6 - Elementos de Rede

1. Modem

1.1. Conceito

1.1.1. Conversor de sinais

1.1.2. opera na camada física do modelo OSI.

1.1.3. MOdulador e DEModulador

1.2. Funcionamento

1.2.1. O Modem executa uma transformação do sinal

1.2.1.1. modulação (modem analógico)

1.2.1.2. codificação (modem digital)

1.2.2. gerando sinais analógicos adequados à transmissão sobre uma linha telefônica.

1.2.3. Atua nas duas pontas

1.3. Tipos

1.3.1. Cable Modem (Internet a Cabo):

1.3.1.1. Modula os sinais digitais da sua rede para que possam trafegar sobre as frequências de rádio usadas na rede de cabos coaxiais da operadora.

1.3.2. DSL Modem (Internet via Telefone):

1.3.2.1. Modula os sinais digitais para trafegar nas frequências altas de uma linha telefônica de cobre, sem interferir com o sinal de voz analógico.

1.3.3. Modem de Fibra Óptica (ONT - Optical Network Terminal):

1.3.3.1. Este dispositivo é menos um "modem" no sentido clássico e mais um conversor de mídia. Ele converte os pulsos de luz que chegam pelo cabo de fibra óptica em sinais elétricos que podem ser entendidos por um roteador (padrão Ethernet).

1.4. E o modem lá de casa?

1.4.1. Na prática, o equipamento que as operadoras instalam em nossas casas hoje é raramente apenas um modem. Trata-se de um dispositivo integrado que combina quatro funções em um único aparelho:

1.4.1.1. Modem: A parte que se conecta à rede do provedor (via cabo coaxial, fibra, etc.).

1.4.1.2. Roteador: A inteligência que cria sua rede local, distribui endereços IP e gerencia o tráfego entre seus dispositivos e a internet.

1.4.1.3. Switch: As portas físicas (geralmente 4 portas LAN RJ-45) que permitem conectar dispositivos via cabo de rede.

1.4.1.4. Ponto de Acesso (Access Point): A antena e os circuitos que criam a sua rede Wi-Fi.

2. Gateway

2.1. Conceitos

2.1.1. O termo gateway é uma das palavras mais ambíguas em redes de computadores, pois seu significado mudou drasticamente ao longo do tempo.

2.1.1.1. Inicialmente tivemos o gateway clássico, um dispositivo tradutor de protocolos, que hoje é uma função de nicho.

2.1.1.2. O uso moderno da palavra refere-se a algo muito mais comum: o roteador.

2.2. O Gateway Clássico: O Conversor de Protocolos (Camada 7)

2.2.1. suportam mais do que uma arquitetura de rede

2.2.1.1. utilizados sempre que ambientes diferentes precisam se comunicar.

2.2.2. permitem comunicação entre equipamentos conectados às redes de diferentes arquiteturas.

2.2.3. atuam nas camadas superiores do modelo OSI

2.2.3.1. recompõe os pacotes de dados para retransmiti-los entre as redes

2.2.4. Podem conectar sistemas que:

2.2.4.1. não utilizem os mesmos protocolos

2.2.4.2. Com diferentes estruturas de formatação de dados

2.2.4.2.1. Linguagens

2.2.4.2.2. Arquiteturas

2.2.4.2.3. Protocolos

2.2.5. Funcionamento

2.2.5.1. Os gateways são, em geral, servidores dedicados em uma rede

2.2.5.2. eles abrem os dados que chegam através da pilha completa de protocolos da rede

2.2.5.3. e fecham os dados que saem na pilha completa de protocolos da outra rede para permitir a transmissão

2.2.5.4. retiram uma pilha de protocolos antiga e adicionam uma nova.

2.2.6. Uso

2.2.6.1. Embora o hardware "gateway" seja raro, a função de tradução de protocolos ainda existe:

2.2.6.1.1. Gateway de E-mail: Um servidor que recebe um e-mail via protocolo SMTP e o disponibiliza para um cliente via protocolo POP3 ou IMAP está atuando como um gateway.

2.2.6.1.2. Gateway de VoIP: Converte os sinais de voz de uma rede digital (protocolo SIP) para o sistema de telefonia tradicional (analógico), permitindo que você ligue de um programa no PC para um telefone fixo.

2.3. Gateway Moderno (Camada 3)

2.3.1. Com a popularização da internet, o uso do termo "gateway" mudou. Hoje, quando configuramos uma rede e vemos o campo "Gateway Padrão" (Default Gateway), estamos nos referindo a uma coisa muito específica: o endereço IP do roteador da nossa rede local.

2.3.2. o roteador atua como o "portão de saída" da rede

2.3.3. Todo o tráfego que um computador precisa enviar para um destino fora da sua rede local (como um site na internet) é encaminhado para o endereço do roteador.

2.3.4. O roteador então se encarrega de encontrar o melhor caminho para esse destino.

2.4. Resumo

3. Switch

3.1. Conceitos

3.1.1. Evolução do Hub

3.1.1.1. Imagem

3.1.2. possibilitam a troca simultânea de mensagens entre várias estações

3.1.3. aumento efetivo das taxas de transmissão

3.1.4. switches provêm largura de banda integral para cada porta

3.2. Funcionamento

3.2.1. Aprende o endereço MAC de cada dispositivo.

3.2.2. Cria um canal exclusivo entre origem e destino.

3.2.3. Vídeo

3.3. Hub X Switches

3.3.1. Hub

3.3.1.1. retransmite todos os dados que chegam para todas as estações conectadas a ele

3.3.1.2. barramento de dados disponível seja compartilhado entre todas as estações e que apenas uma possa transmitir de cada vez

3.3.2. Switch

3.3.2.1. encaminha apenas para o destinatário correto

3.4. Switches X Bridges

3.5. Switches X Roteadores

3.6. Vantagens

3.6.1. Switch tem a capacidade de aumentar o desempenho da rede

3.6.2. Banda Dedicada: 1 Gbps por porta (não compartilhado).

3.6.3. Full-Duplex: Envio e recebimento simultâneos.

3.6.4. Fim das Colisões: Cada porta é um domínio isolado.

4. Roteadores

4.1. Conceitos

4.1.1. Examinam os caminhos existentes e escolhem qual o melhor caminho para o tráfego de informações seguir

4.1.2. Sua função é examinar o endereço de cada mensagem e decidir em que rede está o destinatário

4.1.3. Operam nas camadas 1, 2 e 3 do modelo OSI e podem também fazer compactação de dados.

4.1.4. O Switch conecta DISPOSITIVOS. O Roteador conecta REDES.

4.2. Funções Chave

4.2.1. Encaminhamento Lógico (IP): Decide a melhor rota baseado na Tabela de Roteamento Estática ou Dinâmica/OSPF).

4.2.2. Default Gateway: O "portão de saída" obrigatório para o mundo externo.

4.2.3. NAT (Network Address Translation): Converte IPS privados em um IP público.

4.2.4. DHCP: Distribuição automática de endereços.

4.2.5. Firewall: Segurança de borda e filtragem de pacotes.

4.3. Funcionamento

4.3.1. Os roteadores, assim como as pontes, podem filtrar e isolar o tráfego e conectar segmentos de rede.

4.3.2. trabalham em uma camada mais alta do modelo OSI

4.3.2.1. possuem mais informações a respeito dos pacotes

4.3.3. tabela de roteamento

4.3.3.1. endereços de rede conhecidos

4.3.3.2. como se conectar a outras redes

4.3.3.3. caminhos possíveis entre os roteadores

4.3.3.4. custos de enviar os dados através desses caminhos

4.3.3.5. A melhor rota para os dados é selecionada com base nos custos e nos caminhos disponíveis

4.3.3.6. Estáticos

4.3.3.6.1. requerem que as rotas sejam adicionadas manualmente

4.3.3.7. Dinâmicos

4.3.3.7.1. fazem uma verificação automática de rotas

4.3.4. O roteador não examina o endereço do nó de destino

4.3.4.1. ele só examina o endereço da rede

4.3.5. se o endereço de rede for conhecido ele passa os dados ao roteador que gerencia a rede de destino

4.3.6. são mais lentos do que as pontes.

4.4. Pontes X Roteadores

4.4.1. Um roteador pode conciliar múltiplos caminhos ativos

4.4.1.1. e escolher entre caminhos redundantes

4.4.2. as pontes só podem reconhecer um caminho entre redes

4.5. Outros "Roteadores"

4.5.1. E o roteador wifi?

4.5.2. Acess Point

5. Outros Elementos

5.1. Transceivers

5.1.1. faz a conexão entre dispositivos elétricos ou a conversão eletro/óptica correta entre computadores de rede que usam fibra óptica

5.1.2. tem a função de transformar um sinal elétrico em sinal ótico e vice-versa.

5.1.3. Padrões Comuns:

5.1.3.1. SFP (l Gbps)

5.1.3.2. SFP+ (10 Gbps)

5.1.3.3. QSFP (40/100 Gbps)

5.2. Baluns e Adaptadores

5.2.1. Conversores Coaxial - UTP

5.3. Patch Panel

5.3.1. É um sistema passivo, ele não possui nenhum circuito eletrônico

5.3.2. facilita enormemente a manutenção de redes medias e grandes

5.3.3. Utilização

5.3.3.1. se for necessário trocar dispositivos, adicionar novos dispositivos ou alterar a configuração de cabos, basta trocar a conexão dos dispositivos no patch-panel, sem a necessidade de alterar os cabos que vão até os micros.

6. Resumo

6.1. A Hierarquia da Rede

6.2. A rede moderna abandonou a força bruta em favor da especialização inteligente.

6.2.1. Organização Passiva (Patch Panel)

6.2.2. Eficiência de Comutação (Switch)

6.2.3. Lógica Global de Roteamento (Roteador)

6.3. Essa infraestrutura invisível garante que dados complexos fluam instantaneamente e com segurança, do seu dispositivo para o mundo.

7. Conceitos

7.1. Para que uma rede seja eficiente, escalável e segura, conectar cabos não é suficiente. E necessário um ecossistema de equipamentos inteligentes que gerenciam o fluxo, evitam colisões e conectam o local ao global.

7.1.1. Limitação de distancia

7.1.1.1. Regerar Sinais

7.1.1.2. Retransmitir Sinais

7.1.2. Comunicação com outras Redes

7.1.3. Acesso a redes remotas

7.1.4. Sem gerenciamento, os dados colidem, o sinal se atenua e a segurança inexiste.

7.1.5. A Solução em Camadas: A rede opera hierarquicamente. Dispositivos diferentes resolvem problemas diferentes.

8. Placas de Rede

8.1. NICs (Network Interface Cards)

8.1.1. A NIC é a interface fundamental entre o computador e o meio de transmissão. Ela realiza o encapsulamento de dados (Framing).

8.2. são os dispositivos de hardware responsáveis pela transferência e controle dos dados pelo cabeamento das redes.

8.2.1. utiliza um processador especial e rotinas armazenadas na sua memória para transmitir e receber dados através do cabo serial da rede

8.2.2. movimenta os dados para dentro e para fora da memória do computador, através do barramento paralelo.

8.3. A placas adaptadoras de rede funcionam como a interface ou conexão física entre o computador e o cabo de rede.

8.3.1. o cabo da rede é acoplado à porta da placa, para fazer a conexão física real entre o computador e o restante da rede.

8.4. Funções

8.4.1. Preparar os dados do computador para o cabo de rede

8.4.1.1. A placa de rede converte os bits de dados para que estes possam passar do computador para o cabo.

8.4.2. Enviar os dados para outro computador.

8.4.2.1. Cada placa de rede tem seu próprio e único endereço

8.4.2.2. A placa coloca um identificador nos dados quando estes são postos na rede.

8.4.3. Controlar o fluxo entre o computador e o sistema de cabeamento

8.4.3.1. A placa dispõe de uma RAM para ajudá-la a controlar o fluxo de dados e não sobrecarregar o computador nem os cabos.

8.4.4. Recebe dados do cabo e os traduz para bytes que a CPU do computador pode entender.

8.5. Características

8.5.1. contém a programação de hardware e firmware

8.5.2. funções de controle de vínculo lógico e controle de acesso à mídia

8.5.2.1. Modelo OSI

8.5.3. Pode ser para uma unica Conexão ou Varias - COMBO

8.5.4. Velocidade

8.5.4.1. Cabeamento

8.5.4.2. Barramento de Dados

8.5.4.2.1. PCI

8.5.4.2.2. ISA

9. Hub

9.1. Conceitos

9.1.1. utilizados para conectar os equipamentos que compõem uma LAN.

9.1.2. Concentrador

9.1.3. Topologia Estrela

9.1.3.1. Mas nem Sempre

9.1.3.1.1. Topologia Lógica X Fisica

9.1.4. Muito utilizados

9.1.4.1. Substituído pelos Switches

9.2. Tipos

9.2.1. Ativos

9.2.1.1. regeneram e retransmitem o sinal como um repetidor

9.2.2. Passivos

9.2.2.1. funcionam como ponto de conexão e não regeneram e nem amplificam o sinal

9.2.3. Hibridos

9.2.3.1. suportam vários tipos de cabos

9.3. Como funciona

9.4. Vantagens

9.4.1. Facilidade de Expansão

9.4.2. Suporte a vários tipos de cabos

9.4.3. monitoração centralizada

9.4.4. Diagnostico de conexão

9.5. Probolemas

9.5.1. Domínio Único de Colisão: Como todo o tráfego era retransmitido para todos, se dois computadores tentassem "falar" ao mesmo tempo, ocorreria uma colisão de dados que afetaria toda a rede. Todos os dispositivos conectados a um hub compartilhavam a mesma "pista" de dados, o que degradava severamente a performance à medida que mais equipamentos eram adicionados.

9.5.2. Operação em Half-Duplex: Dispositivos conectados a um hub não podiam enviar e receber dados simultaneamente. Eles operavam em modo half-duplex, ou seja, ou enviavam ou recebiam, mas nunca os dois ao mesmo tempo.

9.5.3. Ineficiência de Largura de Banda: A largura de banda total (por exemplo, 100 Mbps) era compartilhada entre todos os dispositivos. Se 10 computadores estivessem na rede, a performance para cada um seria, na prática, muito inferior.

10. Pontes - Bridges

10.1. Conceitos

10.1.1. pontes permitem interligar duas redes locais

10.1.2. Têm a capacidade de segmentar uma rede local em sub redes

10.1.3. não retransmitem ruídos

10.1.4. O Avô do Switch

10.1.5. Obsoleto

10.2. Funcionamento

10.2.1. atuam nas camadas 1 e 2 do modelo OSI

10.2.2. podem ligar meios físicos diferentes

10.2.3. podem ligar segmentos de rede diferentes, como Ethernet e Token Ring, e transmitir frames entre eles.

10.2.4. A ponte cria uma tabela de roteamento contendo os endereços dos computadores.

10.2.4.1. Com esta informação de endereço, a ponte reconhece quais computadores estão em quais segmentos da rede.

10.2.4.2. o endereço de origem é comparado com a tabela do roteamento.

10.2.4.2.1. Se este endereço não constar na tabela, ele é adicionado

10.2.4.3. Se o endereço de destino estiver na tabela e estiver no mesmo segmento do computador de origem, o frame é descartado.

10.2.4.3.1. Esta filtragem ajuda a reduzir o tráfego na rede.

10.2.4.4. Se estiver em outro segmento, o pacote é encaminhado

10.2.4.5. Se o endereço não estiver contido na tabela, ele é adicionado e a ponte envia o pacote para todas as suas portas.

10.3. Funções

10.3.1. Filtrar as mensagens de tal forma que somente as mensagens endereçadas para ela sejam tratadas.

10.3.2. Armazenar mensagens, quando o tráfego for muito grande

10.3.3. Funcionar como uma estação repetidora comum

10.3.4. coletar dados estatísticos de tráfego de pacotes para elaboração de relatórios

11. Repetidores

11.1. são usados quando o comprimento total do cabo da rede é maior que o máximo permitido para seu tipo

11.1.1. Comprimentos dos Cabos

11.1.2. Obsoletos

11.2. Atenuação de Sinal

11.2.1. atenuação ocorre com qualquer sinal, tanto digital quanto analógico, transmitido através de cabos

11.2.2. Quanto maior for o comprimento do cabo, maior é a atenuação, até o ponto do sinal tornar-se fraco a ponto de não ser mais entendido pelo destinatário

11.3. Função

11.3.1. repetem os sinais elétricos entre seções de cabos da rede

11.3.1.1. em ambas as direções

11.3.2. regeneram os pacotes de maneira que eles possam ser transmitidos por distâncias maiores.

11.3.3. trabalha na camada física do modelo OSI

11.3.3.1. não repassa os sinais entre redes diferentes

11.3.4. Os dois segmentos que o repetidor une precisam ter o mesmo método de acesso

11.3.4.1. pode mover pacotes de um meio físico para outro

11.3.5. Repetidor

11.3.5.1. Repetidor