Guia de Redes: Multiplexação, Camadas e Equipamentos

Multiplexação e Conectividade de Nós

Os links que ligam um nó a outro são multiplexados: eles transmitem várias comunicações diferentes ao mesmo tempo por um único canal fixo.

Tipos de Multiplexação

Multiplexação por Frequência (FDM): O espectro de frequência é dividido em várias faixas, sendo uma para cada transmissão.

Multiplexação por Tempo (TDM): O tempo de transmissão é dividido em pequenas frações de tempo. De acordo com a propriedade estatística, atribui-se uma fração a cada uma das transmissões.

Técnicas de Chaveamento

Circuito: É estabelecido um circuito físico entre o destino e a origem para a transmissão da mensagem. Exemplo: serviço de telefonia.

Pacotes: A mensagem é dividida em pacotes que são enviados individualmente pela rede. Não há predefinição de caminho; parte de um pacote pode tomar um caminho diferente do outro. Podem chegar fora de ordem ou duplicados, necessitando de controle. O Checksum é utilizado para verificar o cabeçalho (header) da mensagem.

Características dos Dados em Pacotes

• Geralmente 1000 octetos (8000 bits ou 8 kbits), variando conforme a tecnologia.
• Mensagens longas são divididas em uma série de pacotes.
• Cada pacote contém dados e informações de controle para roteamento.

Os pacotes são recebidos, armazenados brevemente em buffer e enviados para o próximo nó. Há risco de perda, pois os pacotes possuem um tempo de vida; se demorar, a informação é perdida.

Vantagens do Chaveamento de Pacotes

• Uso eficiente do link: O enlace entre nós pode ser compartilhado por muitos pacotes, que são enfileirados e transmitidos o mais rápido possível.
• Conversão da taxa de dados: Cada estação se conecta ao nó local usando sua velocidade própria; os nós fazem o buffering dos dados se necessário para equalizar a taxa de saída. Pacotes são aceitos mesmo quando a rede está ocupada, embora a entrega possa demorar um pouco mais.
• Prioridades: Podem ser utilizadas para gerenciar o tráfego.

Processamento de Mensagens e Circuitos

A estação quebra mensagens longas em pacotes, que são enviados um a um pela rede. Eles são manipulados por:

Um circuito virtual: Consiste em um caminho entre hospedeiros de origem e destino, com um número para cada enlace e registro na tabela de repasse em cada roteador. Um pacote de um circuito virtual portará um número de CV em seu cabeçalho. A rota é estabelecida antes do envio e o circuito é liberado após o uso.

Rede de datagrama: Os pacotes podem tomar qualquer rota visando o destino. São independentes e podem chegar fora de ordem, devendo ser reordenados no receptor.

O chaveamento por circuito reserva recursos ao longo do caminho pelo período da comunicação. Já no chaveamento de pacotes, os recursos não são reservados e os dados podem esperar em filas (store-and-forward). O chaveamento por circuito era muito comum em redes telefônicas.

Infraestrutura da Internet

A infraestrutura da internet é composta por uma rede chaveada, com links conectados a roteadores que fazem a comutação dos pacotes. Conexões redundantes são recomendadas para garantir disponibilidade e confiabilidade.

Camadas do Modelo de Rede

Aplicação: Protocolos de nível mais alto como TELNET (terminal virtual), FTP e SMTP. São protocolos para serviços específicos de comunicação de dados, operando de processo a processo. É a camada que a maioria dos programas de rede usa para se comunicar. Uma vez codificado, o dado é passado para a próxima camada da pilha IP.

Transporte: Identifica o tipo de conteúdo via número de porta. Garante a confiabilidade (o dado chegou?) e integridade (ordem correta?). O TCP é confiável, entregando um fluxo de bytes sem erros. Ele fragmenta o fluxo para a interrede e o remonta no destino, controlando o fluxo para evitar sobrecarga.

Camada de Rede: Responsável pelo roteamento (movimentação) de datagramas entre máquinas utilizando tabelas de rota. Adiciona informações de caminho ao datagrama.

Física: Responsável pela transmissão de bits não estruturados sobre os links (cabos), definindo codificação, taxa e meio de transmissão.

Resumo das Funções das Camadas

A camada de aplicação é responsável pela comunicação entre processos e serviços (ex: SMTP). A camada de transporte realiza a transferência fim a fim e pode incluir mecanismos de confiabilidade (TCP). A camada de rede cuida do roteamento de datagramas. O nível físico transmite os bits pelos cabos de rede.

Componentes de Redes

A maioria dos componentes atua nas três primeiras camadas do modelo OSI: física, enlace e rede.

• Repetidor: Atua na camada física para aumentar o alcance do sinal, combatendo o ruído.
• HUB: Um repetidor com diversas portas. O sinal é retransmitido para todos os enlaces conectados, o que pode afetar a segurança.
• Pontes (Bridges): Ampliam a cobertura e trabalham na camada 2 (enlace), manipulando frames e analisando o endereço MAC para segmentar a rede.
• Switch: Analisa o endereço MAC e envia o frame somente para a porta correta. Conecta redes distintas em termos de topologia e velocidade.
• Roteador: Atua na camada 3 (rede), manipulando datagramas e utilizando o IP para interligar LANs e WANs através de tabelas de roteamento.

Endereçamento e Classes IP

Classe A: Começa com bit 0 (1.x.x.x a 126.x.x.x). O endereço 127 é reservado para loopback.

Classe B: Começa com bits 10 (128.x.x.x a 191.x.x.x).

Classe C: Começa com bits 110 (192.x.x.x a 223.x.x.x). Devido à escassez, recorre-se ao IPv6.

Comparativo de Tecnologias

O chaveamento por circuito reserva recursos fixos, enquanto no chaveamento por pacotes os recursos são compartilhados e utilizam buffers. Um circuito virtual estabelece uma rota prévia, enquanto na rede de datagramas os pacotes são independentes e podem seguir rotas variadas.

Detalhamento dos Componentes de Rede

Os componentes como repetidores, hubs, pontes, switches e roteadores são essenciais para a conectividade. Enquanto o repetidor e o hub operam no nível de sinal, a ponte e o switch operam com endereços físicos (MAC), e o roteador gerencia o endereçamento lógico (IP) para garantir rotas eficientes.