Rede de computadores

Modelos de rede

Ter a tecnologia de comunicação em rede como um grande modelo seria difícil de implementar. Como resultado, dividimos vários componentes da rede em módulos ou camadas menores. O modelo padrão de uma rede é o modelo Open Systems Interconnection (OSI) definido pela Norma da Organização Internacional (ISO). Existem outros modelos de rede, embora todos eles estejam divididos em camadas semelhantes. Cada camada utiliza os serviços que a camada abaixo fornece, enquanto fornece serviços para a camada acima dela. Cada camada só pode se comunicar com a mesma camada no dispositivo de destino.

Exemplo de comunicação em modelo de rede

Modelo OSI

OSI (Open Systems Interconnection) é um modelo de rede de 7 camadas especificado pela norma ISO (International Organization for Standardization) e é amplamente utilizado em todo o mundo. O conceito de um modelo de sete camadas foi fornecido pelo trabalho de Charles Bachman, Honeywell Information Services. Vários aspectos do design OSI evoluíram a partir de experiências com as redes ARPANET, NPLNET, EIN e CYCLADES e do trabalho no IFIP WG6.1.

Unidade de dados	Camada	Função
Dados	Aplicação	Processo de rede para aplicação
	Apresentação	Criptografia, decriptação e conversão de dados
	Sessão	Sessões de gestão entre aplicações
Segmentos	Transporte	Conexão de ponta a ponta e confiabilidade
Pacotes (datagramas)	Rede	Determinação do caminho e endereçamento lógico
Moldura	Link de dados	Endereçamento físico
Bit	Físico	Transmissão de sinais e binários

Camada 1

A camada física define as especificações elétricas e físicas dos dispositivos. Ela também especifica a transmissão modulada e de banda de base.

Banda de base

A banda de base são dados digitais em sua forma bruta (1001 1101 1010 0011). Isto permite uma transmissão muito rápida e confiável em distâncias curtas; entretanto, os meios de comunicação tendem a fazer com que os bits interfiram entre si, o alcance da transmissão de banda de base é muito limitado. Ela se torna pior com o aumento da velocidade. A tecnologia de banda de base é freqüentemente usada em LAN.

• Cabo UTP - máx. 100 m na velocidade de 100 Mbit/s sem repetidor
• Fibra óptica - máximo 1 km na velocidade de 100 Mbit/s sem repetidor

Tecnologia típica: Ethernet

Transmissão modulada

Em telecomunicações, a modulação é o processo de transmitir um sinal de mensagem, por exemplo, um fluxo de bits digital ou um sinal de áudio analógico, dentro de outro sinal que pode ser transmitido fisicamente. O dispositivo que fornece modulação do sinal de banda de base é chamado de modulador, e o dispositivo que fornece desmodulação do sinal modulado de volta à banda de base é chamado de desmodulador. Hoje, o modulador e demodulador são integrados em um dispositivo chamado Modem (modulador-demodulador). Frequentemente utilizado em WAN, WLAN, WWAN.
Tecnologia típica: WI-FI, ADSL, conexão de TV a cabo (CATV)

Camada 2

A camada de ligação de dados fornece os meios funcionais e processuais para transferir dados entre entidades da rede e para detectar e possivelmente corrigir erros que possam ocorrer na camada física.

Camada 3

A camada de rede fornece o meio funcional e processual de transferir seqüências de dados de comprimento variável de um host de origem em uma rede para um host de destino em uma rede diferente usando o endereço IP.

Endereço IP

Um endereço Internet Protocol (endereço IP) é uma etiqueta numérica atribuída a cada dispositivo (por exemplo, computador, impressora) que participa de uma rede de computadores que utiliza o Protocolo Internet para comunicação. Atualmente, existem duas versões de protocolos em uso - IPv4 e IPv6.

• O IPv4 usa endereçamento de 32 bits que limita o espaço de endereços até 4294967296 (232) possíveis endereços únicos.

Exemplo: IP-192.168.0.1 máscara-255.255.255.0 significa que o endereço da rede é 192.168.0.0 e o endereço do dispositivo é 192.168.0.1

• IPv6 usa endereçamento de 128 bits, o que limita o espaço de endereçamento a até ²¹²⁸ endereços possíveis. É considerado suficiente para o futuro previsível. O suporte total ao IPv6 ainda está em fase de implementação.

Camada 4

A camada de transporte fornece transferência transparente de dados entre os usuários finais, fornecendo serviços confiáveis de transferência de dados para as camadas superiores. O Transmission Control Protocol (TCP) e o User Datagram Protocol (UDP) do Conjunto de Protocolos da Internet são comumente categorizados como protocolos de camada 4 dentro da OSI.

• O TCP (protocolo de controle de transmissão) proporciona a entrega confiável e ordenada de um fluxo de bytes de um programa em um computador para outro programa em outro computador. O TCP é utilizado para aplicações que requerem uma transferência confiável (e-mail, WWW, transferência de arquivos (FTP), ...)
• O UDP (User datagram protocol) utiliza um modelo simples de transmissão sem diálogos implícitos de aperto de mão para fornecer confiabilidade, pedidos ou integridade de dados. O UDP é utilizado em aplicações onde exigimos uma latência reduzida em relação à confiabilidade (vídeos stream, VOIP, jogos online,...)

Camadas 5-7

Comumente unidos em uma camada em modelos de rede simplificados, seu principal objetivo é interagir com aplicações, criptografando e estabelecendo conexões dedicadas, se necessário.

Modulação digital: 16-QAM com pontos de constelação de exemplo.


Modulação analógica: AM - amplitudeFM - freqüência

Termos de trabalho em rede

Latência

A latência, chamada incorretamente de ping, é um valor que mede a quantidade de pacotes de tempo necessários para viajar até seu destino. É medido em milissegundos (ms). A ferramenta que mede a latência é chamada ping, geralmente usando pacotes ICMP especiais que são menores que os pacotes de dados padrão para que eles não pesem a rede por sua presença.

• A latência imediata é medida a cada X segundos e imediatamente exibida. Seu valor muda constantemente devido às propriedades naturais da tecnologia de comutação de pacotes de rede. Picos de alta latência têm efeitos negativos na maioria das aplicações de rede que podem se adaptar à latência média, alocando o tamanho correspondente de memória como buffer. Os picos de alta latência levam ao esvaziamento deste buffer e ao congelamento temporário das aplicações. Este congelamento é comumente chamado de defasagem.
• A latência média é a soma da latência imediata medida Y vezes a cada X segundos dividida por Y. A latência média é usada para estimar o tamanho do buffer, principalmente porque não muda com tanta freqüência. O buffer permite que algumas aplicações, como vídeos stream, funcionem sem problemas mesmo com latência média alta, mas não pode nos proteger de picos de latência alta.

Capacidade (largura de banda)

A capacidade é uma medida da capacidade de transferência de uma rede e é medida em bits por segundo (bps ou b/s), hoje comumente Mbps ou Mb/s. Ela nos mostra quantas unidades de dados são transferidas a cada segundo. Atualmente, a largura de banda média é muito maior do que o necessário e não é um fator limitante na maioria dos casos.

• Uplink é quanta largura de banda é usada para transferir dados do usuário para o servidor (geralmente menor para os usuários finais).
• Downlink é quanta largura de banda é usada para transferir dados do servidor para o usuário (geralmente maior para os usuários finais).

Transmissão

Broadcast é uma transmissão especial que não é destinada a um único dispositivo, mas é dirigida a todos os dispositivos de uma rede específica. É usada principalmente para emitir automaticamente endereços IP para dispositivos por um servidor DHCP e para criar uma tabela ARP que mapeia a rede e acelera o tráfego.

Plano de freqüência ADSL. Upstream + downstream = largura de banda da rede