Arquitetura de Redes de Computadores, 2ª edição

Autor(es): MAIA, Luiz Paulo
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Comprometido em manter a obra atualizada com os mais recentes avanços tecnológicos, o professor Luiz Paulo Maia produziu esta nova edição de Arquitetura de Redes de Computadores. O livro traz todo o conteúdo necessário ao estudo e à compreensão da estrutura e do funcionamento das redes de forma ampla e bastante didática.Temas atuais como protocolos, padrões utilizados na Internet e redes locais Ethernet são abordados tomando-se o cuidado de inserir mais de 250 imagens e exemplos que contextualizam e tornam a teoria mais simples e compreensível. Além disso, os capítulos seguem uma ordenação lógica com a preocupação de facilitar a aprendizagem e há, ainda, quase 400 exercícios para fixar os conteúdos apresentados. Como recursos adicionais, o leitor pode encontrar materiais suplementares, disponíveis mediante cadastro, no site da LTC Editora | Grupo GEN.Destinado a estudantes de graduação, pós e extensão e a profissionais da área, Arquitetura de Redes de Computadores traz, entre outros recursos, questões do Exame Nacional de Desempenho de Estudantes (ENADE), aplicadas aos cursos que abordam a Tecnologia em Redes de Computadores.

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8 capítulos

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1 - Conceitos Básicos

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1.1

Conceitos Básicos

Introdução

O principal objetivo deste capítulo é apresentar os conceitos básicos para a compreensão inicial das redes de computadores e do restante do livro. Na maioria dos casos, os conceitos introduzidos aqui serão reapresentados com maior detalhamento nos capítulos seguintes. Desta forma, é possível aprofundar o tema gradualmente, tornando o processo de aprendizado mais fácil.

O capítulo apresenta, inicialmente, uma visão geral dos principais conceitos e termos aplicados às redes de computadores. Um fator importante no estudo das redes é poder avaliar e comparar os diversos tipos, suas vantagens e desvantagens. Para tal, são apresentados os principais parâmetros para a avaliação de redes de computadores.

As redes de computadores podem ser classificadas de diversas formas, e o capítulo apresenta os conceitos de redes locais, metropolitanas e distribuídas, redes cabeadas e sem fio, redes ponto a ponto e multiponto, além de redes comutadas por circuito e pacotes. São apresentados o modelo cliente-servidor e os principais serviços oferecidos pelas redes de computadores, com ênfase nos serviços oferecidos pela Internet. Finalmente, é apresentado um histórico da evolução das redes, especialmente da Internet.

 

2 - Modelo de Camadas

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2.1

Modelo de Camadas

Introdução

Este capítulo apresenta um dos principais conceitos para a compreensão da arquitetura de redes de computadores: o modelo de camadas. Inicialmente são apresentadas as suas vantagens, com

ênfase no modelo adotado pelo livro, formado por cinco camadas: física, enlace, rede, transporte e aplicação. É apresentado o funcionamento do modelo, descrevendo a comunicação vertical e horizontal, os conceitos de encapsulamento, desencapsulamento, PDU e protocolos de rede.

As cinco camadas do modelo são apresentadas com suas respectivas funções. Em seguida são introduzidos o conceito de arquitetura de redes e exemplos dos modelos mais importantes, como o modelo OSI, Internet e IEEE 802.3. Finalmente são apresentados os diversos órgãos de padronização, responsáveis pelos padrões estudados no decorrer do livro.

2.2

Vantagens do Modelo de Camadas

O desenvolvimento de uma arquitetura de redes de computadores é uma tarefa complexa, pois envolve inúmeros aspectos de hardware e software, como interface com o meio de transmissão, especificação, verificação e implementação de protocolos, integração com o sistema operacional, controle de erros, segurança e desempenho. O modelo de camadas surgiu para reduzir a complexidade do projeto de arquitetura de redes, da mesma forma que a programação estruturada e modular veio ajudar no desenvolvimento de sistemas.

 

3 - Camada Física

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3.1

Camada Física

Introdução

Este capítulo apresenta as principais funções da camada física, responsável pela efetiva transmissão dos dados, oferecendo uma visão geral do processo, as características de um sinal, problemas relacionados à transmissão, largura de banda e capacidade máxima de transmissão, e os diversos tipos de meios de transmissão com e sem fio.

O capítulo apresenta o processo de digitalização, especialmente a codificação PCM, a sinalização analógica e digital, sinalização multinível e as técnicas de multiplexação por divisão de frequência e divisão de tempo. São apresentados os conceitos de transmissão simplex, half-duplex e full-duplex, transmissão serial e paralela e transmissão assíncrona e sincronização. Finalmente, são abordadas as diferentes topologias de redes ponto a ponto e multiponto.

O estudo da camada física é extenso, e existem diversos livros dedicados exclusivamente ao assunto. Duas referências nessa área são [Lathi, 1998] e [Skar, 2001].

 

4 - Camada de Enlace

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4.1

Camada de Enlace

Introdução

A principal função da camada de enlace é garantir a comunicação entre dispositivos adjacentes.

Enquanto a camada física trabalha com bits, a camada de enlace trabalha com blocos de bits, chamados quadros. É função da camada de enlace criar e interpretar corretamente os quadros, detectar possíveis erros e, quando necessário, corrigi-los. A camada de enlace deve também controlar o fluxo de quadros que chegam ao destino, de forma a não o sobrecarregar com um volume excessivo de dados.

Este capítulo trata de características comuns às camadas de enlace de redes ponto a ponto e multiponto. Os detalhes relativos às redes multiponto são tratados no próximo capítulo, Arquitetura de Redes Locais. Para mais informações sobre a camada de enlace, consultar [Black,

1993].

4.2

Quadros

Enquanto a camada física trabalha com bits, a camada de enlace trabalha com blocos de bits, chamados quadros ou frames. Na grande maioria dos protocolos de enlace os quadros são formados por três estruturas básicas: cabeçalho, dados e CDE (Fig. 4.1).

 

5 - Arquitetura de Redes Locais

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Arquitetura de Redes Locais

5.1

Introdução

Nos capítulos anteriores foram apresentadas as funções da camada física e da camada de enlace de forma isolada, porém as redes locais englobam essas duas camadas de forma mais interdependente e padronizada do que em outros tipos de redes. Por isso, teremos um capítulo dedicado ao estudo da arquitetura de redes locais.

Inicialmente serão estudados os diversos mecanismos de controle de acesso ao meio. Em seguida é apresentado o padrão para redes locais IEEE 802, que define o modelo de camadas para as

LAN. Finalmente, o capítulo trata especialmente das redes locais Ethernet (IEEE 802.3) e redes locais sem fio (IEEE 802.11), largamente utilizadas pelo mercado.

5.2

Controle de Acesso ao Meio

Em redes multiponto, o meio de transmissão é compartilhado por vários dispositivos e, consequentemente, deve existir algum mecanismo que regule qual a estação poderá transmitir em determinado instante. Esse mecanismo é chamado de controle de acesso ao meio e é fundamental na arquitetura de redes que utilizam a topologia multiponto. Por exemplo, na Fig.

 

6 - Camada de Rede

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6.1

Camada de Rede

Introdução

A principal função da camada de rede é permitir que uma mensagem enviada pelo transmissor chegue ao destino utilizando dispositivos intermediários. Esse processo de reencaminhamento é chamado de comutação e é realizado por dispositivos denominados comutadores. Enquanto a camada de enlace está preocupada com a comunicação entre dispositivos diretamente conectados, a camada de rede preocupa-se em permitir a comunicação entre dispositivos não adjacentes. No modelo Internet, essa função chama-se roteamento, e é executada por dispositivos denominados roteadores.

Na maioria das redes de computadores, a camada de rede implementa a técnica de comutação por pacotes. Na comutação por pacotes, os dados são divididos em pedaços menores, chamados pacotes, que são encaminhados pela rede de interconexão. Uma rede de pacotes pode implementar o serviço de reencaminhamento de pacotes de duas formas diferentes: serviço de datagrama ou circuito virtual. Para que a comunicação seja possível, é necessário algum esquema de endereçamento que permita a identificação dos dispositivos e caminhos disponíveis para a implementação do roteamento.

 

7 - Camada de Transporte

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7.1

Camada de Transporte

Introdução

A principal função da camada de transporte é a comunicação fim a fim entre os processos transmissor e receptor, ou seja, permitir a comunicação entre a origem e o destino como se não existisse a rede de interconexão. O capítulo apresenta os dois tipos de serviços oferecidos pela camada de transporte e os protocolos TCP e UDP, responsáveis pela comunicação fim a fim no modelo Internet.

Para que ocorra a comunicação fim a fim é necessária a implementação de algum mecanismo de endereçamento na camada de transporte. Nesse caso, serão apresentados os conceitos de portas e sockets utilizados no modelo Internet para endereçamento de transporte. Dependendo do tipo de serviço oferecido, são necessários outros mecanismos, como controle de erro fim a fim, estabelecimento e término de conexões e o controle de fluxo fim a fim.

Finalmente, o capítulo aborda a interface de programação utilizada para o desenvolvimento de aplicações em rede baseada em sockets, apresentando dois programas: um cliente e outro servidor.

 

8 - Camada de Aplicação

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8.1

Camada de Aplicação

Introdução

A principal função da camada de aplicação é oferecer serviços de rede para os usuários e suas aplicações, como serviços de nomes, web, transferência de arquivos, correio eletrônico, gerência remota, entre outros. Enquanto a camada de transporte e as demais camadas inferiores estão preocupadas com a transmissão dos dados propriamente dita, a camada de aplicação utiliza os recursos da rede de forma transparente, oferecendo serviços específicos para seus usuários.

8.2

Protocolos de Aplicação

A camada de aplicação é a camada mais próxima dos usuários e de suas aplicações. Enquanto as camadas inferiores estão preocupadas com os detalhes da comunicação propriamente dita, a camada de aplicação permite o uso da rede e de suas facilidades da forma mais transparente possível. Para isso, a camada de aplicação oferece uma interface de programação que simplifica o processo de desenvolvimento de aplicações em rede. No modelo Internet, o conceito de sockets oferece uma interface de programação padronizada para a utilização dos recursos da camada de transporte e, consequentemente, das demais camadas.

 

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