o cliente.

Protocolo de Rede:

O protocolo de rede mais comum é o Protocolo IP. O IP é responsável por retirar os segmentos formatados do TCP, encapsulando-os em pacotes, atribuindo os endereços adequados e selecionando o melhor caminho para o host de destino.

Protocolos de Acesso a Rede:

Os protocolos de acesso a rede descrevem duas funções básicas, gerenciamento de enlace de dados e a transmissão física de dados no meio físico. Protocolos de gerenciamento de enlace de dados removem os pacotes IP e os formatam para serem transmitidos pelo meio físico. Os padrões e protocolos para o meio físico controlam como os sinais são enviados pelo meio e como eles são interpretados pelos clientes receptores. Transceivers nas placas de interface de rede implementam os padrões adequados para o meio físico que está sendo usado.


2.3 protocolos

2.3.5 Protocolos de tecnologia Independentes

Os protocolos de rede descrevem as funções que ocorrem durante as comunicações de rede. No exemplo da conversa face-a-face, um protocolo de comunicação deve determinar de que modo sinalizar que a conversa está completa, o remetente deve permanecer em silêncio por dois segundos. No entanto, esse protocolo não especifica como o remetente deve permanecer em silêncio nesses dois segundos.

Protocolos geralmente não descrevem como realizar uma função específica. Por descrever somente quais funções são necessárias de uma regra de comunicação específica mas não como elas devem ser executadas, a implementação de um protocolo específico pode ser independente de tecnologia.

Olhando para o exemplo do servidor web, o HTTP não especifica qual idioma de programação é usado para criar o navegador, qual software de servidor web deve ser usado para atender as páginas da Internet, em qual sistema operacional o software é executado, ou as exigências de hardware necessárias para exibir o navegador. Ele também não descreve como o servidor deve detectar erros, embora não descreva o que o servidor deve fazer se acontecer um erro.

Isso significa que um computador – e outros dispositivos, como celulares ou PDAs – podem acessar uma página web armazenada em qualquer tipo do servidor web que utiliza qualquer sistema operacional de qualquer local na Internet.


2.4 Usando Modelos de Camadas

2.4.1 os benefícios de se Usar um modelo de Camada

Para visualizar a interação entre vários protocolos, é comum se usar um modelo de camadas. Um modelo de camadas representa a operação dos protocolos ocorrendo dentro de cada camada, bem como a interação com as camadas superior e inferior.

Há benefícios no uso de um modelo de camadas para descrever protocolos de rede e suas operações. Usando um modelo de camadas:

Auxilia na elaboração do protocolo, porque os protocolos que operam em uma camada específica possuem informações definidas de que atuam sob uma interface definida às camadas superior e inferior.

Estimula a competição porque os produtos de diferentes fornecedores podem trabalhar em conjunto.

Impede alterações de tecnologia ou capacidades em uma camada de afetar outras camadas.

Fornece um idioma comum para descrever funções e capacidades de rede.



2.4.2 modelos de protocolos e de Referencia

Existem dois tipos básicos de modelos de rede: modelos de protocolo e modelos de referência.

Um modelo de protocolo fornece um modelo que corresponde de perto à estrutura de um conjunto específico de protocolos. O conjunto hierárquico de protocolos relacionados em um conjunto representa tipicamente toda a funcionalidade necessária para fazer interface da rede humana com a rede de dados. O modelo TCP/IP é um modelo de protocolo porque descreve as funções que ocorrem em cada camada de protocolos dentro do conjunto TCP/IP.

Um modelo de referência fornece uma referência comum para uma consistente manutenção dentro de todos os tipos de protocolos de rede e serviços. Um modelo de referência não tem a intenção de ser uma especificação de implementação ou de fornecer em nível suficiente de detalhe para definir de maneira precisa os serviços da arquitetura de rede. O principal propósito de um modelo de referência é o de auxiliar em um entendimento mais claro das funções e processos envolvidos.

O modelo de referência OSI é o modelo de referência de rede mais amplamente conhecido. Ele é usado para a elaboração de rede de dados, especificações de operação e resolução de problemas.

Embora os modelos TCP/IP e OSI sejam os modelos básicos usados ao se discutir funcionalidades de rede, os projetistas de protocolos de rede, serviços ou dispositivos, podem criar seus próprios modelos para representar seus produtos. Essencialmente, os projetistas precisam se comunicar com a indústria relacionando seu produto ou serviço com o modelo OSI ou com o modelo TCP/IP, ou com ambos.



2.4.3 O modelo TCP/IP

O primeiro modelo de protocolo de camadas para comunicações de rede foi criado no início dos anos 70 e é chamado de modelo da Internet. Ele define quatro categorias de funções que devem ocorrer para que as comunicações tenham êxito. A arquitetura do conjunto de protocolo TCP/IP segue a estrutura deste modelo. Por causa disso, o modelo da Internet é comumente chamado de modelo TCP/IP.

A maioria dos modelos de protocolo descreve uma pilha de protocolo específica de um fornecedor. No entanto, uma vez que o modelo TCP/IP é um padrão aberto, uma empresa não controla a definição do modelo. As definições do padrão e dos protocolos TCP/IP são discutidas em um fórum público e definidas em um conjunto de documentos publicamente disponíveis. Esses documentos são chamados de Requests for Comments (RFCs). Eles contêm a especificação formal de protocolos de comunicação de dados e recursos que descrevem o uso dos protocolos.

As RFCs também contêm documentos técnicos e organizacionais sobre a Internet, incluindo as especificações técnicas e documentos de política produzidos pela Internet Engineering Task Force (IETF).



2.4.4 o Processo de Comunicação

O modelo TCP/IP descreve a funcionalidade dos protocolos que compõem o conjunto de protocolo TCP/IP. Esses protocolos, que são implementados nos hosts de origem e destino, interagem para fornecer entrega de aplicações fim-a-fim por uma rede.

Um processo de comunicação completo inclui os seguintes passos:

1. Criação de dados na camada de aplicação do dispositivo final de origem

2. Segmentação e encapsulamento de dados à medida que estes passam pela pilha de protocolo no dispositivo final de origem

3. Geração dos dados no meio físico na camada de acesso à rede da pilha

4. Transporte dos dados através da rede, que consiste de meio físico e quaisquer dispositivos intermediários

5. Recepção dos dados na camada de acesso à rede do dispositivo final de destino

6. Desencapsulamento e remontagem dos dados à medida que estes passam na pilha no dispositivo de destino

7. Transferência desses dados à aplicação de destino na camada de Aplicação do dispositivo final de destino



2.4.5 Unidades de Dados de Protocolos e Encapsulamentos

À medida que os dados da aplicação são passados pela pilha de protocolo em seu caminho para serem transmitidos pelo meio físico de rede, vários protocolos agregam informações a eles a cada nível. Isso é comumente conhecido como o processo de encapsulamento.

A forma que um pedaço do dado assume em qualquer camada é chamada de uma Unidade de Dados de Protocolo (PDU). Durante a encapsulamento, cada camada sucessora encapsula a PDU que recebe da camada acima de acordo com o protocolo sendo usado. Em cada estágio do processo, uma PDU possui um nome diferente para refletir sua nova aparência. Embora não haja uma convenção de nomes universal para PDUs, neste curso, as PDUs são chamadas de acordo com os protocolos do conjunto TCP/IP.

Dados – O termo geral para a PDU usada na camada de Aplicação

Segmento – PDU de Camada de Transporte

Pacote – PDU de Camada de Rede

Quadro – PDU de Camada de Acesso à Rede

Bits - Uma PDU usada ao se transmitir dados fisicamente através do meio físico


2.4 Usando Modelos de Camada

2.4.6 O processo de Envio e Recebimento

Ao se enviar mensagens em uma rede, a pilha de protocolo em um host opera de cima para baixo. No exemplo do servidor web, podemos usar o modelo TCP/IP para ilustrar o processo de envio de uma página web em HTML a um cliente.

O protocolo da camada de Aplicação, neste caso, o HTTP, inicia o processo ao entregar os dados da página web formatados em HTML à camada de Transporte. Lá, os dados de aplicação são quebrados em segmentos TCP. Cada segmento TCP recebe um rótulo, chamado de cabeçalho, contendo informações sobre qual processo sendo executado no computador de destino deve receber a mensagem. Ele também contém as informações para permitir que o processo no destino remonte os dados de volta a seu formato original.

A camada de Transporte encapsula os dados HTML da página web dentro do segmento e os envia à camada de Internet, onde o protocolo IP é implementado. Aqui, todo o segmento TCP é encapsulado dentro de um pacote IP, que agrega outro rótulo, chamado de cabeçalho IP. O cabeçalho IP contém os endereços IP do host de origem e de destino, bem como as informações necessárias para entregar o pacote a seu processo de destino correspondente.

A seguir, o pacote IP é enviado ao protocolo Ethernet da camada de Acesso à Rede, onde é encapsulado dentro de um cabeçalho de quadro e trailer. Cada cabeçalho de quadro contém um endereço físico de origem e de destino. O endereço

físico identifica unicamente os dispositivos na rede local. O trailer contém informações de verificação de erros. Finalmente, os bits são codificados no meio Ethernet pela NIC.

Esse processo é revertido no host de destino. Os dados são desencapsulados à medida que se movem na pilha em direção à aplicação de usuário final.



2.4.7 O modelo OSI

Inicialmente, o modelo OSI foi elaborado pela International Organization for Standardization (ISO) para fornecer uma estrutura na qual se pudesse construir um conjunto de protocolos de sistemas aberto. A visão foi a de que este conjunto de protocolos seria usado para desenvolver uma rede internacional que não seria dependente de sistemas proprietários.

Infelizmente, a velocidade na qual a Internet baseada em TCP/IP foi adotada, e a freqüência na qual se expandia, causaram atraso no desenvolvimento e aceitação do Conjunto de Protocolo OSI. Embora poucos protocolos desenvolvidos usando as especificações OSI estejam em uso abundante hoje, o modelo OSI de sete camadas fez grandes contribuições ao desenvolvimento de outros protocolos e produtos para todos os tipos de novas redes.

Como um modelo de referência, o modelo OSI fornece uma lista extensiva de funções e serviços que podem ocorrer em cada camada. Ele também descreve a interação de cada camada com as camadas diretamente acima e abaixo dela. Embora o conteúdo deste curso seja estruturado em torno do Modelo OSI, o foco de discussão será os protocolos identificados na pilha de protocolo TCP/IP.

Note que considerando que as camadas do modelo TCP/IP sejam mencionadas somente pelo nome, as sete camadas do modelo OSI são mais frequentemente chamadas por número do que por nome.



2.4.8 Comparando o modelo OSI com o Modelo TCP/IP

Os protocolos que compõem o conjunto de protocolo TCP/IP podem ser descritos em termos do modelo de referência OSI. No modelo OSI, a camada de Acesso à Rede e a camada de Aplicação do modelo TCP/IP são, posteriormente, divididas para descrever funções discretas que precisam ocorrer nessas camadas.

Na Camada de Acesso à Rede, o conjunto de protocolo TCP/IP não especifica quais protocolos usar ao se transmitir sobre um meio físico; ele descreve somente a transmissão da Camada de Internet aos protocolos de rede físicos. As Camadas OSI 1 e 2 discutem os procedimentos necessários para se acessar o meio físico para se enviar dados por uma rede.

Os paralelos chave entre os dois modelos de rede ocorrem nas Camadas 3 e 4 do modelo OSI. A Camada 3 do Modelo OSI, a camada de Rede, é usada quase que universalmente para discutir e documentar a cadeia de processos que ocorrem em todas as redes de dados para endereçar e rotear mensagens através de uma rede. O protocolo IP é o protocolo do conjunto TCP/IP que inclui a funcionalidade descrita na Camada 3.

A Camada 4, a camada de Transporte do modelo OSI, é frequentemente usada para descrever serviços gerais ou funções que gerenciam conversas individuais entre hosts de origem e destino. Essas funções incluem reconhecimento, recuperação de erros, e seqüenciamento. Nessa camada, os protocolos TCP/IP, o protocolo TCP e o protocolo UDP fornecem a funcionalidade necessária.

A camada de Aplicação TCP/IP inclui um número de protocolos que fornecem funcionalidade específica a uma variedade de aplicações de usuário final. As Camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI são usadas como referências para desenvolvedores e fornecedores de software para produzir produtos que precisam acessar redes para comunicações.

Nesta atividade, você verá como o Packet Tracer usa o Modelo OSI como uma referência para exibir os detalhes de encapsulamento de uma variedade de protocolos TCP/IP.

Clique no ícone do Packet Tracer para mais detalhes.


2.5 Endereçamento de Rede

2.5.1 Endereçando Rede

O modelo OSI descreve os processos de codificação, formatação, segmentação e encapsulamento de dados para transmissão pela rede. Um fluxo de dados que é enviado de uma origem a um destino pode ser dividido em pedaços e intercalado com

mensagens que viajam de outros hosts a outros destinos. Bilhões desses pedaços de informação estão viajando por uma rede a qualquer momento. É crucial para cada pedaço de dados conter informações de identificação suficientes para levá-lo ao destino correto.

Existem vários tipos de endereços que devem ser incluídos para se entregar com sucesso os dados de uma aplicação de origem executada em um host para a aplicação correta de destino executada em outro host. Usando o modelo OSI como guia, podemos ver os diferentes endereços e identificadores necessários em cada camada.


2.5 Endereçamentos de Rede

2.5.2 Obtendo os Dados para o Dispositivo Final

Durante o processo de encapsulamento, identificadores de endereço são adicionados aos dados à medida que viajam na pilha de protocolo no host origem. Assim como existem múltiplas camadas de protocolos que preparam os dados para transmissão a seu destino, existem várias camadas de endereçamento para garantir sua entrega.

O primeiro identificador, o endereço físico do host, está contido no cabeçalho da Camada 2 PDU, chamada de quadro. A Camada 2 é relacionada à entrega de mensagens em uma única rede local. O endereço da Camada 2 é único na rede local e representa o endereço do dispositivo final no meio físico. Em uma LAN usando Ethernet, este endereço é chamado de endereço de Controle de Acesso ao Meio (MAC). Quando dois dispositivos finais se comunicam na rede Ethernet local, os quadros que são trocados entre eles contêm os endereços MAC de destino e origem. Uma vez que um quadro é recebido com êxito pelo host de destino, as informações de endereço da Camada 2 são removidas quando os dados são desencapsulados e movidos na pilha de protocolo para a Camada 3.



2.5.3 Obtendo os Dados Através de Rede

Os protocolos da Camada 3 são elaborados basicamente para mover dados de uma rede local para outra dentro de uma rede. Considerando que os endereços da Camada 2 são usados somente para comunicação entre dispositivos em uma única rede local, os endereços da Camada 3 devem incluir identificadores que permitem que dispositivos de rede intermediários localizem hosts em redes diferentes. No conjunto de protocolo TCP/IP, todo endereço IP de host contém informações sobre a rede onde se localiza o host.

Na borda de cada rede local, um dispositivo de rede intermediário, geralmente um roteador, desencapsula o quadro para ler o endereço do host de destino contido no cabeçalho do pacote, a PDU da Camada 3. Os roteadores usam a porção de rede do identificador desse endereço para determinar qual caminho usar para chegar ao host de destino. Uma vez determinado o caminho, o roteador encapsula o pacote em um novo quadro e o envia em direção ao dispositivo final de destino. Quando o quadro atinge seu destino final, os cabeçalhos do quadro e do pacote são removidos e os dados são movidos para a Camada 4.



2.5.4 Obtendo os Dados da Aplicação Correta

Na Camada 4, as informações contidas no cabeçalho da PDU não identificam um host de destino ou uma rede de destino. O que elas identificam é o processo específico ou serviço sendo executado no dispositivo de destino que irá atuar nos dados sendo entregues. Hosts, sejam eles clientes ou servidores na Internet, podem executar múltiplas aplicações de rede simultaneamente. As pessoas que usam PCs têm frequentemente um cliente de e-mail sendo executado ao mesmo tempo que um navegador web, um programa de mensagem instantânea, alguma mídia em stream, e talvez um jogo. Todos esses programas sendo executados separadamente são exemplos de processos individuais.

Visualizar uma página web chama pelos menos um processo de rede. Clicar em um hyperlink faz com que um navegador se comunique com um servidor web. Ao mesmo tempo, o cliente de e-mail pode estar enviando e recebendo e-mail e um colega ou amigo pode estar enviando uma mensagem instantânea.

Pense em um computador que possui somente uma interface de rede. Todos os fluxos de dados criados pelas aplicações em execução no PC entram e saem por aquela única interface, mesmo assim as mensagens instantâneas não pulam no meio de um documento do processador word ou um e-mail apareça em um jogo.

Isso acontece porque os processos individuais executados nos hosts de origem e de destino se comunicam uns com os outros. Cada aplicação ou serviço é representado na Camada 4 por um número de porta. Um único diálogo entre dispositivos

é identificado com um par dos números de porta de origem e destino da Camada 4 que são representativos das duas aplicações de comunicação. Quando os dados são recebidos no host, o número de porta é examinado para determinar qual aplicação ou processo é o destino correto para os dados.



2.5.5 Guerreiros da Net

Um recurso de entretenimento para ajudá-lo a visualizar os conceitos de rede é o filme animado "Guerreiros da Net" pela TNG Media Lab. Antes de visualizar o vídeo, há algumas coisas a serem consideradas. Primeiro, em termos de conceitos que você aprendeu neste capítulo, pense sobre quando no vídeo você está na LAN, na WAN, na intranet, na Internet; e o que são dispositivos finais X dispositivos intermediários; como são aplicados os modelos OSI e TCP/IP; quais protocolos estão envolvidos.

Segundo, alguns termos são mencionados no vídeo que podem não ser familiares. Os tipos de pacotes mencionados se referem ao tipo de dados de nível superior (TCP, UDP, Ping ICMP, PING da morte) que são encapsulados nos Pacotes IP (tudo é possivelmente convertido em Pacotes IP). Os dispositivos que o pacote encontra em sua jornada são roteadores, servidor proxy, switch, intranet corporativa, o proxy, URL, firewall, largura de banda, hosts, servidor web.

Terceiro, enquanto os números de porta 21, 23, 25, 53 e 80 foram mencionados explicitamente no vídeo, os endereços IP são mencionados somente de maneira implícita – você consegue ver onde? Onde no vídeo os endereços MAC foram envolvidos?

Finalmente, embora todas as animações contenham frequentemente simplificações nelas, existe um erro claro no vídeo. Por volta do quinto minuto, é feita a declaração "O que acontece quando o Sr. IP não recebe um reconhecimento, ele simplesmente envia um pacote em substituição". Como você encontrará em capítulos posteriores, essa não é uma função do Internet Protocol (IP) da Camada 3, que é um protocolo de entrega “não confiável”, de grande esforço, mas sim uma função do Protocolo TCP da Camada de Transporte.

No fim deste curso você terá um entendimento muito melhor da amplitude e da profundidade dos conceitos exibidos no vídeo. Esperamos que goste.

Faça o Download do filme em http://www.warriorsofthe.net


2.6 laboratórios do Capitulo

2.6.1 Laboratórios: Orientação de Topologia e Construção de Uma Pequena Rede

Este laboratório se inicia ao fazê-lo construir duas pequenas redes. Então, ele mostra como elas estão conectadas à maior rede de laboratório hands-on usada ao longo do curso. Essa rede é um modelo simplificado de uma seção da Internet e será usada para desenvolver suas habilidades práticas de rede.

A seqüência a seguir de laboratórios introduzirá os termos de rede abaixo. Essa terminologia de rede será estudada em detalhes em capítulos posteriores.

Cabo direto: Cabo UTP de cobre para conectar dispositivos de rede não semelhantes

Cabo Crossover (Cruzado): cabo UTPde cobre para conectar dispositivos similares de rede

Cabo Serial: Cabo de cobre típico de conexões de grandes áreas

Ethernet: tecnologia de rede de área local dominante

Endereço MAC: Ethernet Camada 2, endereço físico

Endereço IP: Camada 3 endereço lógico

Máscara de Sub-Rede: Necessária para interpretar o Endereço IP

Gateway Padrão: O endereço IP em uma interface de roteador ao qual uma rede envia tráfego para fora da rede local

NIC: Placa de Interface de Rede, a porta ou interface que permite que um dispositivo final participe de uma rede

Porta (hardware): Uma interface que permite que um dispositivo de rede participe da rede e esteja conectado via meio físico de rede

Porta (software): Endereço de protocolo Camada 4 no conjunto TCP/IP

Interface (hardware): Uma porta

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Interface (software): Um ponto de interação lógica dentro de um software

PC: Dispositivo final

Computador: Dispositivo final

Estação de Trabalho: Dispositivo final

Switch: Dispositivo intermediário que faz decisões sobre quadros com base nos endereços da Camada 2 (endereços MAC Ethernet)

Roteador: Dispositivo da Camada 3, 2 e 1 que faz decisões sobre pacotes com base nos endereços da Camada 3 (tipicamente endereços IPv4)

Bit: Dígito binário, 1 ou zero lógico, possui várias representações físicas como pulsos elétricos, ópticos ou micro-ondas; PDU da Camada 1

Quadro: PDU da Camada 2

Pacote: PDU da Camada 3

Clique no ícone do Laboratório para mais detalhes.

Nesta atividade, você usará o Packet Tracer para completar o laboratório Orientação de Topologia e Construção de uma Pequena Rede.

Clique no ícone do Packet Tracer para iniciar a atividade.


2.6 laboratórios do Capitulo

2.6.1 laboratório: Usando Wireshark para Visualizar Unidades de dados de protocolo

Neste laboratório, você aprenderá a usar uma ferramenta bastante poderosa, o Wireshark que captura ("sniffing") tráfego.

Clique no ícone do Laboratório para mais detalhes.

Nesta atividade, você usará o modo de Simulação do Packet Tracer para capturar e analisar pacotes de um ping a partir do prompt de comando de um PC e uma solicitação web usando uma URL.



2.7 Resumo do Capítulo

2.7.1 Resumo e Revisão

(1) Redes de dados são sistemas de dispositivos finais, dispositivos intermediários e o meio físico conectando os dispositivos, que fornecem a plataforma para a rede humana.

Esses dispositivos, e os serviços que operam neles, podem se interconectar de maneira global e transparente ao usuário porque eles cumprem com as regras e protocolos.

O uso de modelos de camadas como abstrações significa que as operações de sistemas de rede podem ser analisadas e desenvolvidas para atender as necessidades de futuros serviços de comunicação.

Os modelos de rede mais amplamente utilizados são o OSI e o TCP/IP. Associar os protocolos que estabelecem as regras de comunicação de dados com as diferentes camadas é útil na determinação de quais dispositivos e serviços são aplicados em pontos específicos à medida que os dados passam por LANs e WANs.

À medida que passam pela pilha, os dados são segmentados em pedaços e encapsulados com endereços e outros rótulos. O processo é revertido à medida que os pedaços são desencapsulados e passam na pilha de protocolo de destino.

Aplicação de modelos permite que vários indivíduos, empresas e associações comerciais analisem redes atuais e projetem as redes do futuro.

(3) Nesta atividade, você começará a construir, testar e analisar um modelo de rede do laboratório Exploration.

Instruções de Integração de Habilidades do Packet Tracer (PDF)


(4) Para Saber Mais

Questões de Reflexão

Quão úteis ainda são as classificações LAN, WAN e Internet, e como elas poderiam realmente ser problemáticas na classificação de redes?

Quais são os pontos fortes e fracos dos modelos OSI e TCP/IP? Por que ambos os modelos ainda são usados?

Metáforas e analogias podem ser auxílios importantes no aprendizado, mas devem ser usadas com cuidado. Considere questões de dispositivos, protocolos e endereçamento nos sistemas a seguir:

Serviço postal padrão

Serviço de entrega de parcela expresso

Sistema de telefone tradicional (análogo)

Telefonia de Internet

Serviços de embarque por contêiner

Sistemas de rádio terrestre ou via satélite

Televisão via broadcast e a cabo

Discuta o que você vê como fatores comuns entre esses sistemas. Aplique quaisquer similaridades a outras redes.

Como você poderia aplicar esses conceitos comuns para o desenvolvimento de novos sistemas de comunicação e redes?

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