Rede – Fundamentos

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Rede de Comunicação

O que é uma rede de comunicação?

 

 

Uma rede é uma coleção de:

  • Redes – redes que conectam redes.
  • Terminais – telefones fixos, celulares, computadores, máquinas e coisas.
  • Meios e dispositivos de transmissão – cabos, wireless, multiplexadores, compactadores, modens, são exemplos típicos
  • Nós –  computadores, servidores, roteadores, centrais de comutação telefônica, conforme o contexto.
  • Protocolos – regras para a comunicação e controle de todos os componentes intra e inter redes.
  • Usuários –  pessoas ou máquinas nque compartilham aplicações em rede.
  • Aplicações – a razão de existir das redes. São exemplos, comunicação de voz, comunicação de dados, transmissão de imagens, transmissão de vídeo, TV, Rádio, Planilhas, e-mail, e assim por diante.

Até logo!

Requisitos de Rede

Quais os requisitos que uma rede de comunicação deve ter?

Uma rede e seus vários componentes constituem um sistema de tradeoff, ou seja, um equilíbrio entre fatores ou atributos de valor para clientes e usuários, onde se abre mão de algum bem ou serviço distinto para obter outro bem ou serviço distinto.

Uma rede deve reunir basicamente um conjunto de capacidades GEEDDS:

  • Gerência – capacidade de visibilidade e controle das suas partes e componentes
  • Economia – capacidade de apresentar uma boa relação custo-benefício.
  • Escalabilidade – capacidade de expandir ou reduzir a capacidade de serviço.
  • Desempenho – capacidade de atender grupo de requisitos da aplicação, tais como retardo, perda de pacotes, vazão.
  • Disponibilidade -capacidade de manter o sistema operacionalmente disponível.
  • Segurança – capacidade de reduzir vulnerabilidades e ameaças a um nível de risco aceitável.

Até logo!

Protocolos

O que são protocolos e para que servem?

Os protocolos são conjuntos de regras, estruturas e formatos, através dos quais informações são trocadas entre pessoas, computadores, dispositivos e processos.Os protocolos são elementos importantes para viabilizar a comunicação. Em qualquer sistema de comunicações existem vários tipos de protocolos para diferentes propósitos.

 

  • A Internet, por exemplo, utiliza um conjunto de protocolos chamado TCP/IP. Uma parte desse conjunto, o protocolo IP, Internet Protocol, permite que as partes das mensagens, chamadas datagramas, sigam diferentes rotas pela Internet e possam ser agrupadas na ponta receptora da mensagem.
  • Por outro lado, o HTTP (Hipertext Transport Protocol), utilizado na Internet, tem o propósito de permitir o acesso a documentos e páginas na WEB.
  • Já o padrão Ethernet permite a comunicação entre computadores, por exemplo, dentro de um edifício de uma organização, através de redes locais (LAN).
  • Outros protocolos permitem a comunicação entre LAN, computadores e dispositivos, através de redes geograficamente distribuídas (Wide Area Networks – WAN).
  • Uma plicação para conversar com outra aplicação necessita de protocolo.

Para que uma comunicação possa ser estabelecida adequadamente entre dois usuários finais, utilizando uma rede de comunicação, é necessário um conjunto de protocolos, denominado ARQUITETURA. O Modelo OSI é um importante modelo de referência de arquitetura.

Até logo!

 

Arquitetura de Comunicação em Camadas

Porque os sistemas de comunicação são desenvolvidos e estruturados em camadas?

Além das regras de comunicação que devem ser estabelecidas numa rede de comunicação (no nível de rede), outros aspectos devem ser considerados para permitir que a comunicação entre dois pontos possa ser feita com sucesso. O fato de uma rede funcionar bem não garante que a comunicação fim a fim tenha sucesso.

Como os dados devem ser transmitidos? Como devem ser os requisitos funcionais dos equipamentos/ estações dos clientes, em ambas as terminações, para garantir que os dados sejam transmitidos (e recebidos) na forma prevista pelo usuário?

Uma rede, pela sua natureza, deve suportar uma grande variedade de dispositivos de diferentes fabricantes. Cada dispositivo, e cada aplicação que roda neles, pode requerer um método de acesso ou um protocolo diferente (isto é, um padrão de comunicação) para que a transmissão se concretize.

No entanto, os dados devem ser apresentados aos usuários finais numa forma que eles possam reconhecer e manipular. Isso pode envolver conversão de protocolos, para acomodar um formato de usuário, código, sintaxe de linguagem, por exemplo.

Como fica a comunicação entre terminais de diferentes velocidades? Qual deve ser o mecanismo de controle de fluxo entre os terminais de origem e destino? Como as mensagens, que são divididas em pacotes na rede, podem ser recuperadas, na íntegra, na outra extremidade da rede, pelo terminal do usuário de destino?

Esses controles adicionais devem ser incorporados nos terminais ou computadores e não nas redes. Isso levou à realização de uma seqüência de tarefas, de forma estruturada, culminando no conceito de arquiteturas de comunicação em camadas.

O sistema de comunicação em camadas facilita o desenvolvimento, implementação e modernização de uma arquitetura de protocolos (composta por vários protocolos acomodados em diferentes camadas).

O modelo de referência da ISO (International Standard Organization), conhecido como Modelo OSI (Open Systems Interconnection) tornou-se um padrão internacional para arquiteturas em camadas.

Até logo!

Protocolos não Orientados a Conexão

Como funcionam os protocolos orientados a conexão?

Protocolos não orientados a conexão são conhecidos como geradores de Datagramas. Neste modelo de protocolo, as mensagens são encaminhadas sem os estabelecimentos de uma conexão a priori, antes de transferir dados. Exemplos: Protocolos Ethernet, IP (utilizado na INTERNET) e UDP.

Os Protocolos não orientados a conexão possuem apenas uma fase: Transferência de dados.Esses tipos de protocolos têm a vantagem de serem simples e a desvantagem de não permitirem que a rede garanta a integridade da mensagem, devido ao fato de não ser garantida a seqüência correta dos pacotes (segmentos de mensagem) no nó de destino, já que os pacotes encaminhados na rede podem seguir vários caminhos distintos (enlaces e nós), implicando em diferentes tempos de deslocamento na rede. Adicionalmente, pacotes podem ser perdidos na rede. A integridade da mensagem, nesses casos, deve ser garantida por um protocolo superior.

Até logo!

Protocolos Orientados a Conexão

Como funcionam os protocolos orientados à conexão?

 Os protocolos podem ser projetados para estabelecer uma conexão a priori, antes de transferir dados. Exemplo: Protocolo TCP utilizado na Internet. Esses tipos de protocolo estabelecem um “circuito virtual na rede” (em todos os nós da rede, desde a origem, até o destino).

Os protocolos orientados a conexão possuem três fases:

  • Estabelecimento da conexão, onde entidades concordam, ou não, em transferir dados.
  • Transferência de dados, onde entidades transferem os dados.
  • Término da conexão, onde entidades encerram a conexão.

Até logo!

Comunicação fim a fim

Como os protocolos são usados numa comunicação fim a fim?

Para entender como os protocolos são usados numa comunicação fim a fim, veja o exemplo:

Um usuário, localizado num prédio A, roda uma aplicação que necessita acessar uma informação numa base de dados no prédio B. Ambas as aplicações têm endereços únicos de rede. Uma série de caminhos e protocolos será estabelecida entre A e B, para permitir a comunicação entre as duas aplicações. Esses caminhos são disparados pela aplicação de origem, através de uma solicitação de serviço de comunicação para o endereço da aplicação de destino.

  • Numa LAN, um protocolo de controle de acesso é necessário para resolver o conflito de muitas estações acessando serviços (clientes) e outras fornecendo serviços (servidores).
  • O roteador é um equipamento (uma estação da rede) que funciona como um servidor de estabelecimento e controle da comunicação com outras redes.
  • O roteador do usuário segmenta as informações provenientes da aplicação para transmitir na rede, estabelece uma comunicação com um outro roteador da WAN, através de um protocolo de acesso a essa rede, passando o endereço da aplicação de destino.
  • Os modems usam protocolos para a adequação do sinal (pacotes) ao meio físico.
  • Os Roteadores (*) da WAN (Wide Área Network – Rede Geograficamente Dispersa) conhecem os caminhos para chegar a qualquer endereço de rede, através de Protocolos de Roteamento. O roteador da WAN, na outra extremidade da rede, estabelece a comunicação com o roteador da aplicação de destino.
  • Obs: O Roteador é um dispositivo inteligente, capaz de interconectar redes de meios físicos e protocolos diferentes. Eles identificam os caminhos para chegar a qualquer endereço de rede. Recebem um pacote em uma porta de entrada, analisam o seu endereço de destino, escolhem um caminho e encaminham na rede, sucessivamente, até alcançarem o destino.
  • O Roteador da Aplicação de destino acessa a LAN (como cliente), para acessar a estação de destino que abriga a aplicação base de dados.
  • Só depois de estabelecido todo o caminho entre a aplicação de origem e a aplicação de destino é que haverá a comunicação efetiva entre as aplicações.
  • A comunicação entre as aplicações é regida por um protocolo de alto nível, residente nos computadores do cliente.
  • Para a aplicação de destino responder à aplicação de origem, o mesmo procedimento deverá acontecer, em sentido contrário.

Até logo!

Características dos meios de transmissão

Quais são as principais características dos meios de transmissão?

Os meios de transmissão podem ser de vários tipos. Usamos o termo “linha” para designar o meio de transmissão entre dois pontos. Essa linha pode ser de um par de fios, um cabo coaxial, fibras ópticas, comunicação por rádio freqüência ou até mesmo por satélites. O meio de transmissão serve para oferecer suporte ao fluxo de dados entre dois pontos.

Tabela de Características de Meios de Transmissão

 

Tipo e Meio Espectro de Freqüência Taxa de Erro de Bit Distância entre Repetidores Segurança Custo
Par Trançado 1MHz Pobre

(10-5)

Curta

(2 km)

Pobre Baixo
Coaxial 1GHz Boa

(10-7 a 10-9)

Curta

(2.5 km)

Boa Moderado
Microondas 100GHz Boa

(10-9)

Media

(>/72 km)

Pobre Moderado
Satélite 100GHz Boa

(10-9)

Longa (>/36,000 km) Pobre Moderado a alto
Fiber 75THz Ótima

(10–11 a -13)

Longa (até 4,000 miles/6,400 km) Boa Moderado a alto

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Freqüência e Largura de Banda

O que é frequência e largura de banda?

Freqüência. A taxa com que os sinais de telecomunicações e as correntes elétricas se alteram é expressa em freqüência. A freqüência refere-se ao número de vezes por segundo que uma onda oscila em um ciclo completo. Quanto maior a velocidade ou freqüência, mais ciclos completos de uma onda são concluídos em um período de tempo. Essa velocidade ou medida de tráfego é expressa em Hertz (Hz) nos sistemas analógicos e em bits por segundo nos sistemas digitais.

 Largura de Banda. Em telecomunicações, a largura de banda refere-se à capacidade de transmissão e é expressa de formas diferentes para sistemas analógicos e digitais.

Uma onda que oscila 10 vezes por segundo tem uma freqüência de 10 hertz ou ciclos por segundo. Um sinal digital com 64 K bits por segundo terá uma taxa de transmissão de 64 x 1024 bits por segundo. Quanto maior for a freqüência maior de um sinal maior será a largura de banda ou a capacidade exigida para transmitir os sinais. A voz humana não exige altas capacidades, já comunicação de dados, imagem, vídeo, TV e muitas outras aplicações exigem altas capacidades. Isso explica o porquê que a rede telefônica, originariamente projetada para transmitir voz, apresenta limitações para a transmissão de outros tipos e sinais. Essa limitação e demandas de comunicação do mundo moderno são uma das razões do movimento da convergência.

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Analógico e Digital

Sistemas Analógicos. O termo “analógico” significa que tem analogia ou semelhança. Nos sistemas de comunicações analógicos, os sinais mantêm analogia com os sinais originais. Um exemplo de uso de sistemas analógicos é a Rede de Telefonia. Veja um exemplo no sistema de telefonia:

  • O microfone converte as ondas de som (sinais analógicos) em sinais elétricos.
  • Os sinais elétricos trafegam pela linha telefônica (analógica) por meio de oscilações de voltagem, podendo, assim, representar as ondas sonoras em sua freqüência (número de oscilações por segundo – graves e agudos) e altura (amplitude/volume). Esses sinais são chamados de ANALÓGICOS, pois é uma analogia elétrica do som de sua voz.
  • O núcleo da Rede de Telefonia, hoje em dia já é praticamente toda digital.
  • Do outro lado, os sinais elétricos trafegam pela linha telefônica (analógicas) e o alto falante no fone de ouvido converte novamente esses sinais elétricos em ondas sonoras.

Sistemas Digitais. Nos sistemas digitais, os sinais sempre são transformados, na transmissão, numa seqüência de bits e interpretados, na recepção, para recuperarem as informações originais. O “Bit” (Binary Digit) é a unidade elementar de informação de um sistema digital, podendo assumir os valores 0 – ausência de sinal (sem voltagem) – ou 1 – presença de sinal (com voltagem).

 O fato das transmissões digitais funcionarem com esses dois estados é a razão fundamental de uma série de vantagens dos sistemas digitais frente aos analógicos:

  • Todo sinal, seja analógico ou digital, sofre degenerações e necessita ser regenerado – todo componente no trajeto da comunicação contribui para isso.
  • Os sinais digitais podem ser regenerados de forma mais confiável, pelo fato de um bit ter somente dois estados: ativado ou desativado. Isso não é verdade para os sinais analógicos – é mais complexo recriar uma onda contínua, com uma infinidade de níveis.
  • Um vilão significativo em qualquer sistema de comunicação é o ruído, nas suas várias formas. Além do ruído, também como fatores nocivos, podemos citar a atenuação (enfraquecimento do sinal) e a distorção (alteração da sua forma).
  • É muito mais fácil separar o ruído de um sinal digital (bem como, amplificar e regenerar a sua forma), do que de um sinal analógico, já que o ruído pode ser facilmente confundido com o sinal analógico.
  • A facilidade de regeneração do sinal digital é fundamental para que os sistemas digitais apresentem uma alta qualidade – superior aos sistemas analógicos.
  • Os sistemas digitais também são mais confiáveis que os sistemas analógicos, principalmente porque uma menor quantidade de equipamentos é requerida para transmitir e receber o sinal. Uma das razões é que, pelas suas características, os sinais analógicos enfraquecem (atenuam) mais rápido que os sinais digitais e, por isso, necessitam de maior quantidade de regeneradores. Pode-se provar (e é intuitivo) que, quanto maior for a quantidade de elementos num sistema, maior será a probabilidade de problemas ocorrerem e menor a confiabilidade do sistema como um todo.

Até logo!

Sistemas de comunicação e componentes

O que são informações, sinais, meios de transmissão, largura de banda, multiplexador, modem, protocolos e redes de comunicação?

  • As informações que trafegam num Sistema de Comunicação podem ser de várias formas e origens: a voz, uma mensagem, uma imagem, um vídeo ou uma combinação dessas formas.
  • As Informações são representadas por sinais. Os sinais podem ser analógicos ou digitais. Os sinais analógicos foram os primeiros a serem utilizados, principalmente nos sistemas telefônicos. Os sinais digitais foram introduzidos com o advento do computador. Códigos são utilizados para representá-los.
  • O meio de transmissão é o meio físico onde os sinais se propagam. Podem ser de vários tipos, dependendo da aplicação, ter diferentes características de qualidade e restrições de investimentos e custo.
  • A Largura de Banda – a capacidade de transmitir volumes de informação – é um item crítico e está sofrendo grandes evoluções. O crescente tráfego de dados e vídeo demanda crescentes aumentos da largura de banda.
  • O multiplexador agrupa tráfegos de múltiplos dispositivos de diferentes naturezas – dados, imagem e vídeo no meio de transmissão. A Compactação reduz o “tamanho” da representação da informação. Ambos os processos são formas de melhor aproveitar os meios de transmissão.
  • O Modem faz a adequação dos sinais digitais aos meios de transmissão. Embora cerca de 80% dos sistemas de comunicação sejam digitais, as redes de acesso (as linhas de assinantes) são analógicas.
  • Protocolos são regras necessárias para viabilizar as comunicações. Em telecomunicações, os protocolos desempenham papel fundamental. Eles permitem estabelecer, manter e finalizar a comunicação entre origens e destinos.
  • As Redes de Comunicações se apresentam de várias formas nos dias de hoje, gerando ganho de escala e a possibilidade de uma infinidade de aplicações no mercado residencial e empresarial. São muitos os tipos e tecnologias.

Até logo!

Padrões de tráfego

Quais os padrões de tráfego existentes nos sistemas de comunicação?

Existem basicamente quatro principais tipos de tráfego, cada um com requerimentos próprios em termos de capacidade de rede, tolerância a retardo e perdas por congestionamento:

Voz – Comunicações de voz são conhecidas como de faixa-estreita por conta da capacidade de rede requerida para este tipo de tráfego. Para sua inteligibilidade comunicações de voz exigem que o retardo seja monitorado e mantido sob controle.

Dados – Chamamos de comunicações de dados à troca de informações digitalizadas entre duas máquinas. Dependendo da aplicação suportada, mais ou menos capacidade ou largura de banda são demandados e, dependendo do tipo de aplicação, a comunicação de dados pode ser mais ou menos tolerante a retardo.

Imagem – Comunicações de imagem requerem largura de banda de média a alta. Maior a resolução de imagem requerida, maior a capacidade demandada. Algum retardado pode ser tolerado neste caso.

Vídeo – Requerem uma maior capacidade de transmissão e são extremamente sensíveis ao retardo.

Até logo!