Guia Essencial de Redes e Protocolos de Internet

VoIP: Voz sobre Protocolo de Internet

VoIP, ou Voz sobre Protocolo de Internet, é um método que converte sinais de áudio analógicos (como os da sua voz ao telefone) em dados digitais.

Codecs: Codificador-Decodificador

Um codec, ou codificador-decodificador, converte sinais de áudio para uma forma digital compactada para transmissão e, posteriormente, para um sinal de áudio descompactado para retorno. Essa é a essência do VoIP. A conversão digital-analógica é observada em CD players, telefones celulares e até mesmo em consoles de videogame.

Os codecs realizam essa conversão por meio da amostragem do sinal de áudio milhares de vezes por segundo. Por exemplo, um codec G.711 amostra o áudio 64 mil vezes por segundo.

Desafios do VoIP: Chamadas de Emergência e Integração

As chamadas de emergência também representam um desafio para o VoIP.

Outro ponto a considerar é que muitos outros sistemas em sua residência podem ser integrados à sua linha telefônica.

Assim como uma conexão de internet, o VoIP é suscetível a todos os problemas normalmente associados aos serviços de banda larga.

Camadas de Rede: OSI e TCP/IP

A Camada de Aplicação

A camada de aplicação é um termo utilizado em redes de computadores para designar a sétima camada do Modelo OSI. É responsável por prover serviços para aplicações, de modo a separar a existência de comunicação em rede entre processos de diferentes computadores. No Modelo TCP/IP, ela corresponde à quarta camada, englobando também as camadas de apresentação e sessão do Modelo OSI.

A Camada de Rede

A camada de rede do Modelo OSI é responsável por controlar a operação geral da rede. Suas principais funções incluem o roteamento dos pacotes entre a fonte e o destino (mesmo que passem por diversos nós intermediários), o controle de congestionamento e a contabilização do número de pacotes ou bytes utilizados pelo usuário para fins de tarifação.

A Camada de Transporte

A camada de transporte, tanto no Modelo OSI quanto no Modelo TCP/IP, é a camada responsável pela transferência eficiente, confiável e econômica dos dados entre a máquina de origem e a máquina de destino. Isso ocorre independentemente do tipo, topologia ou configuração das redes físicas existentes entre elas, garantindo ainda que os dados cheguem sem erros e na sequência correta.

Cabos UTP: Padrões e Categorias

O cabo UTP (Unshielded Twisted Pair) é um dos mais utilizados para a criação de redes de computadores baseadas em fios. Seu desenvolvimento foi resultado dos trabalhos da Electrical Industries Alliance (EIA) e da Telecommunications Industry Association (TIA), que pesquisaram um meio de comunicação eficiente para redes.

Os cabos UTP foram padronizados pelas normas EIA/TIA 568 e são divididos em 5 categorias, considerando o nível de segurança e a bitola do fio (onde números maiores indicam fios com diâmetros menores). Veja abaixo um resumo simplificado das categorias de cabos UTP:

• Categoria 1: Voz (Cabo Telefônico). Utilizados por equipamentos de telecomunicação, não devem ser usados para redes locais.
• Categoria 2: Dados a 4 Mbps (LocalTalk).
• Categoria 3: Transmissão de até 16 MHz. Dados a 10 Mbps (Ethernet).
• Categoria 4: Transmissão de até 20 MHz. Dados a 20 Mbps (16 Mbps Token Ring).
• Categoria 5: Transmissão de até 100 MHz. Dados a 100 Mbps (Fast Ethernet).

Nas redes padrão Ethernet, praticamente são utilizados apenas cabos UTP Categoria 5. Isso significa que esse tipo de cabo é composto por quatro pares de fios e opera a uma frequência de 100 MHz.

Controle de Congestionamento no TCP

O que é Controle de Congestionamento?

O controle de congestionamento visa evitar a sobrecarga do receptor, que possui um buffer limitado. Sem esse controle, haveria perda e erros de transmissão de dados.

Como o TCP Resolve?

O TCP implementa um algoritmo para gerenciar o congestionamento.

Algoritmo de Controle de Congestionamento do TCP

O TCP envia um segmento e espera pelo ACK (Acknowledgement - Confirmação). Ao receber o ACK, ele aumenta a quantidade de segmentos a serem enviados. Esse processo de crescimento ocorre em fases:

• Slow Start (SS): Na fase inicial, o número de segmentos enviados dobra a cada rodada (1, 2, 4, 8, etc.), crescendo exponencialmente até atingir um limite (threshold).
• Congestion Avoidance (CA): Após o threshold, o crescimento se torna aditivo, aumentando o número de segmentos de forma linear (geralmente de 1 em 1 ou 2 em 2).

Se ocorrer um timeout (o remetente envia e não recebe a confirmação), o TCP entende que houve um problema na rede (como congestionamento) e reinicia o processo de envio de forma mais lenta, geralmente começando com um segmento por vez, para evitar agravar o congestionamento.

Outros Conceitos TCP

• O receptor determina a quantidade de dados que pode ser transmitida.
• O ACK (Acknowledgement) é um campo de verificação que confirma o recebimento de dados.
• Em caso de dúvida, o receptor sempre solicita o menor segmento.
• A janela deslizante é um mecanismo que permite ao remetente enviar múltiplos segmentos antes de receber uma confirmação, otimizando o fluxo de dados.

Segmentos TCP

O TCP divide os dados em segmentos para transmissão. Tanto o transmissor quanto o receptor TCP trabalham com esses segmentos, que contêm as informações a serem transmitidas.

Recuperação de Pacotes Perdidos

Quando um pacote é perdido (por exemplo, devido a um buffer de roteador cheio), o TCP possui mecanismos para recuperá-lo. A perda de dados geralmente indica um problema de sobrecarga na rede.

DNS: Domain Name System

Não configuramos o DNS manualmente na maioria das vezes, pois ele opera automaticamente. No entanto, o nome de domínio por si só não pode ser interpretado diretamente pela rede, necessitando da ajuda do DNS.

O DNS (Domain Name System) funciona como um sistema de tradução de endereços IP para nomes de domínio.

Para que o sistema de endereços IP e DNS funcione corretamente, é essencial uma coordenação global.

Existe uma organização responsável por atribuir nomes de domínio e endereços IP em escala mundial: a ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers). Esta é uma entidade sem fins lucrativos que busca manter todos os sites registrados funcionando na internet.

Protocolos de E-mail

SMTP: Envio de E-mails

Para o envio de e-mails, o protocolo utilizado é o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Se você usa um cliente de e-mail como o Outlook, o SMTP é empregado. Se estiver enviando via web (HTTP), a mensagem já está no servidor e será enviada via SMTP para outros servidores.

Quando um usuário utiliza um cliente como o Outlook para enviar um e-mail, antes que a mensagem seja de fato enviada, todo um processo de resolução de DNS é executado. A requisição passa por um gateway e retorna, completando o ciclo.

MIME: Codificação de Conteúdo

MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions) é o tipo de codificação utilizado para anexos e conteúdos multimídia em e-mails. O SMTP também utiliza MIME para lidar com dados que não são texto simples (como caracteres especiais ou arquivos binários), expandindo o padrão original de 7 bits da tabela ASCII.

POP3: Download de Mensagens

O POP3 (Post Office Protocol version 3) realiza o download da mensagem do servidor para o seu dispositivo. O principal problema é que, ao baixar a mensagem, se houver um anexo com vírus, ele será baixado junto com o e-mail, representando um risco se executado.

HTTP: Protocolo de Transferência de Hipertexto

O Hypertext Transfer Protocol (HTTP), ou Protocolo de Transferência de Hipertexto, é um protocolo de comunicação da camada de aplicação (segundo o Modelo OSI) utilizado para sistemas de informação de hipermídia, distribuídos e colaborativos. Ele é a base para a comunicação de dados na World Wide Web.

O HTTP funciona como um protocolo de requisição-resposta no modelo computacional cliente-servidor. Um navegador web, por exemplo, atua como o cliente, e uma aplicação em um computador que hospeda um site da web atua como o servidor.

Códigos de Status HTTP

Os códigos de status HTTP são respostas numéricas do servidor que indicam o resultado de uma requisição. As principais categorias são:

• 1xx: Informational (Informação)
• 2xx: Success (Sucesso)
• 3xx: Redirection (Redirecionamento)
• 4xx: Client Error (Erro no cliente)
• 5xx: Server Error (Erro no servidor)

Outros Protocolos Importantes

Existem outros tipos de protocolos importantes, como o FTP (File Transfer Protocol, ou Protocolo de Transferência de Arquivos), usado para envio de arquivos do computador para um servidor na web, e o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, ou Protocolo de Transferência de Correio Simples), protocolo usado para correio eletrônico, entre outros.

FTP: Transferência de Arquivos

FTP (File Transfer Protocol) é uma forma rápida e versátil de transferir arquivos (também conhecidos como ficheiros), sendo uma das mais utilizadas na internet.

A transferência de arquivos ocorre entre um computador chamado "cliente" (que solicita a conexão para a transferência de dados) e um "servidor" (que recebe a solicitação de transferência). O usuário, através de software específico, pode selecionar quais arquivos enviar ou receber do servidor. Para estabelecer uma conexão com o servidor, caso ele exija, o usuário deve informar um nome de usuário (ou username), uma senha (password), e o nome correto do servidor ou seu endereço IP.