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== Redes de Computadores e Internet
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.Objetivos do capítulo
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Ao final deste capítulo você deverá ser capaz de:

* Apresentar a utilidade das redes de computadores
* Apresentar a rede mundial de computadores, a Internet
* Apresentar os componentes de hardware e software que compõem as redes de 
computadores
* Introduzir o conceito de protocolos de redes
* Apresentar alguns serviços da Internet
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Imaginem um computador sem acesso aos recursos da Internet. Os 'tablets' da 
moda seriam apenas leitores digitais, os 'smartphones' seriam apenas telefones 
iguais aos orelhões da esquina. A Internet dá vida ao trazer informações, 
diversão, serviços entre outros, de locais remotos em frações de segundos 
para uma máquina cujo objetivo original é calcular.

A possibilidade de conectar vários computadores resulta em tantos benefícios 
que se tornou uma das áreas de maior crescimento no mercado de 
microcomputadores. Uma rede de computadores é formada por um conjunto de 
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módulos processadores capazes de trocar informações e compartilhar recursos 
interligados por um sistema de comunicação.

Estes módulos processadores 
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(computadores) comunicam-se de duas maneiras importantes: por meio de modens e 
de redes. Os modens permitem que os computadores usem linhas telefônicas ou 
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conexões celulares para trocarem dados, ao passo que as redes conectam os computadores 
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diretamente, seja por intermédio de fios especiais ou de alguma forma de 
transmissão sem fio. 

Nas empresas, universidades, escolas e em muitos tipos de organização, as 
redes de computadores de todos os tipos oferecem tremendos benefícios:

Compartilhamento de informação:: vários funcionários precisam acessar os 
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mesmos dados simultaneamente. Aqui, entra a questão de integridade dos dados, e 
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os funcionários mantém cópias separadas em seus discos pessoais, e haverá 
um problema na atualização dos mesmos, gerando inconsistência nos dados.

Compartilhamento de recursos:: talvez o maior incentivo para as empresas 
pequenas ligarem seus computadores em rede seja o compartilhamento de 
dispositivos periféricos, especialmente os de custo elevado, que podem ser 
utilizados ocasionalmente por cada funcionário individualmente.

Prover comunicação entre pessoas:: uma das principais evoluções geradas 
pelas redes de computador está na área das comunicações pessoais, através 
de inúmeras aplicações as distâncias diminuíram, tornando muito mais 
acessíveis à maioria da população, a exemplo do 'email', redes sociais, 
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bate-papo e conferência de áudio e vídeo.
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Existem inúmeros outros benefícios para computadores em rede, e neste 
trabalho iremos abordar os princípios básicos das redes de computador e a 
famosa Internet.

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=== Internet
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A Internet caiu no domínio público em meados da década de 1990. A taxa de 
crescimento de sites e usuários pode ser descrita como algo sem precedentes na 
história das mídias de comunicação.

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Mas o efeito sobre a vida das pessoas é, e será ainda mais impressionante. O 
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comércio eletrônico está crescendo. Pessoas atarefadas podem fazer seu 
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supermercado pela tela de um 'browser'. Segundo algumas estimativas, as tecnologias 
da informação e o desenvolvimento baseado na Internet foram responsáveis por 
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mais da metade do crescimento econômico dos Estados Unidos na década de 90.

A principal característica da Internet é trazer para si (convergência) 
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funções e atividades que estavam consolidadas por outras mídias ou sistemas, 
como por exemplo, o fato do correio ter deixado de ser usado como 
mecanismo de comunicação pessoal, já que mais simples é a utilização do 
'email'. As transações bancárias já são efetuadas, em grande parte, na 
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Internet.

As operadoras de telefone tentam impedir a popularização do VOIP (voz pela 
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internet), pois o mesmo as tornaria sem funcionalidade. E a próxima mídia 
nos olhares da Internet é a TV. Certamente, o futuro da TV não está no VHF ou 
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UHF (sinais de 'broadcast'), mas sim em uma TV personalizada e acessível pelo 
computador, utilizando o IP (IPTV) como protocolo de comunicação.

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==== O que é a Internet?
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Podemos defini-la como uma rede mundial de computadores, que interconecta 
milhões de equipamentos computacionais. Entretanto, atualmente dispositivos 
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como 'smartphones', tablets, geladeiras, carros, impressoras, entre outros, se 
conectam à Internet, tirando um pouco a corretude deste termo ``redes de computadores''. 
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Sendo assim, um termo mais correto para os dispositivos da 
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Internet seria *sistemas finais* ou *hospedeiros*.

Os sistemas finais incluem os clientes de algum serviço, ou os servidores 
deste serviço que se interligam por meios de acesso de diversas tecnologias, a 
exemplo do cabo, fibra ótica e rádio, sendo cada uma delas diferente na 
velocidade de transmissão, que tem como unidade básica os bits por segundo. 
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Seria impossível que cada sistema final se ligasse a todos os outros sistemas 
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finais através de enlaces individuais. Até 2003 existiam 233 milhões de 
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sistemas finais, imaginem o número de possíveis ligações entre eles.


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[[fig_redes1]]
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.Rede de sistemas finais interligado por ISPs.
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image::images/redes/ISPs.png[scaledwidth="70%"]
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Em vez de interligá-los de forma direta, existem dispositivos computacionais 
intermediários conhecidos como comutadores de pacotes. Podemos observar esta 
interligação entre os dispositivos na <<fig_redes1>>, que é responsável por 
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encaminhar mensagens recebidas em um enlace de entrada para outro enlace de 
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saída que se liga ao destino.

As mensagens enviadas na rede são chamadas de 
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pacotes e os comutadores de pacotes são chamados de 'switches' ou roteadores, 
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que são dispositivos melhor elaborados com algoritmos específicos 
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para criação de rotas durante a comunicação de pacotes em uma rede. A rota 
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ou caminho, é um conjunto de enlaces de acesso entre o sistema final emissor do 
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pacote e o sistema final receptor. Vários pacotes de distintas rotas podem 
passar pelo mesmo comutador de pacotes ao mesmo tempo devido à técnica 
adotada pela Internet de comutação de pacotes desenvolvida na década de 70.  
  
Todo sistema final precisa de um provedor de acesso à Internet, chamado 
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Provedor de Serviço de Internet (Internet Service Provider - ISP), que faz o 
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papel de primeiro comutador de seus pacotes. Existem vários tipos de ISPs, os 
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residenciais como IG e provedores locais de TV a cabo ou rádio, ISPs de 
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universidade públicas, no Brasil provido pela Rede Nacional de Pesquisa (RNP) 
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entre outros. A <<fig_redes1>> traz uma possível configuração de ISPs e seus 
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sistemas finais interligados por enlaces de acesso e concentrados pelos 
comutadores de pacotes.

Cada ISP é gerenciado de forma independente, executa as regras do protocolo 
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IP obedecendo à convenções na atribuição de endereço IP e nome de cada 
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sistema final. Tanto os sistemas finais quanto os comutadores de pacotes devem 
seguir os protocolos (estudaremos o conceito de protocolo mais a frente) da 
Internet para controlar o envio e recebimento dos pacotes. O conjunto de 
protocolos TCP/IP são os mais importantes da Internet, sendo o protocolo IP 
responsável pelo funcionamento do encaminhamento dos pacotes pelos roteadores 
através do tratamento dos endereços de cada sistema final conectado na rede.

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==== Investigando a Internet
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Na última década do século XX, já com a Internet popularizada, surgiu o 
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papel do 'hacker', um especialista em redes de computadores e suas aplicações, 
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permitindo ao  mesmo configurar e gerenciar os dispositivos remotamente. Este 
novo perfil passou a ser muito usado pelos filmes de 'Hollywood', como 
profissionais do crime ou em defesa de causas em favor da humanidade. São 
inúmeras as aplicações usadas pelos 'hackers', e não é o objetivo deste 
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livro apresentá-los ao leitor. Entretanto, apresentaremos uma ferramenta muito 
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utilizada para descobrir rotas e atraso dos pacotes na rede, esta aplicação 
se chama `Traceroute`.

O `Traceroute` é um programa de diagnóstico que pode ser executado por 
qualquer sistema final da Internet. Quando o usuário especifica um nome de 
hospedeiro destino, o `Traceroute` no hospedeiro origem, envia vários pacotes 
especiais em direção àquele destino. Cada roteador por vez recebe este 
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pacote especial e retorna o mesmo a origem, indicando seu nome e endereço 
e calculando o tempo necessário para alcançar o 
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roteador.

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[[fig_redes2]]
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.Saída da aplicação Traceroute.
image::images/redes/tracert.png[scaledwidth="60%"]
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Podemos observar a saída da aplicação `Traceroute` ilustrada na <<fig_redes2>>. 
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Cada linha do resultado tem seis colunas: a primeira coluna é o número do 
roteador encontrado ao longo da rota; a segunda coluna é o nome do roteador; a 
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terceira o endereço (formato `xxx.xxx.xxx.xxx`); as três últimas são os 
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atrasos de ida e volta do pacote durante três tentativas. Ocorrendo perda de 
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pacotes a aplicação coloca um `*` no lugar do tempo de atraso.
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No exemplo da <<fig_redes2>> há 17 roteadores entre a origem e o destino. Por 
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exemplo, o rotador 3 se chama `rt.jpa.bbn.ufpb.br`, seu endereço ip é 
`150.165.255.1` e os tempos de atraso foram 7; 2 e 2 milissegundos. 
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===== Usando a aplicação Traceroute
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Agora que aprendemos um pouco sobre a aplicação `Traceroute`, que tal 
tentarmos dar nossos primeiros passos no mundo dos Hackers? Para isso, siga os 
passos indicados nesta prática, analise os resultados e responda algumas 
perguntas sugeridas. 


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Passo 1:: Em um computador conectado à Internet utilizando o Sistema Windows, 
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clique em Iniciar > executar. Digite `cmd` na caixa de diálogo e clique no 
botão ``OK''.

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Passo 2:: Aparecerá o prompt de comando em que você executará o seguinte 
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comando: `tracert www.google.com.br`. Observe o que aparece na tela. (quantos 
saltos, quanto tempo entre os saltos, tempo médio total, se passou por 
roteadores locais, regionais, globais, etc...). Para o Sistema Operacional 
Linux, o nome do comando é `traceroute`.


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Passo 3:: Abra uma janela do navegador e faça uma busca com o seu nome: 
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``Fulano de tal'' BUSCAR. Aparecerão diversos links, escolha qualquer um deles 
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e anote o endereço a seguir: `http://________________________________________________`
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Agora execute o comando `tracert` para o endereço que você selecionou e 
responda:

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* Quantos saltos o pacote precisa fazer até chegar no destino: `________________`
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* Qual é o tempo médio final para o pacote chegar até o destino: `_______________`
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* É possível que existam provedores (ISP) transcontinentais na rota: `_____________`
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Passo extra:: Outra forma de testar a aplicação `Traceroute` é através da 
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página: http://www.traceroute.org, que provê uma interface WEB para uma extensa 
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lista de fontes para traçar rotas. Escolha uma fonte, forneça o nome do 
destino e o programa `Traceroute` fará todo o trabalho.



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==== Protocolo
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Computadores, placas de redes, fios de cobre, roteadores, todos são 
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dispositivos físicos que compõem uma rede, entretanto, igual ao corpo humano, 
estes dispositivos precisam de uma consciência para torná-los úteis. Podemos 
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chamar esta ``consciência'' de protocolos de rede, ou protocolos de 
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Internet. Kurose define um protocolo como:  

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Um protocolo define o formato e a ordem das mensagens trocadas entre duas ou 
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mais entidades comunicantes, bem como as ações realizadas na transmissão 
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e/ou recebimento de uma mensagem ou outro evento. 
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Todas as atividades na rede que envolvam duas entidades comunicantes 
(hospedeiros e/ou comutadores de pacotes) remotos são governadas por um 
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protocolo. Para a comunicação de uma sequência de bits através de um fio de 
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cobre, entre duas placas de rede contidas em dois computadores que se 
comunicam, há a necessidade da implementação de protocolos de comunicação 
em seus hardwares, permitindo assim a codificação/decodificação da 
informação durante a transmissão no meio físico.

Existem diversos outros protocolos com funções distintas, protocolos de 
controle de congestionamento que controlam a taxa com que os pacotes são 
transmitidos, evitando assim o congestionamento nos comutadores de pacotes. Os 
protocolos contidos nos roteadores determinam as rotas de um pacote de sua 
fonte a seu destino.

Alguns protocolos são simples e diretos enquanto outros possuem uma 
complexidade devido a vários possíveis estados em que a comunicação pode se 
encontrar. A Internet e as redes de computadores fazem uso intenso de 
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protocolos com diferentes tarefas durante a comunicação, dando ``vida'' aos 
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equipamentos nelas contidos.



===== Comunicação em rede na sala de aula

Proponha em sala ou com grupo de estudos uma atividade para estimular o 
conceito de protocolo através da comunicação de mensagens. Com isto, vocês 
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terão a oportunidade de executar as atividades do roteador e dos 'hosts' de 
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origem e destino. Massificando suas funções, regras de comunicação, 
problemas encontrados com o roteador, soluções para problemas como falha na 
entrega, pacotes fora de ordem e etc.

Para esta atividade propomos a divisão da turma em grupos, que passamos a 
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chamar de rede de alunos. A <<fig_redes3>> apresenta uma configuração com cinco 
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redes cada uma contendo 5 alunos, sendo um intitulado roteador e identificado 
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por R da sua rede e os outros quatro numerados de 1-4 dentro da sua própria 
rede. A quantidade de alunos em cada rede pode variar de acordo com o tamanho 
da turma.

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Como pode observar na <<fig_redes3>> a comunicação entre as redes só pode ser 
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feita entre os alunos roteadores, pois estes devem ser os alunos que possuem o 
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conhecimento dos outros alunos roteadores. A regra de conhecimento dos 
roteadores pode ser variada: todos os roteadores conhecem todos; apenas o 
roteador da rede C conhece os outros e os outros roteadores só conhecem o 
roteador C, permitindo assim, complicar um pouco o esquema de criação de 
rotas das mensagens.   

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[[fig_redes3]]
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.Redes de comunicação entre alunos. 
image::images/redes/redes_roteamento.png[scaledwidth="70%"]
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Para trabalhar o conceito de protocolo das mensagens propomos a utilização de 
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cartões como o apresentado na <<fig_redes4>>, trazendo no cabeçalho os dados a 
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serem preenchidos pelos alunos emissores de mensagens e tratados pelos alunos 
roteadores e receptores de mensagem. O cartão proposto traz os dados de 
endereço de origem e destino, numeração da mensagem e conteúdo da mensagem, 
permitindo assim apresentar aos alunos os conceitos de criação de rotas, 
controle de recebimento ordenado das mensagens e resposta da mensagem ao 
emissor. 

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[[fig_redes4]]
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.Formato do pacote contendo a  mensagem entre os alunos.
image::images/redes/mensagem.png[scaledwidth="70%"]
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Procure variar a função dos alunos durante a atividade, permitindo que todos 
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tenham a chance de realizar o papel de cada elemento nesta rede de 
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comunicação. Proponha que os alunos resolvam os seguintes problemas:

* Roteador da rede B deixa de funcionar;

* Chega um pacote ao destino com numeração superior à esperada;

* Chega um pacote com endereço de destino errado a um aluno não roteador;

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* Quero ter certeza que minha mensagem chegou.
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=== Tecnologias de Acesso e Meios de Comunicação
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==== Tecnologias de Acesso
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As redes de acesso são a infraestrutura necessária para conectar os 
hospedeiros clientes ao seu primeiro roteador, denominado roteador de borda, 
permitindo assim que estes sistemas finais possam se comunicar com outros 
sistemas finais conectados na rede. 

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==== Acesso residencial
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A rede responsável pelo acesso de pessoas em suas casas à Internet, a 
tecnologia que a popularizou nos primórdios do acesso residencial foi o modem 
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discado, dispositivo que modula e demodula informações binárias através de 
uma linha telefônica analógica, que utiliza o mesmo meio de acesso que o 
telefone residencial, sendo muito inconveniente devido ao uso não simultâneo 
do telefone, logo, a linha fica ocupada durante a conexão, além do alto custo 
cobrado por minuto como se fosse uma ligação comum. As ISPs provedores 
residenciais conseguiam devido à qualidade do fio de telefone (par trançado) 
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uma velocidade de transmissão no máximo de 56kbps (kilobits por segundo).
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A tecnologia conhecida como banda larga, trouxe mais velocidade à transmissão 
e tirou a necessidade de dedicar a linha telefônica durante a transmissão. 
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Existem, basicamente, dois tipos de tecnologia de acesso residencial por banda 
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redes    
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larga: linha digital de assinante (digital subscriber line - DSL) e cabo 
híbrido coaxial/fibra (hybrid fiber-coaxial cable - HFC). No mundo todo, desde 
2003, estas tecnologias estão se popularizando, sendo seu preço ainda um 
empecilho para muitas famílias no Brasil. 

A tecnologia DSL foi inicialmente provida por companhias telefônicas e depois 
outras empresas se especializaram neste serviço (por exemplo, GVT ou Oi Brasil 
Telecom). O DSL também utiliza um modem para sua transmissão e também 
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aproveita a linha telefônica já existente, entretanto, por restringir a 
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distância ente o equipamento do cliente e seu ISP de acesso, permite 
velocidades mais altas de transmissão. As taxas de transmissão são 
assimétricas nas duas direções, sendo a velocidade maior para as 
informações que chegam no cliente e mais lentas para a transmissão do 
cliente ao ISP. Esta abordagem é possível, pois a maioria dos clientes são 
consumidores de informações e não produtores.

Com estas duas abordagens a proximidade do cliente ao ISP e assimetria de 
transmissão, o DSL pode chegar a 10 Mbps do ISP ao seu cliente e de 1 Mbps no 
sentido inverso. 

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==== Acesso corporativo
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Empresas e universidades utilizam redes locais (LAN) interligando os sistemas 
finais a um roteador de borda. A principal tecnologia para redes LAN é o 
Ethernet que opera em 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps e até 10 Gbps. A conexão dos 
sistemas finais se dá por pares de fios de cobre trançados ou via cabo 
coaxial. 

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É de responsabilidade dos roteadores de borda o roteamento dos pacotes que 
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tenham destino sistemas finais externos à instituição.

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==== Acesso sem fio
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As tecnologias de rede sem fio ('wireless') permitem a conexão de dispositivos 
eletrônicos sem o uso de cabos. As distâncias variam de acordo com a 
tecnologia empregada e a potência dos dispositivos.

As redes sem fio usam ondas de rádio para transmissão dos sinais. A 
tecnologia é padronizada pelo IEEE - 'Institute of Electrical and Electronics 
Engineers', uma associação técnica de profissionais de Engenharia Elétrica 
e Eletrônica dos Estados Unidos com membros de todo o mundo sob a 
identificação 802.11. Os equipamentos certificados de acordo com esta norma 
geralmente tem o selo Wi-Fi, que é uma marca registrada da Wi-Fi 'Alliance', 
associação de fabricantes. No Brasil os padrões são validados pela Anatel, 
que também homologa os equipamentos para uso no país.

Os padrões IEEE 802.11 são identificados por letras e cada um deles define 
como as informações são codificadas para transmissão entre os equipamentos, 
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as frequências e canais disponíveis para uso, e as velocidades de transmissão 
possíveis. O IEEE 802.11a, que trabalha com frequência de 5 Ghz e possibilita 
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uma velocidade de transmissão de até 54 Mbps, este padrão não é comum nos 
equipamentos fabricados no país; IEEE 802.11g, que trabalha com frequência de 
2,4 Ghz e possibilita uma velocidade de transmissão de até 54 Mbps e é o 
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padrão mais utilizado em equipamentos Wi-Fi; o IEEE 802.11n, que tanto pode 
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trabalhar a 2,4 Ghz como a 5 Ghz e possibilita, na configuração mais comum, 
velocidades de transmissão de até 150 Mbps. Existe ainda o padrão IEEE 
802.11b, que trabalha com frequência de 2,4 Ghz e possibilita velocidades de 
transmissão de até 11 Mbps.

A infraestrutura da rede compreende equipamentos de controle e pontos de acesso 
(AP – 'Access Point'). Os Aps são equipamentos que transformam os dados 
transmitidos pela rede comum, cabeada, em ondas de rádio. Ao contrário dos 
equipamentos domésticos, os 'Aps' não possuem a função de roteador, o que 
permite que vários equipamentos dispersos em uma instituição formem um 
único domínio de mobilidade. Esta característica técnica permite que seus 
usuários se movimentem dentro das áreas cobertas sem perda da conexão, como 
acontece com as redes de telefonia móvel.

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==== Meios de Comunicação
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Quando falamos sobre armazenamento de dados, o termo meio significa o meio de 
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armazenamento usado, por exemplo, os discos e pen drive. Mas na comunicação, 
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meio refere-se ao fio, cabo e outros recursos usados pelos dados para viajar de 
sua origem para seu destino.

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===== Fio de Par Trançado
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O fio de par trançado, ilustrado na <<fig_redes5>>, consiste em dois fios de cobre, 
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envolvidos individualmente em plástico e depois entrelaçados um em torno do 
outro. Ele é comumente conhecido como fio telefônico. Devido ao seu baixo 
custo e ampla disponibilidade, o fio telefônico foi logo eleito o veículo de 
comunicação de dados no início das redes pessoais. Seu principal problema é 
a alta interferência a ruídos eletromagnéticos no meio. 

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[[fig_redes5]]
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.Fio de Par Trançado
image::images/redes/par_trancado.png[scaledwidth="30%"]
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===== Cabo Coaxial
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O cabo coaxial, ilustrado na <<fig_redes6>>, é amplamente usado em TVs a cabo e há algum 
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tempo suplantou o fio de par trançado como meio de conexão. Há dois 
condutores em um cabo coaxial. Um deles é um fio simples no centro do cabo, o 
outro é uma blindagem que envolve o primeiro cabo com um isolante no meio. 
Embora tenha o mesmo condutor do par trançado, o cabo coaxial, devido a sua 
proteção, consegue transportar mais dados.

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[[fig_redes6]]
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.Cabo Coaxial
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image::images/redes/coaxial.png[scaledwidth="80%"]
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===== Cabo de Fibra Óptica
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É um fino fio revestido internamente de vidro que transmite raios de luz em 
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vez de frequências elétricas. Como a luz viaja muito mais depressa do que a 
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eletricidade, a velocidade de transmissão através de fibras ópticas é muito 
maior que os meios antecessores de transmissão.

Um problema com a fibra é o trajeto físico do cabo, devido a sua parede 
interna ser composta de pedaços de vidro, o mesmo não deve se curvar muito, 
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evitando assim uma reflexão do sinal à origem. Outra vantagem da fibra óptica 
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é sua capacidade de isolamento a interferências eletromagnéticas, já que a 
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luz não sofre influência das mesmas.
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===== Conexões Sem Fio
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Com a popularização da comunicação de dados e a evolução dos dispositivos 
móveis (celulares, notebooks), houve um impulso na direção de meios mais 
flexíveis, com isso, criou-se vários tipos de conexões para comunicação 
sem fio.

O meio utilizado neste tipo de conexão é o ar, e diferente dos outros meios 
vistos, a comunicação entre os computadores é realizada competindo com 
outros usuários deste meio, a exemplo do rádio, do telefone celular e etc. 
Por este motivo sua capacidade de transmissão é limitada.

As microondas, que são um tipo de ondas de rádio, são muito usadas quando 
há necessidade de enviar dados para uma distância de vários quilômetros. 
Quando os elos de comunicação cobrem milhares de quilômetros, os satélites 
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de comunicação podem entrar em ação. Como ilustrado na <<fig_redes7>>, os dados 
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saem de um ponto da terra até o satélite e o mesmo repassa estes dados para 
outro ponto remoto na superfície da terra.


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[[fig_redes7]]
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.Transmissão Via Satélite
image::images/redes/satellite.png[scaledwidth="30%"]
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=== Topologia da Rede
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Topologia de rede é o layout físico dos fios que conectam os nós da rede. 
Há três topologias comuns: barramento linear, estrela e anel.

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==== Barramento Linear
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A rede em barramento linear assim como o barramento do próprio computador, é 
um veículo a qual todos os nós e dispositivos periféricos da rede estão 
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conectados entre si, como ilustrado na <<fig_redes8>>. Os nós 
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transmitem dados e esperam que eles não colidam com os dados transmitidos 
pelos outros nós. Em caso de colisão, cada nó espera um determinado tempo 
pequeno e aleatório, e depois tenta retransmitir os dados.

Apesar de ser uma das mais comuns, a topologia de barramento linear tem 
desvantagens inerentes. A prevenção e a correção das colisões requerem 
implementações de circuitos e software extra, e o rompimento de uma conexão 
pode fazer cair toda a rede. 


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[[fig_redes8]]
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.Topologia de Barramento Linear
image::images/redes/barramento.png[scaledwidth="30%"]
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==== Estrela
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A rede em estrela coloca um hub (concentrador de conexões de rede) no centro 
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dos nós da rede como ilustrado na <<fig_redes9>>.
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[[fig_redes9]]
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.Topologia Estrela
image::images/redes/estrela.png[scaledwidth="30%"]
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Os dados são encaminhados por meio do hub central para os pontos de destino. 
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Esse esquema tem a vantagem de que o hub monitora o tráfego impedindo 
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colisões, e o rompimento de uma conexão não afeta o restante da rede. Se 
você perder o hub, porém, toda a rede cairá.

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==== Anel
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A topologia de anel conecta os nós da rede em uma cadeia circular, cada nó é 
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conectado ao nó seguinte, e o nó final da cadeia é conectado ao primeiro para 
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fechar o anel. Esta topologia esta ilustrada na <<fig_redes10>>.
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[[fig_redes10]]
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.Topologia em Anel
image::images/redes/anel.png[scaledwidth="30%"]
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Com essa topologia, cada nó examina os dados que estão sendo enviados pelo 
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anel, e se os dados não estão endereçados ao nó que os está examinando, eles 
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são enviados ao nó seguinte.

A implementação da comunicação de dados nesta topologia utiliza o conceito 
de *token*, quem possui o token naquele momento é o responsável pela 
transmissão, impedindo com isso possíveis colisões. Se uma das ligações do 
anel cair, o sentido da comunicação pode ser invertido permitindo que a rede 
permaneça ativa. 

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=== Camadas de protocolos e seus serviços
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A arquitetura das redes de computador é formada por níveis, interfaces e 
protocolos. Cada nível oferece um conjunto de serviços através de uma 
interface ao nível superior, usando funções realizadas no próprio nível e 
serviços disponíveis nos níveis inferiores.

Cada nível deve ser pensado como um programa ou processo, implementado por 
hardware ou software, que se comunica com o processo no nível correspondente 
em outra máquina. Os dados transferidos em uma comunicação de um nível não 
são enviados diretamente ao processo do mesmo nível em outra máquina, mas 
descem verticalmente através de cada nível adjacente em sua máquina até o 
nível 1 (nível físico, responsável pela única comunicação entre as 
estações de fato), para depois subir através de cada nível adjacente na 
estação receptora até o nível de destino. Esta forma de comunicação entre 
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níveis está ilustrada na <<fig_redes11>>.
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Este mecanismo de comunicação é conhecido como protocolo de nível N, logo, 
o protocolo de nível N é um conjunto de regras e formatos, através dos quais 
informações ou dados do nível N são trocados entre as entidades do nível 
N, localizados em sistemas distintos com o intuito de realizar as funções que 
implementam os serviços do nível N.

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==== O Modelo OSI da ISO
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A ISO ('Internation Organization for Standardization') é uma organização 
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internacional fundada em 1946 que tem por objetivo a elaboração de padrões 
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internacionais. Existem 89 países membros, sendo o Brasil representado pela 
ABNT e os EUA pela ANSI.

O principal modelo para o desenvolvimento de padrões para interconexão de 
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sistemas é o modelo OSI ('Open Systems Interconnection'), que está descrito em um 
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documento da ISO. O objetivo deste modelo é fornecer uma base comum que 
permita o desenvolvimento coordenado de padrões para interconexão de sistemas 
remotos.

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O Modelo OSI possui sete níveis de protocolos, que são ilustrados na <<fig_redes11>>, 
e descritos nas seções seguintes.
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[[fig_redes11]]
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.Níveis do Modelo OSI da ISO.
image::images/redes/camadas_ISO.png[scaledwidth="70%"]
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===== Nível Físico
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O protocolo de nível físico dedica-se à transmissão de uma cadeia de bits. 
Ao projetista desse protocolo cabe decidir como representar 0´s e 1´s, 
quantos microssegundos durará um bit, como a transmissão será iniciada e 
finalizada, bem como outros detalhes elétricos e mecânicos.

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===== Nível de Enlace
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O objetivo deste nível é detectar e opcionalmente corrigir erros que por 
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ventura ocorram no nível físico. O nível de enlace assim converte um canal 
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de transmissão não confiável em um canal confiável entre dois hospedeiros 
interligados por um enlace (meio físico) para uso do nível de rede.

Outra questão tratada pelo nível de enlace é como evitar que o transmissor 
envie ao receptor mais dados do que este tem condições de processar. Esse 
problema é evitado com um mecanismo de controle de fluxo.

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===== Nível de Rede
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O objetivo do nível de rede é fornecer uma independência quanto as 
considerações de chaveamento e roteamento associados ao estabelecimento de 
conexões entre hospedeiros remotos na rede e a troca de mensagens entre os 
hospedeiros em qualquer local dentro da rede.

Existem duas filosofias quanto ao serviço fornecido neste nível: datagramas e 
circuito virtual. No serviço datagrama (não orientado à conexão) cada 
pacote (unidade de dados) não tem relação alguma de passado ou futuro com 
qualquer outro pacote, devendo assim carregar de forma completa seu endereço 
de destino.

No serviço de circuito virtual (orientado à conexão) é necessário que o 
transmissor primeiro envie um pacote de estabelecimento de conexão. Cada 
conexão possui um identificador que irá marcar todos os pacotes pertencentes 
a esta conexão.

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===== Nível de Transporte
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No nível de transporte a comunicação é fim a fim, isto é, entidade do 
nível de transporte se comunica com a entidade do nível de transporte da 
máquina destino, fato que não ocorria nos outros níveis. Até o nível de 
rede, o protocolo atuava em todos hospedeiros e comutadores de pacotes que se 
encontravam no caminho entre a origem e o destino da mensagem.

O nível de transporte realiza controle de fluxo da origem ao destino, podendo 
este fluxo passar por diversos comutadores no caminho. Diferente do nível de 
enlace que realiza o controle entre as máquinas ligadas apenas no mesmo enlace.

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Podemos ainda citar como funções o controle de sequência de pacotes fim a 
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fim, a detecção e recuperação de erros de transmissão, a blocagem de 
mensagens e a multiplexação (controle do compartilhamento de uso) do acesso 
ao nível de rede.

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===== Nível de Sessão
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Os principais serviços fornecidos pelo nível de sessão são: 

O gerenciamento de token:: define a permissão a um dos nós onde a conexão 
foi estabelecida para começar a transmitir dados, evitando assim concorrência 
no diálogo. 

O controle de diálogo:: é uma forma de interromper uma conversação por um 
instante de tempo qualquer e voltar este diálogo do ponto interrompido.

O gerenciamento de atividade:: pode garantir que atividades de maior prioridade 
executem sua atividade e no final a sessão irá retornar a atividade 
interrompida do ponto em que se encontrava.

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===== Nível de Apresentação
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Neste nível são realizadas transformações adequadas aos dados, por exemplo, 
compressão de textos, criptografia, conversão de padrões de terminais e 
arquivos para padrão de rede e vice-versa.

Este nível precisa conhecer a representação da informação (sintaxe dos 
dados) no seu sistema local e a representação no sistema de transmissão, 
podendo realizar as devidas conversões, como, formatação de dados e 
transformação de dados. 

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===== Nível de Aplicação
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Neste nível são definidas funções de gerenciamento e mecanismos genéricos 
que servem de suporte à construção de aplicações distribuídas. Dá 
suporte às chamadas de procedimentos remotos, ou seja, para a aplicação que 
utiliza esta camada não fará diferença onde o procedimento será 
implementado, o importante é que a computação seja realizada e sua saída 
fornecida localmente.

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==== Arquitetura da Internet TCP/IP
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A arquitetura Internet TCP/IP dá uma ênfase toda especial à interligação 
de diferentes tecnologias de redes, pela simples constatação que não existe 
nenhuma tecnologia de rede que atenda às necessidades de todos os usuários da 
Internet. Esta arquitetura é organizada em quatro camadas conceituais: 
aplicação, transporte, inter-rede e interface de rede.

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===== Nível de aplicação
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Neste nível usuários utilizam aplicações que interagem com o nível de 
transporte para enviar e receber dados. Abaixo algumas aplicações 
disponíveis na Internet TCP/IP:

File Transfer Protocol (FTP):: fornece o serviço de transferência de arquivos.

Hiper Text Transfer Protocol (HTTP):: fornece acesso a conteúdos web e 
recursos como arquivos de texto, fotos e etc. Protocolo adotado pelo 
navegadores da WEB, rede de conteúdos interligados através de hipertextos.

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP):: fornece um serviço store-and-forward de 
mensagens de email.

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Domain Name System:: oferece um serviço de mapeamento de nomes em endereços IP.
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===== Nível de Transporte
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Permite a comunicação fim a fim entre as aplicações. Existem dois 
protocolos usados neste nível TCP (Transport Control Protocol) e UDP( Datagram 
Protocol). 

Se o protocolo for o TCP, os seguintes serviços são fornecidos: controle de 
erro, controle de fluxo, sequenciamento da entrega de pacotes e multiplexação 
do acesso a inter-rede, ou seja, controle de acesso concorrente ao meio. No UDP 
o serviço é mais simples, fornecendo apenas a multiplexação do acesso a 
inter-rede, ou seja, as informações de dois clientes que utilizam esta camada 
não terão seus dados misturados, sendo responsabilidade da camada a entrega 
correta do dado a seu processo destinatário dentro do mesmo computador.

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===== Nível de Inter-Rede
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Responsável por enviar dados através da inter-rede desde a máquina origem 
até a máquina destino. Cada pacote é encapsulado em um datagrama IP 
(Internet Protocol) que define um endereço IP para cada nó de destino, este 
endereço funciona como um endereço residencial para os correios. O protocolo 
IP possui ainda um algoritmo de roteamento que será executado para determinar 
se o datagrama pode ser entregue diretamente, ou se deve ser repassado  a um 
gateway (máquina que liga a rede atual com outras redes de diferentes 
tecnologias).

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===== Nível de Interface de Rede
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A arquitetura Internet TCP/IP não faz nenhuma restrição às redes que são 
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interligadas para formar a inter-rede. Portanto qualquer tipo de rede pode ser 
ligada, bastando para isso que seja desenvolvida uma interface que 
compatibilize a tecnologia específica da rede com o protocolo IP. Essa 
compatibilização é tarefa do nível de interface de rede. 

==== Prof. Leonard Kleinrock 

Durante seu doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusets (MIT), o prof. 
Leonard Kleinrock elaborou os princípios da comutação de pacotes, tecnologia 
básica da Internet que substituiu a comutação de circuitos, maciçamente 
utilizada pelas empresas de telecomunicação da época, para a comunicação 
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de dados digitais. Ele é engenheiro elétrico, mestre e doutor em engenharia 
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elétrica pelo MIT.


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[[fig_redes12]]
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.Leonard Kleinrock diante do primeiro Interface Message Processor (IMP), precursor dos roteadores de mensagens atuais.
image::images/redes/leonard_kleinrock.png[scaledwidth="50%"]
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No final de 1969, seu computador foi considerado o primeiro nó de uma rede de 
computadores, realizando um login entre a Universidade da Califórnia em Los 
Angeles e a Standford Research Institute em Santa Bárbara. Em entrevista, 
Leonard Kleinrock disse que diferente de pessoas como o astronauta Neil 
Armstrong que tinha a noção histórica de seus feitos, dedicando tempo a 
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criação de frases de efeito, no caso de Armstrong ao pisar na lua 
falou ``Este é um pequeno passo para o homem, mas um grande salto para a humanidade'', 
a primeira frase enviada entre dois computadores foi um simples 
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comando que fez o sistema remoto ser derrubado. 

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Na <<fig_redes12>> podemos observar o prof. Leonard Kleinrock e o primeiro 
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equipamento computacional exclusivo para processar mensagens através da 
tecnologia de comutação de pacotes. 

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=== Prática
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Em <<pratica_wireshark>> é possível encontrar uma prática para observar as 
trocas de mensagens realizadas numa rede.
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=== Recapitulando
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Neste capítulo abordamos os vários componentes de hardware e software que 
compõem uma rede de computadores e em particular a Internet. Identificamos os 
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sistemas finais da rede, suas aplicações e funções.

Fazendo analogias humanas, identificamos o que é um protocolo e sua essencial utilidade para a 
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comunicação de dois computadores interligados por algum meio físico de 
transmissão, ou interligados por uma rede de computadores com diversas 
tecnologias distintas. Abordamos a arquitetura das redes, descrevendo as 
camadas que a compõem como: camada de redes, enlace, camada física, 
transporte e etc. Examinamos a estrutura global da Internet e aprendemos que 
ela é a rede das redes, compostas de ISPs de níveis mais altos e mais baixos, 
permitindo assim sua expansão sem sobrecarga de toda a rede.

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Por fim, esperamos que você leitor, tenha adquirido uma noção das peças que 
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formam uma rede de computadores e permitem que nós tenhamos informações tão 
ricas de tantos lugares remotos a qualquer hora de forma tão rápida. 

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=== Atividades
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1. Quais os benefícios da instalação de redes de computadores na vida das 
pessoas?

2. Defina sistemas finais e hospedeiros.

3. Cite as tecnologias de acesso as redes de computador. Classifique as mesmas 
quanto ao acesso residencial, coorporativo e móvel.

4. Quais são as cinco camadas da pilha de protocolos da Internet? Quais as 
principais responsabilidade de cada uma dessas camadas? 

5. Sobre o uso das camadas da arquitetura TCP/IP durante o transporte de 
mensagem de um host até outro host utilizando comutadores no caminho é 
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*correto* afirmar que:
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a. Todas as camadas são processadas no host de origem, no host de destino, e 
no comutadores e roteadores que estão no meio do caminho.

b. Todas as camadas são processadas no host de origem, no host de destino e 
nos roteadores, as camadas de enlace são processadas em alguns comutadores no 
meio do caminho.

c. Todas as camadas são processadas no host de origem e no host de destino, as 
camadas de enlace são processadas em alguns comutadores, e as camadas de 
enlace e de rede são processadas em alguns comutadores (roteadores).

d. Todas as camadas são processadas no host de origem e no host de destino, 
somente as camadas de enlace são processadas em alguns comutadores no meio do 
caminho.
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