Informática, rede

Como as redes funcionam

Genericamente falando, existem dois tipos de rede, chamadas LAN e WAN. A diferença é que enquanto uma LAN (local area network, ou rede local) é uma rede que une os micros de um escritório, prédio, ou mesmo um conjunto de prédios próximos, usando cabos ou ondas de rádio, uma WAN (wide area network, ou rede de longa distância) interliga micros situados em cidades, países ou mesmo continentes diferentes, usando links de fibra óptica, microondas ou mesmo satélites. Geralmente uma WAN é formada por várias LANs interligadas: as várias filiais de uma grande empresa por exemplo.

1.              Placas de Rede

O primeiro componente de uma rede é justamente a placa de rede. Além de funcionar como um meio de comunicação, a placa de rede desempenha várias funções essenciais, como a verificação da integridade dos dados recebidos e a correção de erros. A placa de rede deverá ser escolhida de acordo com a arquitetura de rede escolhida (Ethernet, Wireless, etc.) e também de acordo com o tipo de cabo que será usado.

Atualmente, as placas mais comuns são as placas Ethernet 10/100, que utilizam cabos de par trançado e vem em versão PCI:

2.              Cabos

Para haver comunicação entre as placas de rede é necessário algum meio físico de comunicação. Apesar dos cabos de cobre serem de longe os mais utilizados, podemos também usar fibra óptica ou mesmo ondas de rádio. Em matéria de cabos, os mais utilizados são os cabos de par trançado, cabos coaxiais e cabos de fibra óptica. Cada categoria tem suas próprias vantagens e limitações, sendo mais adequado para um tipo específico de rede.

Os cabos coaxiais permitem que os dados sejam transmitidos através de uma distância maior que a permitida pelos cabos de par trançado sem blindagem (UTP), mas por outro, lado não são tão flexíveis e são mais caros que eles. Os cabos de fibra óptica permitem transmissões de dados a velocidades muito maiores e são completamente imunes a qualquer tipo de interferência eletromagnética, porém, são muito mais caros e difíceis de instalar, demandando equipamentos mais caros e mão de obra mais especializada. Apesar da alta velocidade de transferência, as fibras ainda não são uma boa opção para pequenas redes devido ao custo.

Topologias

Temos em seguida, a topologia da rede, ou seja, de que forma os micros são interligados. Como quase tudo em computação, temos aqui uma divisão entre topologias físicas e topologias lógicas. A topologia física é a maneira como os cabos conectam fisicamente os micros. A topologia lógica, por sua vez, é a maneira como os sinais trafegam através dos cabos e placas de rede. As redes Ethernet, por exemplo, usam uma topologia lógica de barramento, mas podem usar topologias físicas de estrela ou de barramento. As redes Token Ring, por sua vez, usam uma topologia lógica de anel, mas usam topologia física de estrela. Não se preocupe pois vamos ver tudo com detalhes mais adiante :-)

Temos três tipos de topologia física, conhecidas como topologia de barramento, de estrela e de anel.A topologia de barramento é a mais simples das três, pois nela um PC é ligado ao outro, usando cabos coaxiais. Na topologia de estrela, os micros não são ligados entre sí, mas sim a um hub, usando cabos de par trançado. O Hub permite que todos os micros conectados se vejam mutuamente. Finalmente temos a topologia de anel, onde apenas um cabo passa por todos os micros e volta ao primeiro, formando um anel fechado. A topologia de anel físico é praticamente apenas uma teoria, pois seria complicado e problemático demais montar uma rede deste tipo na prática. Sempre que ouvir falar em uma rede com topologia de anel, pode ter certeza que na verdade se trata de uma rede Token Ring, que usa uma topologia de anel lógico, mas que ao mesmo tempo usa topologia física de estrela.

3.              Arquiteturasthernet, Token Ring e Arcnet são três arquiteturas de rede diferentes, que exigem placas de rede diferentes, e possuem exigências diferentes a nível de cabeamento, que iremos examinar mais adiante.

Uma arquitetura de rede define como os sinais irão trafegar através da rede. Todo o trabalho é feito de maneira transparente pela placa de rede, que funciona de maneira diferente de acordo com a arquitetura para a qual tenha sido construída.

Por isso, existem tanto placas de rede padrão Ethernet, quanto padrão Token Ring e Arcnet. Uma vez que decida qual arquitetura de rede irá utilizar, você terá que usar apenas placas compatíveis com a arquitetura: 30 placas Ethernet para os 30 micros da rede, por exemplo.

Claro que atualmente as redes Ethernet são de longe as mais usadas, mas nem por isso vamos deixar de conhecer as opções.

4.              Protocolos

Cabos e placas de rede servem para estabelecer uma ligação física entre os micros, a fim de permitir a transmissão de dados. Os protocolos, por sua vez, constituem um conjunto de padrões usados para permitir que os micros “falem a mesma língua” e possam se entender. Os protocolos mais usados atualmente são o TPC/IP (protocolo padrão na Internet), NetBEUI e IPX/SPX.

Podemos fazer uma analogia com o sistema telefônico: veja que as linhas, centrais, aparelhos, etc. servem para criar uma ligação que permite a transmissão de voz. Mas, para que duas pessoas possam se comunicar usando o telefone, existem vários padrões. Por exemplo, para falar com um amigo você discará seu número, ele atenderá e dirá “alô” para mostrar que está na linha. Vocês se comunicarão usando a língua Portuguesa, que também é um conjunto de códigos e convenções e, finalmente, quando quiser terminar a conversa, você irá despedir-se e desligar o telefone.

Os protocolos de rede têm a mesma função: permitir que um pacote de dados realmente chegue ao micro destino, e que os dados sejam inteligíveis para ele. Para existir comunicação, é preciso que todos os micros da rede utilizem o mesmo protocolo (você nunca conseguiria comunicar-se com alguém que falasse Chinês, caso conhecesse apenas o Português, por exemplo).

É possível instalar vários protocolos no mesmo micro, para que ele torne-se um “poliglota” e possa se entender com micros usuários de vários protocolos diferentes. Se você usa o protocolo NetBEUI em sua rede, mas precisa que um dos micros acesse a Internet (onde e utilizado o protocolo TCP/IP), basta instalar nele os dois protocolos. Assim ele usará o TCP/IP para acessar a Internet e o NetBEUI para comunicar-se com os outros micros da rede. Dentro do Windows 98, você pode instalar e desinstalar protocolos através do ícone “redes” no painel de controle.

Existe apenas um pequeno problema em usar vários periféricos no mesmo micro que é uma pequena perda de desempenho, já que ele terá de lidar com mais solicitações simultâneas, por isso é recomendável manter instalados apenas os protocolos que forem ser usados. De qualquer forma, conforme os PCs vem tornando-se mais rápidos, esta queda vem tornando-se cada vez menos perceptível.

5.              Recursos

Tudo que é compartilhado através da rede, seja um arquivo, um CD-ROM, disco rígido ou impressora, é chamado de recurso. O micro que disponibiliza o recurso é chamado de servidor ou host, enquanto os micros que usam tal recurso são chamados de clientes, ou guests. Talvez o tipo mais conhecido (e mais obsoleto) de rede cliente-servidor, sejam as antigas redes baseadas em mainframes e terminais burros, onde todo o processamento era feito no servidor, enquanto os terminais funcionavam apenas como interfaces de entrada e saída de dados.

Num conceito mais moderno, existem vários tipos de servidores: servidores de disco (que disponibilizam seu disco rígido para ser usado por estações sem disco rígido, mas com poder de processamento), servidores de arquivos (que centralizam e disponibilizam arquivos que podem ser acessados por outros micros da rede), servidores de fax (que cuidam da emissão e recepção de faxes através da rede), servidores de impressão (que disponibilizam uma impressora) e assim por diante. Dependendo do seu poder de processamento e de como estiver configurado, um único micro pode acumular várias funções, servindo arquivos e impressoras ao mesmo tempo, por exemplo.

Existem também servidores dedicados e servidores não-dedicados. A diferença é que enquanto um servidor dedicado é um micro reservado, um servidor não dedicado é um micro qualquer, que é usado normalmente, mas que ao mesmo tempo disponibiliza algum recurso. Se você tem 5 micros numa rede, todos são usados por alguém, mas um deles compartilha uma impressora e outro disponibiliza arquivos, temos dois servidores não dedicados, respectivamente de impressão e de arquivos.

Outro vocábulo bastante usado no ambiente de redes é o termo “estação de trabalho”. Qualquer micro conectado à rede, e que tenha acesso aos recursos compartilhados por outros micros da rede, recebe o nome de estação de trabalho. Você também ouvirá muito o termo “nó de rede”. Um nó é qualquer aparelho conectado à rede, seja um micro, uma impressora de rede, um servidor ou qualquer outra coisa que tenha um endereço na rede.

6.              N.O.S.

Finalmente chegamos ao último componente da rede, o NOS, ou “Network Operational System”. Qualquer sistema operacional que possa ser usado numa rede, ou seja, que ofereça suporte à redes pode ser chamado de NOS. Temos nesta lista o Windows 3.11 for Workgroups, o Windows 95/98, Windows NT, Windows 2000, Novell Netware, Linux, Solaris, entre vários outros. Cada sistema possui seus próprios recursos e limitações, sendo mais adequado para um tipo específico de rede.

Hoje em dia, os sistemas mais usados como servidores domésticos ou em pequenas empresas são o Windows 2000 Server (ou NT Server) e o Linux, que vem ganhando espaço. O mais interessante é que é possível misturar PCs rodando os dois sistemas na mesma rede, usando o Samba, um software que acompanha a maior parte das distribuições do Linux que permite que tanto uma máquina Linux acesse impressoras ou arquivos de um servidor Windows, quanto que um servidor Linux substitua um servidor Windows, disponibilizando arquivos e impressoras para clientes rodando Windows.

O Samba não é tão fácil de configurar quanto os compartilhamentos e permissões de acesso do Windows, mas em termos de funcionalidade e desempenho não deixa nada a desejar. Você podeencontrar maiores informações sobre ele no http://www.samba.org/

Placas de Rede

A placa de rede é o hardware que permite aos micros conversarem entre sí através da rede. Sua função é controlar todo o envio e recebimento de dados através da rede. Cada arquitetura de rede exige um tipo específico de placa de rede; você jamais poderá usar uma placa de rede Token Ring em uma rede Ethernet, pois ela simplesmente não conseguirá comunicar-se com as demais.

Além da arquitetura usada, as placas de rede à venda no mercado diferenciam-se também pela taxa de transmissão, cabos de rede suportados e barramento utilizado.

Quanto à taxa de transmissão, temos placas Ethernet de 10 mbps e 100 mbps e placas Token Ring de 4 mbps e 16 mbps. Como vimos na trecho anterior, devemos utilizar cabos adequados à velocidade da placa de rede. Usando placas Ethernet de 10 mbps por exemplo, devemos utilizar cabos de par trançado de categoria 3 ou 5, ou então cabos coaxiais. Usando uma placas de 100 mbps o requisito mínimo a nível de cabeamento são cabos de par trançado blindados nível 5.

No caso de redes Token Ring, os requisitos são cabos de par trançado categoria 2 (recomendável o uso de cabos categoria 3) para placas de rede de 4 Mbps, e cabos de par trançado blindado categoria 4 para placas de 16 mbps. Devido às exigência de uma topologia em estrela das redes Token Ring, nenhuma placa de rede Token Ring suporta o uso de cabos coaxiais.

Cabos diferentes exigem encaixes diferentes na placa de rede. O mais comum em placas Ethernet, é a existência de dois encaixes, uma para cabos de par trançado e outro para cabos coaxiais. Muitas placas mais antigas, também trazem encaixes para cabos coaxiais do tipo grosso (10Base5), conector com um encaixe bastante parecido com o conector para joysticks da placa de som.

Placas que trazem encaixes para mais de um tipo de cabo são chamadas placas combo. A existência de 2 ou 3 conectores serve apenas para assegurar a compatibilidade da placa com vários cabos de rede diferentes. Naturalmente, você só poderá utilizar um conector de cada vez.

Placa combo

As placas de rede que suportam cabos de fibra óptica, são uma exceção, pois possuem encaixes apenas para cabos de fibra. Estas placas também são bem mais caras, de 5 a 8 vezes mais do que as placas convencionais por causa do CODEC, o circuito que converte os impulsos elétricos recebidos em luz e vice-versa que ainda é extremamente caro.

Finalmente, as placas de rede diferenciam-se pelo barramento utilizado. Atualmente você encontrará no mercado placas de rede ISA e PCI usadas em computadores de mesa e placas PCMCIA, usadas em notebooks e handhelds. Existem também placas de rede USB que vem sendo cada vez mais utilizadas, apesar de ainda serem bastante raras devido ao preço salgado.

Naturalmente, caso seu PC possua slots PCI, é recomendável comprar placas de rede PCI pois além de praticamente todas as placas PCI suportarem transmissão de dados a 100 mbps (todas as placas de rede ISA estão limitadas a 10 mbps devido à baixa velocidade permitida por este barramento), você poderá usá-las por muito mais tempo, já que o barramento ISA vem sendo cada vez menos usado em placas mãe mais modernas e deve gradualmente desaparecer das placas mãe novas.

A nível de recursos do sistema, todas as placas de rede são parecidas: precisam de um endereço de IRQ, um canal de DMA e um endereço de I/O. Bastando configurar os recursos corretamente.

O canal de IRQ é necessário para que a placa de rede possa chamar o processador quando tiver dados a entregar. O canal de DMA é usado para transferir os dados diretamente à memória, diminuindo a carga sobre o processador. Finalmente, o endereço de I/O informa ao sistema aonde estão as informações que devem ser movidas. Ao contrário dos endereços de IRQ e DMA que são escassos, existem muitos endereços de I/O e por isso a possibilidade de conflitos é bem menor, especialmente no caso de placas PnP. De qualquer forma, mudar o endereço de I/O usado pela placa de rede (isso pode ser feito através do gerenciador de dispositivos do Windows) é uma coisa a ser tentada caso a placa de rede misteriosamente não funcione, mesmo não havendo conflitos de IRQ e DMA.

Todas as placas de rede atuais são PnP, tendo seus endereços configurados automaticamente pelo sistema. Placas mais antigas por sua vez, trazem jumpers ou DIP switches que permitem configurar os endereços a serem usados pela placa. Existem também casos de placas de rede de legado que são configuráveis via software, sendo sua configuração feita através de um programa fornecido junto com a placa.

Para que as placas possam “se encontrar” dentro da rede, cada placa possui também um endereço de nó. Este endereço de 48 bits é único e estabelecido durante o processo de fabricação da placa, sendo inalterável. O endereço físico é relacionado com o endereço lógico do micro na rede. Se por exemplo na sua rede existe um outro micro chamado “Micro 2”, e o “Micro 1” precisa transmitir dados para ele, o sistema operacional de rede ordenará à placa de rede que transmita os dados ao “Micro 2”, porém, a placa usará o endereço de nó e não o endereço de fantasia “Micro 2” como endereço. Os dados trafegarão através da rede e será acessível a todas as os micros, porém, apenas a placa do “Micro 2” lerá os dados, pois apenas ela terá o endereço de nó indicado no pacote.

Sempre existe a possibilidade de alterar o endereço de nó de uma placa de rede, substituindo o chip onde ele é gravado. Este recurso é usado algumas vezes para fazer espionagem, já que o endereço de nó da rede poderá ser alterado para o endereço de nó de outra placa da rede, fazendo com que a placa clonada, instalada no micro do espião também receba todos os dados endereçados ao outro micro.

Hubs

Numa rede com topologia de estrela, o Hub funciona como a peça central, que recebe os sinais transmitidos pelas estações e os retransmite para todas as demais. Existem dois tipos de hubs, os hubs passivos e os hubs ativos.

Os hubs passivos limitam-se a funcionar como um espelho, refletindo os sinais recebidos para todas as estações a ele conectadas. Como ele apenas distribui o sinal, sem fazer qualquer tipo de amplificação, o comprimento total dos dois trechos de cabo entre um micro e outro, passando pelo hub, não pode exceder os 100 metros permitidos pelos cabos de par trançado.

Um Hub ativo por sua vez, além de distribuir o sinal, serve como um repetidor, reconstituindo o sinal enfraquecido e retransmitindo-o. Enquanto usando um Hub passivo o sinal pode trafegar apenas 100 metros somados os dois trechos de cabos entre as estações, usando um hub ativo o sinal pode trafegar por 100 metros até o hub, e após ser retransmitido por ele trafegar mais 100 metros completos. Apesar de mais caro, este tipo de hub permite estender a rede por distâncias maiores.

1.              Hubs Inteligentes

Além dos hubs comuns, que apenas distribuem os sinais da rede para os demais micros conectados a ele, existe uma categoria especial de hubs, chamados de smart hubs, ou hubs inteligentes. Este tipo de hub incorpora um processador e softwares de diagnóstico, sendo capaz de detectar e se preciso desconectar da rede estações com problemas, evitando que uma estação faladora prejudique o tráfego ou mesmo derrube a rede inteira; detectar pontos de congestionamento na rede, fazendo o possível para normalizar o tráfego; detectar e impedir tentativas de invasão ou acesso não autorizado à rede e outros problemas em potencial entre outras funções, que variam de acordo com a sofisticação do Hub. O SuperStak II da 3Com por exemplo, traz um software que baseado em informações recebidas do hub, mostra um gráfico da rede, mostrando as estações que estão ou não funcionando, pontos de tráfego intenso etc.

Usando um hub inteligente a manutenção da rede torna-se bem mais simples, pois o hub fará a maior parte do trabalho. Isto é especialmente necessário em redes médias e grandes.

II.              Switchs

Um Hub simplesmente retransmite todos os dados que chegam para todas as estações conectadas a ele, como um espelho. Isso faz com que o barramento de dados disponível seja compartilhado entre todas as estações e que apenas uma possa transmitir de cada vez.

Um switch também pode ser usado para interligar vários hubs, ou mesmo para interligar diretamente as estações, substituindo o hub. Mas, o switch é mais esperto, pois ao invés de simplesmente encaminhar os pacotes para todas as estações, encaminha apenas para o destinatário correto. Isto traz uma vantagem considerável em termos desempenho para redes congestionadas, além de permitir que, em casos de redes, onde são misturadas placas 10/10 e 10/100, as comunicações possam ser feitas na velocidade das placas envolvidas. Ou seja, quando duas placas 10/100 trocarem dados, a comunicação será feita a 100 megabits. Quando uma das placas de 10 megabits estiver envolvida, será feita a 10 megabits. Os switchs mais baratos, destinados a substituir os hubs são também chamados de hub-switchs.

De maneira geral a função do switch é muito parecida com a de um bridge, com a excessão que um switch tem mais portas e um melhor desempenho. Usando bridges ou switches todos os segmentos interligados continuam fazendo parte da mesma rede. As vantagens são apenas a melhora no desempenho e a possibilidade de adicionar mais nós do que seria possível unindo os hubs diretamente. Os roteadores por sua vez são ainda mais avançados, pois permitem interligar várias redes diferentes, criando a comunicação, mas mantendo-as como redes distintas.

III.              Conectando Hubs

A maioria dos hubs possuem apenas 8 portas, alguns permitem a conexão de mais micros, mas sempre existe um limite. E se este limite não for suficiente para conectar todos os micros de sua rede?

Para quebrar esta limitação, existe a possibilidade de conectar dois ou mais hubs entre sí. Quase todos os hubs possuem uma porta chamada “Up Link” que se destina justamente a esta conexão. Basta ligar as portas Up Link de ambos os hubs, usando um cabo de rede normal para que os hubs passem a se enxergar.

Como para toda a regra existe uma exceção, alguns hubs mais baratos não possuem a porta Up Link, mas nem tudo está perdido, lembra-se do cabo cross-over que serve para ligar diretamente dois micros sem usar um hub? Ele também serve para conectar dois hubs. A única diferença neste caso é que ao invés de usar as portas Up Link, usaremos duas portas comuns.

Note que caso você esteja interligando hubs passivos, a distância total entre dois micros da rede, incluindo o trecho entre os hubs, não poderá ser maior que 100 metros, o que é bem pouco no caso de uma rede grande. Neste caso, seria mais recomendável usar hubs ativos, que amplificam o sinal.

Repetidores

Caso você precise unir dois hubs que estejam muito distantes, você poderá usar um repetidor. Se você tem, por exemplo, dois hubs distantes 150 metros um do outro, um repetidor estrategicamente colocado no meio do caminho servirá para viabilizar a comunicação entre eles.

Crescendo junto com a rede

O recurso de conectar hubs usando a porta Up Link, ou usando cabos cross-over, é utilizável apenas em redes pequenas, pois qualquer sinal transmitido por um micro da rede será retransmitido para todos os outros. Quanto mais micros tivermos na rede, maior será o tráfego e mais lenta a rede será.

Para resolver este problema, existem dois tipos de hubs especiais: os hubs empilháveis e os concentradores (também chamados de hubs de gabinete).

Os hubs empilháveis são a solução mais barata; inicialmente produzidos pela 3Com, são hubs “normais” que podem ser conectados entre sí através de um barramento especial, que aparece na forma de dois conectores encontrados na parte traseira do Hub. Temos então, dois barramentos de comunicação, um entre cada hub e os micros a ele conectados, e outro barramento de comunicação entre os hubs. Caso o micro 1 conectado ao hub A, precise transmitir um dado para o micro 22 conectado ao hub C, por exemplo, o sinal irá do Hub A diretamente para o Hub C usando o barramento especial, e em seguida para o micro 22, sem ser transmitido aos demais hubs e micros da rede.

Os hubs empilháveis são conectados entre sí através de conectores localizados em sua parte traseira. Como um hub é conectado ao outro, você poderá ir interligando mais hubs conforme a rede for crescendo.

Hubs empilháveis da 3com

Os concentradores por sua vez, são grandes caixas com vários slots de barramento. Da mesma maneira que conectamos placas de expansão à placa mãe do micro, conectamos placas de porta aos slots do concentrador. Cada placa de porta é na verdade um hub completo, com 8 ou 16 portas. O barramento principal serve para conectar as placas. Você pode começar com apenas algumas placas, e ir adicionando mais placas conforme necessário.

Um concentrador pode trazer até 16 slots de conexão, o que permite a conexão de até 256 micros (usando placas de 16 portas). Mas se este número ainda não for suficiente, é possível interligar dois ou mais concentradores usando placas de backbone, que são conectadas ao último slot de cada concentrador, permitindo que eles sejam interligados, formando um grande concentrador. Neste último caso é possível conectar um número virtualmente ilimitado de micros.

10 ou 100?

Para que a sua rede possa transmitir a 100 mbps, além de usar placas de rede Ethernet PCI de 100 mbps e cabos de par trançado categoria 5, é preciso também comprar um hub que transmita a esta velocidade. A maioria dos hubs à venda atualmente no mercado, podem funcionar tanto a 10 quanto a 100 mbps, enquanto alguns mais simples funcionam a apenas 10 mbps. No caso dos hubs 10/100 mais simples, é possível configurar a velocidade de operação através de uma chave, enquanto hubs 10/100 inteligentes freqüentemente são capazes de detectar se a placa de rede da estação e o cabo são adequados para as transmissões a 100 mbps sendo a configuração automática.

Bridges, Roteadores e Gateways

Montar uma rede de 3 ou 4 micros é bem fácil. Mas, e se ao invés de apenas 4 PCs, forem um contingente de centenas de PCs divididos em vários prédios diferentes, algumas dezenas de Macs, e de brinde, meia dúzia de velhos mainframes, todos esperando alguém (no caso você ;-) conseguir realizar o milagre de colocá-los para conversar?

Em redes maiores, além de cabos e hubs, usamos mais alguns dispositivos, um pouco mais caros: bridges (pontes) e Roteadores (routers). Todos estes podem ser tanto componentes dedicados, construídos especialmente para esta função, ou PCs comuns, com duas placas de rede e o software adequadopara executar a função.

I.              Bridges (pontes)

Imagine que em sua empresa existam duas redes; uma rede Ethernet, e outra rede Token Ring. Veja que apesar das duas redes possuírem arquiteturas diferentes e incompatíveis entre sí, é possível instalar nos PCs de ambas um protocolo comum, como o TCP/IP por exemplo. Com todos os micros de ambas as redes falando a mesma língua, resta apenas quebrar a barreira física das arquiteturas de rede diferentes, para que todos possam se comunicar. É justamente isso que um bridge faz. É possível interligar todo o tipo de redes usando bridges, mesmo que os micros sejam de arquiteturas diferentes, Macs de um lado e PCs do outro, por exemplo, contanto que todos os micros a serem conectados utilizem um protocolo comum. Antigamente este era um dilema difícil, mas atualmente isto pode ser resolvido usando o TCP/IP, que estudaremos à fundo mais adiante.

II.              Como funcionam os Bridges?

Imagine que você tenha duas redes, uma Ethernet e outra Token Ring, interligadas por um bridge. O bridge ficará entre as duas, escutando qualquer transmissão de dados que seja feita em qualquer uma das duas redes. Se um micro da rede A transmitir algo para outro micro da rede A, o bridge ao ler os endereços de fonte e destino no pacote, perceberá que o pacote se destina ao mesmo segmento da rede e simplesmente ignorará a transmissão, deixando que ela chegue ao destinatário através dos meios normais. Se, porém, um micro da rede A transmitir algo para o micro da rede B, o bridge detectará ao ler o pacote que o endereço destino pertence ao outro segmento, e encaminhará o pacote.

Caso você tenha uma rede muito grande, que esteja tornando-se lenta devido ao tráfego intenso, você também pode utilizar um bridge para dividir a rede em duas, dividindo o tráfego pela metade.

Existem também alguns bridges mais simples (e mais baratos) que não são capazes de distinguir se um pacote se destina ou não ao outro lado da rede. Eles simplesmente encaminham tudo, aumentando desnecessariamente o tráfego na rede. Estes bridges são chamados de bridges de encaminhamento, servem para conectar redes diferentes, mas não para diminuir o tráfego de dados. A função de bridge também pode ser executada por um PC com duas placas de rede, corretamente configurado.

III.              Roteadores (routers)

Os bridges servem para conectar dois segmentos de rede distintos, transformando-os numa única rede. Os roteadores por sua vez, servem para interligar duas redes separadas. A diferença é que usando roteadores, é possível interligar um número enorme de redes diferentes, mesmo que situadas em países ou mesmo continentes diferentes. Note que cada rede possui seu próprio roteador e os vários roteadores são interligados entre sí.

Os roteadores são mais espertos que os bridges, pois não lêem todos os pacotes que são transmitidos através da rede, mas apenas os pacotes que precisam ser roteados, ou seja, que destinam-se à outra rede. Por este motivo, não basta que todos os micros usem o mesmo protocolo, é preciso que o protocolo seja roteável. Apenas o TCP/IP e o IPX/SPX são roteáveis, ou seja, permitem que os pacotes sejam endereçados à outra rede. Portanto, esqueça o NetBEUI caso pretenda usar roteadores.

Como vimos, é possível interligar inúmeras redes diferentes usando roteadores e não seria de se esperar que todos os roteadores tivessem acesso direto a todos os outros roteadores a que estivesse conectado. Pode ser que por exemplo, o roteador 4 esteja ligado apenas aoroteador 1, que esteja ligado ao roteador 2, que por sua vez seja ligado ao roteador 3, que esteja ligado aos roteadores 5 e 6. Se um micro da rede 1 precisar enviar dados para um dos micros da rede 6, então o pacote passará primeiro pelo roteador 2 sendo então encaminhado ao roteador 3 e então finalmente ao roteador 6. Cada vez que o dado é transmitido de um roteador para outro, temos um hop.

Os roteadores também são inteligentes o suficiente para determinar o melhor caminho a seguir. Inicialmente o roteador procurará o caminho com o menor número de hops: o caminho mais curto. Mas se por acaso perceber que um dos roteadores desta rota está ocupado demais, o que pode ser medido pelo tempo de resposta, então ele procurará caminhos alternativos para desviar deste roteador congestionado, mesmo que para isso o sinal tenha que passar por mais roteadores. No final, apesar do sinal ter percorrido o caminho mais longo, chegará mais rápido, pois não precisará ficar esperando na fila do roteador congestionado.

A Internet é na verdade uma rede gigantesca, formada por várias sub-redes interligadas por roteadores. Todos os usuários de um pequeno provedor, por exemplo, podem ser conectados à Internet por meio do mesmo roteador. Para baixar uma página do Yahoo por exemplo, o sinal deverá passar por vários roteadores, várias dezenas em alguns casos. Se todos estiverem livres, a página será carregada rapidamente. Porém, se alguns estiverem congestionados pode ser que a página demore vários segundos, ou mesmo minutos antes de começar a carregar.

O tempo que um pedido de conexão demora para ir até o servidor destino e ser respondido é chamado de “Ping”. Você pode medir os pings de vários servidores diferentes usando o prompt do MS-DOS. Estando conectado à Internet basta digitar:

ping endereço_destino, como em: ping www.uol.com.br ou ping 207.167.207.78

Outra ferramenta útil tanto para medir o tempo de resposta de um servidor qualquer, quanto para verificar por quantos e quais roteadores o sinal está passando até chegar lá é o NeoTrace, um freeware que pode ser baixado na área e download do Guia do Hardware:

http://www.guiadohardware.net/download/

IV.              Nós de interconexão

Os bridges trabalham apenas checando o endereço destino dos pacotes transmitidos através da rede e os encaminhando quando necessário, para o outro segmento. Os roteadores são bem mais sofisticados, mas no fundo fazem a mesma tarefa básica: encaminhar os pacotes de dados. Tanto os bridges quanto os roteadores trabalham lendo e transmitindo os pacotes, sem alterar absolutamente nada da mensagem, por isso que é necessário que todos os micros ligados a eles utilizem o mesmo protocolo.

Mas, e se você precisar interligar máquinas que não suportem o mesmo protocolo: interligar PCs a um mainframe projetado para se comunicar apenas com terminais burros, por exemplo?

O trabalho dos nós de interconexão é justamente este, trabalhar como tradutores, convertendo as informações de um protocolo para outro protocolo inteligível ao destinatário. Para cumprir esta tarefa são utilizáveis dois artifícios: o tunnelling e a emulação de terminal.

O tunnelling é o método mais simples e por isso mais usado. Ele consiste em converter a informação para um protocolo mutuamente inteligível, que possa ser transportado através da rede, e em seguida novamente converter o pacote para o protocolo usado na rede destino.

Se, por exemplo, é preciso transmitir um pacote de dados Novell IPX de uma rede de PCs para um Macintosh conectado a uma rede AppleTalk, podemos do lado da Rede Novell “envelopar” os dados usando o protocolo TPC/IP que é inteligível para ambas as redes, para que ele possa chegar ao destino, e do lado da rede AppleTalk “retirar o envelope” para obter os dados reais.

A emulação de terminal já é um processo um pouco mais trabalhoso e se destina a permitir a conexão de PCs com mainframes antigos, como os ainda muito utilizados em bancos. Como os mainframes são capazes de se comunicar apenas com terminais burros e não com PCs, é preciso fazer com que o PC finja ser um terminal burro durante a conversação. O “fingimento” é feito através de um programa de emulação de terminal, instalado em cada PC usuário do mainframe.

Para conectar vários PCs ligados em rede a um mainframe, é preciso instalar uma placa de interconexão em um dos PCs da rede (para poder conectá-lo fisicamente ao mainframe), esta placa contém a interface que permitirá a conexão. Este PC passará a ser o servidor do nó de interconexão.

Após estabelecer a conexão da rede com o mainframe, o acesso é feito usando o programa de emulação instalado em cada PC da rede, sendo a comunicação feita através do micro que está atuando como nó de interconexão. Note que por ser realizado via software, o processo de emulação é relativamente lento, o que era um problema em micros 286 ou 386 usados antigamente, mas não nos PCs modernos, muitas vezes mais rápidos que o próprio mainframe :-).

Arquiteturas de rede

Como vimos no início deste capítulo, temos uma divisão entre topologias físicas de rede (a forma como os micros são interligados) e as topologias lógicas (a forma como os dados são transmitidos).

Quanto à topologia física, temos topologias de barramento, onde usamos um único cabo coaxial para interligar todos os micros, e topologias de estrela, onde usamos cabos de par trançado e um hub.

As redes com topologia de estrela são as mais usadas atualmente, pois nelas a solução de problemas é muito mais simples. Se uma estação não funciona, temos o problema isolado à própria estação. Basta então verificar se a estação está corretamente configurada e se a placa de rede está funcionando, se o cabo que liga o micro ao hub está intacto, não existe mau contato e se a porta do hub à qual o micro está conectado está funcionando.

As únicas vantagens da topologia de barramento físico residem no custo, já que geralmente usamos menos cabo para interligar os micros e não precisamos de um hub. As desvantagens por sua vez são muitas: como um único cabo interliga todos os micros, uma única estação com problemas será capaz de derrubar toda a rede. A solução de problemas também é mais difícil, pois você terá que examinar micro por micro até descobrir qual está derrubando a rede. A possibilidade de mau contato nos cabos também é maior, e novamente, um único encaixe com mau contato pode derrubar toda a rede (e lá vai você novamente checando micro por micro...). Finalmente, usando cabo coaxial, sua rede ficará limitada a 10 mbps, enquanto usando cabos de par trançado categoria 5 numa topologia de estrela, podemos chegar a 100 mbps.

Por causa destas desvantagens, a topologia de barramento pode ser utilizável em redes de no máximo 5 ou 10 micros, acima disto você deve considerar apenas a topologia de estrela. Caso você não se importe de gastar alguns reais a mais num hub, é aconselhável já começar logo com uma rede com cabos de par trançado, que lhe dará menos dor de cabeça mais tarde.

Citei no início a topologia física de anel, onde um único cabo interligaria todos os micros e voltaria ao primeiro formando um anel. Esta topologia porém é apenas uma teoria, já que o cabeamento seria muito mais difícil e não teríamos vantagens sobre a redes em barramento e estrela.

I.              Topologias Lógicas

A topologia lógica da rede, determina como os dados são transmitidos através da rede. Não existe necessariamente uma ligação entre a topologia física e lógica; podemos ter uma estrela física e um barramento lógico, por exemplo.

Existem três topologias lógicas de rede: Ethernet, Token Ring e Arcnet. Como a topologia lógica determina diretamente o modo de funcionamento da placa de rede, esta será específica para um tipo de rede. Não é possível usar placas Token Ring em Redes Ethernet, ou placas Ethernet em Redes Arcnet, por exemplo.

II.              Redes Ethernet

As placas de rede Ethernet são de longe as mais utilizadas atualmente, sobretudo em redes pequenas e médias e provavelmente a única arquitetura de rede com a qual você irá trabalhar. Numa rede Ethernet, temos uma topologia lógica de barramento. Isto significa que quando uma estação precisar transmitir dados, ela irradiará o sinal para toda a rede. Todas as demais estações ouvirão a transmissão, mas apenas a placa de rede que tiver o endereço indicado no pacote de dados receberá os dados. As demais estações simplesmente ignorarão a transmissão. Mais uma vez vale lembrar que apesar de utilizar uma topologia lógica de barramento, as redes Ethernet podem utilizar topologias físicas de estrela ou de barramento.

Como apenas uma estação pode falar de cada vez, antes de transmitir dados a estação irá “ouvir” o cabo. Se perceber que nenhuma estação está transmitindo, enviará seu pacote, caso contrário, esperará até que o cabo esteja livre. Este processo é chamado de “Carrier Sense” ou sensor mensageiro.

Mas, caso duas estações ouçam o cabo ao mesmo tempo, ambas perceberão que o cabo está livre e acabarão enviando seus pacotes ao mesmo tempo. Teremos então uma colisão de dados.

Dois pacotes sendo enviados ao mesmo tempo geram um sinal elétrico mais forte, que pode ser facilmente percebido pelas placas de rede. A primeira estação que perceber esta colisão irradiará para toda a rede um sinal especial de alta freqüência que cancelará todos os outros sinais que estejam trafegando através do cabo e alertará as demais placas que ocorreu uma colisão.

Sendo avisadas de que a colisão ocorreu, as duas placas “faladoras” esperarão um número aleatório de milessegundos antes de tentarem transmitir novamente. Este processo é chamado de TBEB “truncated exponencial backof”. Inicialmente as placas escolherão entre 1 ou 2, se houver outra colisão escolherão entre 1 e 4, em seguida entre 1 e 8 milessegundos, sempre dobrando os números possíveis até que consigam transmitir os dados. Apesar de as placas poderem fazer até 16 tentativas antes de desistirem, normalmente os dados são transmitidos no máximo na 3º tentativa.

Veja que apesar de não causarem perda ou corrupção de dados, as colisões causam uma grande perda de tempo, resultando na diminuição do desempenho da rede. Quanto maior for o número de estações, maior será a quantidade de colisões e menor será o desempenho da rede. Por isso existe o limite de 30 micros por segmento numa rede de cabo coaxial, e é recomendável usar bridges para diminuir o tráfego na rede caso estejamos usando topologia em estrela, com vários hubs interligados (e muitas estações).

Outro fator que contribui para as colisões é o comprimento do cabo. Quanto maior for o cabo (isso tanto para cabos de par trançado quanto coaxial) mais fraco chegará o sinal e será mais difícil para a placa de rede escutar o cabo antes de enviar seus pacotes, sendo maior a possibilidade de erro.

Usar poucas estações por segmento e usar cabos mais curtos do que a distância máxima permitida, reduzem o número de colisões e aumentam o desempenho da rede. O ideal no caso de uma rede com mais de 20 ou 30 micros, é dividir a rede em dois ou mais segmentos usando bridges, pois como vimos anteriormente, isto servirá para dividir o tráfego na rede.

Veja que todo este controle é feito pelas placas de rede Ethernet. Não tem nada a ver com o sistema operacional de rede ou com os protocolos de rede usados.

III.              Pacotes

Todos os dados transmitidos através da rede, são divididos em pacotes. Em redes Ethernet, cada pacote pode ter até 1550 bytes de dados. A estação emissora escuta o cabo, transmite um pacote, escuta o cabo novamente, transmite outro pacote e assim por diante. A estação receptora por sua vez, vai juntando os pacotes até ter o arquivo completo.

O uso de pacotes evita que uma única estação monopolize a rede por muito tempo, e torna mais fácil a correção de erros. Se por acaso um pacote chegar corrompido, devido a interferências no cabo, ou qualquer outro motivo, será solicitada uma retransmissão do pacote. Quanto pior for a qualidade do cabo e maior for o nível de interferências, mais pacotes chegarão corrompidos e terão que ser retransmitidos e, consequentemente, pior será o desempenho da rede. Os pacotes Ethernet são divididos em 7 partes:

O preâmbulo serve para coordenar o envio dos demais dados do pacote, servindo como um sinal de sincronismo. O byte de início avisa as estações recebedoras que a transmissão irá começar (até aqui todas as estações da rede estão lendo o pacote). O endereço de destino indica a qual estação o pacote está endereçado. Apenas a placa de rede que possuir o endereço indicado irá ler o restante do pacote, as demais ignorarão o restante da transmissão. O endereço de origem indica qual estação está enviando os dados.

Antes de começar o envio dos dados em sí, temos mais um campo de 16 bits (2 bytes) que indica o tipo de dados que será transmitido, alguns dos atributos são: imagem, texto ASCII e binário. Finalmente temos enviados os dados, sendo que cada pacote pode conter até 1550 bytes de dados. Caso o arquivo seja maior que isso, será dividido em vários pacotes. Finalizando o pacote temos mais 32 bits de verificação que servem para a estação receptora checar se os dados do pacote chegaram intactos, através de um processo de paridade. Caso o pacote chegue corrompido será solicitada sua retransmissão