Conceitos Fundamentais de Redes de Computadores e Modelo OSI

1. O que é uma Rede?

Uma rede é um conjunto de computadores interconectados que podem se comunicar por compartilhamento de dados e recursos, independentemente da localização física dos diversos dispositivos.

2. Qual é o Modelo OSI?

O Modelo de Referência OSI (Open System Interconnection) foi criado para desenvolver protocolos "padrão" para cada camada, servindo como um modelo padrão de comunicação entre as camadas, usado em redes de computadores.

3. Como a Informação é Transferida Segundo o Modelo OSI?

A transferência de informação ocorre através de sete camadas. A arquitetura do modelo de referência OSI divide a comunicação de rede em sete níveis. Cada nível abrange diversas atividades, equipamentos ou protocolos de rede. O modelo OSI define a forma como cada nível se comunica e trabalha com os níveis imediatamente acima e abaixo.

4. Explique as Três Primeiras Camadas

• Camada Física: Lida com o envio de bits em um meio físico de transmissão e garante que eles sejam transmitidos e recebidos sem erros. Descreve os aspectos elétricos e mecânicos associados ao ambiente, conectores e tempos de aprovação para enviar ou receber um sinal.
• Camada de Rede: É responsável por controlar a operação da sub-rede. Sua principal tarefa é decidir como os pacotes chegam ao seu destino, formatados de acordo com um protocolo predefinido para a origem e o destino. Outra função importante neste nível é a resolução dos estrangulamentos (congestionamentos).
• Camada de Enlace (Link Layer): Esta camada recebe os bits fornecidos pela camada física e os agrupa em vários centenas ou milhares de bits para formar os quadros. Neste nível, erros são detectados e o remetente é notificado. A Camada de Enlace é responsável por detectar se um quadro foi perdido ou danificado no ambiente físico.

5. Vantagens e Desvantagens das Topologias de Rede

• Topologia em Barramento (Ônibus): As vantagens das redes de barramento linear são sua simplicidade e economia, pois a fiação passa de uma estação para outra. Uma desvantagem é que se o cabo falhar em algum ponto, toda a rede para de funcionar.
• Topologia em Estrela: A detecção de problemas na fiação elétrica é muito simples, pois cada cabo está ligado à sua própria estação de trabalho. Pela mesma razão, a resistência à falha é elevada, pois um problema de cabo afeta somente aquele usuário. No entanto, cada estação ter um cabo dedicado ligado a um dispositivo HUB torna esta topologia mais cara.
• Topologia em Árvore: Também chamada de topologia em estrela distribuída. Assim como na topologia em estrela, os dispositivos de rede estão conectados a um ponto central, que é uma caixa de junção chamada HUB. Esta topologia herda muitas das vantagens e desvantagens dos sistemas de barramento e estrela.
• Topologia em Anel: Os nós da rede são conectados para formar um círculo fechado. O anel é unidirecional, de modo que os pacotes de dados circulam no anel em uma única direção, o que pode ser mais rápido. Em uma LAN em anel simples, um corte de cabo afeta todas as estações, por isso foram desenvolvidos sistemas de anel duplo ou uma combinação de topologias em anel e estrela.

6. Divisão das Redes de Acordo com a Área Geográfica

• Redes de Área Local (LAN): Redes de propriedade privada, cobrindo alguns quilômetros, como um escritório ou uma escola.
• Redes de Área Metropolitana (MAN): São uma versão maior da LAN e usam tecnologia muito semelhante. Atualmente, essa classificação tornou-se obsoleta, sendo comum apenas a distinção entre redes LAN e WAN.
• Redes de Longa Distância (WAN): São as redes que se estendem por uma grande área geográfica. Contêm uma coleção de máquinas dedicadas à execução de programas de usuário (hosts).

7. Divisão das Redes de Acordo com a Lógica de Distribuição

• Servidor: Uma máquina que fornece informações ou serviços para outras estações da rede.
• Cliente: Uma máquina que acessa as informações do servidor ou usa seus serviços.
• Redes Cliente/Servidor: As funções de cada cargo estão bem definidas: um ou mais computadores agindo como servidores e os demais como clientes.
• Redes Ponto a Ponto (Peer-to-Peer): Não há hierarquia na rede; todos os computadores podem funcionar como clientes (acessando recursos de outros) ou servidores (fornecendo recursos).

8. Conceitos de Master/Slave e Slave Inteligente

• Master/Slave: Este esquema define um servidor mestre (ou primário) e um servidor escravo (ou secundário). O servidor mestre responde perguntas de forma autoritária e lê a área de um arquivo local. O servidor escravo responde consultas como oficial para áreas definidas como filhas e lê a área a partir do servidor mestre (o processo lê o mestre e os dados armazenados na memória de leitura).
• Escravo Inteligente (Smart Slave): Um servidor escravo que pode ser configurado para operar como escravo, mas com poderes de um servidor mestre.

9. Em Qual Camada OSI o Protocolo IP se Localiza?

O protocolo IP está localizado na Camada 3, Camada de Rede.

10. O que é o Endereço MAC?

É um endereço único que todas as placas de rede dos equipamentos possuem. É constituído por um endereço composto de seis blocos de dois caracteres cada.

11. O que é o Endereço IP?

Cada computador e cada dispositivo de roteamento (Host) terá um endereço exclusivo, cujo comprimento é de 32 bits ($2^{32} = 4.294.967.296$), utilizado nos campos de endereço de origem e destino no cabeçalho.

12. Como a Rede Identifica a Classe de um Endereço?

A classe à qual um endereço pertence pode ser determinada pela posição do primeiro '0' nos primeiros quatro bits.

13. Para que Serve a Máscara de Sub-rede (Netmask)?

Quando duas ou mais redes separadas são interligadas através de um roteador, ele deve ter um meio para diferenciar os pacotes destinados a hosts em cada uma das redes. É aí que entra o conceito de máscara de sub-rede (netmask), que é um tipo de endereço IP especial que permite o roteamento interno de pacotes.

14. Para o Endereço 175.10.20.6/24, Quais são a Rede, Sub-rede e Host?

• Endereço de rede: 175.10.0.0
• Endereço de sub-rede: 175.10.20.0
• Endereço do host: 175.10.20.6

15. Em qual Camada o Protocolo TCP Trabalha?

O protocolo TCP funciona na Camada 4, Camada de Transporte.

16. O que Significa o Endereço 84.0.0.0?

Endereço de rede, Classe A.

17. Em qual Camada do Modelo OSI o HUB Trabalha?

Na Camada 1, Camada Física.

18. Como o HUB Funciona?

A principal função do HUB é repetir o sinal que entra em cada uma de suas portas para todas as outras portas, espalhando assim o sinal que requer o Ethernet. Além disso, os HUBs também monitoram o status do link das conexões em suas portas para verificar se a rede está funcionando corretamente.

19. Em qual Camada do Modelo OSI a Ponte (Bridge) Trabalha?

Na Camada 2, Camada de Enlace de Dados.

20. Como a Ponte (Bridge) Funciona?

A ponte escuta a rede e descobre quem está enviando e para onde. Este dispositivo gera uma tabela com endereços MAC. Se detectar que alguém deseja enviar algo para outro participante no mesmo segmento, o sinal é retransmitido. Se o sinal for destinado a outro segmento, ele o conecta ao participante de destino ou repete o sinal até que a conexão seja estabelecida corretamente.

21. Em qual Camada do Modelo OSI o HUB Trabalha?

Na Camada 1, Camada Física.

22. Como o HUB Funciona?

A principal função do HUB é repetir o sinal que entra em cada uma de suas portas para todas as outras portas, espalhando assim o sinal que requer o Ethernet. Além disso, os HUBs também monitoram o status do link das conexões em suas portas para verificar se a rede está funcionando corretamente.

23. Em qual Camada do Modelo OSI o Switch Funciona?

Na Camada 2, Camada de Enlace de Dados.

24. Como o Switch Funciona?

Os Switches são dispositivos que analisam os quadros Ethernet e os enviam para a porta correta de acordo com o endereço de destino. Ao contrário dos hubs, que trabalham na Camada 1 (Camada Física), os switches trabalham no nível da Camada 2 (Camada de Enlace). Isso permite que várias máquinas enviem quadros simultaneamente, sem colisões. Para isso, os switches precisam conhecer os endereços de enlace (chamados de "endereço MAC" no Ethernet) conectados a cada uma de suas portas. A maioria dos switches "aprende" os endereços MAC conectados automaticamente a cada porta, assim como as pontes. Simplesmente, ao receber um quadro de uma porta, ele anota o endereço de origem e o associa à porta que recebeu o quadro.

25. Em qual Camada do Modelo OSI o Roteador (Router) Trabalha?

Na Camada 3, Camada de Rede.

26. Como o Roteador Funciona?

Sua principal função é analisar cada pacote, examinar o endereço IP e determinar o melhor caminho para o pacote chegar ao seu destino. Com base em tabelas e considerando a topologia da rede, ele avalia se um pacote deve ser enviado diretamente ao seu destino ou se deve ser enviado a outro roteador para processamento.

27. O que é Ethernet?

Ethernet é uma tecnologia para redes de área local (LAN) que transmite informações entre computadores em velocidades de 10 Mbps (Ethernet), 100 Mbps (Fast Ethernet) ou 1000 Mbps (Gigabit Ethernet). (10 Gigabit Ethernet está sendo desenvolvida).

28. Mídia, Topologias e Velocidades Baseadas na Tecnologia Ethernet

• 10Base2 e 10Base5: Mídia com velocidade de 10 Mbps. Topologia física de barramento e lógica de barramento.
• 10BaseT: Velocidade de 10 Mbps. Mídia T. Topologia física em estrela e lógica de barramento.
• 100BaseT: Velocidade de 100 Mbps. Mídia T. Topologia física em estrela e lógica de barramento.
• 100BaseFX: Velocidade de 100 Mbps. Mídia F.
• 1000BaseT e 1000BaseFX: Velocidade de 1000 Mbps. Mídia T.
• Topologias de Fiação: Linear, espinha (estrela), árvore e segmentada.

29. Como Ocorre o Acesso à Mídia em Ethernet?

• Baseband (Banda Base): O sinal transmitido pelos meios de comunicação não sofre qualquer tipo de modulação, sendo transmitido em banda base. Este é o método mais utilizado em redes Ethernet.
• Broadband (Banda Larga): O sinal é modulado como na televisão por cabo, usando divisão de frequência, e não teve muita aceitação (ex: 10Broad36).

30. Vantagens e Desvantagens da Ethernet

Vantagens:

• A falha de um computador não afeta o restante da rede.
• As conexões de rede são simples e flexíveis.
• É uma tecnologia barata em termos de cabos, conectores e terminadores T.
• A falha de cabo que afeta um dispositivo de rede não derruba toda a rede (em topologias estrela/switch).
• Fácil adição de novos dispositivos.
• Possibilidade de monitoramento e gerenciamento centralizado.

Desvantagens:

• É frágil: se o cabo principal for desconectado ou rompido (em topologia barramento), a rede para de funcionar completamente devido à perda de impedância.
• É difícil isolar problemas de fiação quando ocorrem.
• Degradação significativa do desempenho da rede com o aumento do número de dispositivos.
• Custo médio na fiação, conectores e HUB (em topologias antigas).
• Se o HUB falhar, toda a rede conectada a ele para de funcionar.

31. O que Significa 10BaseT?

• 10: Velocidade (10 Mbps).
• Base: Modulação (Banda Base).
• T: Tipo de mídia (Par Trançado - Twisted Pair).

32. Como Conectar PC a PC, PC a HUB, HUB a HUB, etc.

O tipo de cabo utilizado depende da conexão:

• Cabo Crossover: Usado para conexões diretas entre dispositivos do mesmo tipo (ex: PC com PC, Roteador com Roteador, Switch com Switch, HUB com HUB).
• Cabo Direto (Straight-through): Usado para conexões entre dispositivos de tipos diferentes (ex: Roteador com Switch, Roteador com HUB, HUB com PC, Switch com PC).

33. O que é uma VLAN?

VLAN: Rede de Área Local Virtual (Virtual Local Area Network).

34. Quando uma VLAN é Configurada?

VLANs são configuradas nos switches.

35. Para que Serve uma VLAN?

• VLANs criam domínios de broadcast separados.
• VLANs fornecem controle de broadcast na Camada 2.