Introdução à redes de computadores

Se você esta lendo isto, é porque seu computador está conectado a uma rede. Seja a internet, seja a rede da empresa, todas as redes de computadores funcionam de forma semelhante, e explicar o funcionamento delas de forma simples é objetivo destes artigos.

Como uma informação sai do meu computador e chega em qualquer lugar do mundo? Simples: A informação sai do computador, passa por um monte de fios de cobre, fibras óptica, ondas de rádio, satélites, e chega ao destino final.

Para entender como isto ocorre, precisamos conhecer como o sistema é estruturado, quais os passos que são realizados para que uma informação enviada por um programa saia pela placa de rede do seu computador, chegue até a placa de rede do servidor e, finalmente, seja processada pelo servidor.

Vamos contar uma historinha:

Imagine que um equipamento A queira se comunicar com o equipamento B, e imagine que haja um fio ligando os 2 equipamentos diretamente.

Para o equipamento A se comunicar com o equipamento B, tudo o que ele precisa fazer é saber como utilizar estes fios – quantos volts representa o bit 1, quantos volts representa  o bit 0. Existe uma comunicação entre os 2 equipamentos, porém, esta comunicação é somente entre estes 2 equipamentos – A informação sai pelo fio de um equipamento, e chega no outro equipamento. A ligação física determina o destino. Isso é uma forma muito limitada de comunicação.

Imagine agora que desejamos conectar mais 1 equipamento que vou chamar ele de equipamento C. Podemos simplesmente pegar o C e soldar os fios de comunicação dele nos fios conectam o A e B. Se o A envia uma informação, o B e o C recebe. Se o B envia, o A e o C recebem, e se o C envia, o B e o A recebe.

Porém, como faço para que a informação enviada pelo A tenha como destino o C, e não o B? Fisicamente todos recebem os dados, então torna-se necessário a criação de um método, que permita que cada equipamento identifique se a informação é destinada a ele, se for, ele processa, se não for, ele ignora.

Por isso, criaremos um protocolo, que é uma informação, enviada antes da informação que desejamos transmitir, que informa o destinatário desta mensagem. Todos os equipamentos irão receber a mensagem fisicamente, porém ao identificar que eles não são os destinatários, eles simplesmente a ignorarão. Este procolo determina que os nomes dos equipamentos devem ser únicos na rede, e podem ser uma letra, de A a Z. Este protocolo funciona da seguinte forma: <Destino><Origem><Mensagem>. Ou seja, para o equipamento A enviar uma informação para o equipamento C, o A envia o seguinte: CA<mensagem>

Para não perder a capacidade de enviar uma mensagem para todos os equipamentos, foi definido um nome especial, chamado de Z, que representa todos os equipamentos, ou seja: O equipamento A só reconhecerá mensagens enviadas para A ou Z, o equipamento B só reconhecerá mensagens enviadas para B e Z, e o equipamento C só reconhecerá mensagens enviada para C ou Z. Chamaremos estes nomes A, B, C, D…. de endereços físicos.

Este protocolo de ligação entre os equipamentos é bom para ligar equipamentos próximos – neste caso, somente os equipamentos em que eu consiga ligar este fio diretamente, como, por exemplo, em um escritório.

Imagine agora o seguinte: Meu escritório adquiriu os equipamentos A, B e C, que estão ligados em rede no meu escritório, e o escritório do lado propôs uma parceria de negócios, e resolvemos ligar as duas redes, porém eu não posso ligar o fio do meu escritório diretamente nos fios das redes deles pois eles também deram nomes no protocolo de ligação entre os equipamentos de A, B e C nas suas redes, e renomear todos eles torna-se complicado.

Há o problema, de que, o protocolo de ligação entre os equipamentos, pertence ao equipamento – somente o fabricante pode alterar. A solução então consiste em fazer um programa que ligue as redes. Eu  posso colocar um equipamento D que interligue as redes, e um programa que identifique o que deve ser enviado.

O problema é que, para este equipamento D saber se a informação deve ser destinada à rede do escritório do lado ou a minha rede, é necessário que cada equipamento tenha um nome único, e é necessário também um padrão que identifique estas redes. Combino com o escritório do lado o seguinte:

Manter os nomes atuais do protocolo de comunicação entre equipamentos, porém criamos um segundo conjunto de nomes, para identificar cada rede e  computador unicamente nas redes.

Para isso, foi criado um protocolo de rede:

Ficou determinado que, minha rede se chamará 1, e a rede do escritório do lado se chamará 2.

Foi definido também que o nome do equipamento vem depois do nome da rede, precedido por um ponto, ou seja: 1.1, 1.2, 1.3, 1.4…. 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, e o nome de equipamento 10 é o equivalente a todos os equipamentos da rede: 1.10 representa todos os equipamentos da rede 1, 2.10 representa todos os equipamentos da rede 2. Chamaremos estes nomes (1.1, 1.2… 2.1, 2.2…) de endereços lógicos. O remetente de uma mensagem precisa enviar, neste ordem, o endereço lógico do destinatário, o endereço lógico do remetente, e em seguida os dados.

Foi definido também o seguinte: Quando uma informação da rede 1.x for enviada para a rede 2.x ou vice versa, o equipamento que está enviando enviará para o equipamento responsavel por interconectar as redes, ou seja, o D. Tambem foi definido uma informação especial que serve para perguntar aos computadores de uma rede qual computador possui um determinado endereço lógico.

Então, a comunicação dos equipamentos dos escritórios passou afuncionar da seguinte forma.

<Endereco Fisico Destino><Endereco Fisico Origem><Endereco Lógico Destino><Endereco Lógico Origem><Mensagem>

Então, para o equipamento 1.1 enviar uma mensagem para o 1.2, a seguinte informação será enviada:

B A 1.2 1.1 <Mensagem>

para o equipamento 1.2 responder, enviará a seguinte mensagem:

A B 1.1 1.2 <Mensagem>

Ja para o equipamento 1.1 enviar uma mensagem para o 2.3, ele enviará os seguinte:

D A 2.3 1.1 <mensagem>

Repare que o endereço fisico de destino é, na realidade, o do equipamento que conecta as redes. Ao receber esta mensagem pelo fio da rede 1, ele analiza o conteudo, e envia, no fio da rede 2, a segunte mensagem:

C D 2.3 1.1 <mensagem>

Observe que somente os endereços fisicos foram trocados, os lógicos continuam intactos. Observe também que o endereço fisico de origem passou a ser o do equipamento D, que conecta as duas redes. Como resposta, o equipamento 2.3 enviará:

D C 1.1 2.3  <mensagem>

que será recebido pelo equipamento D, que encaminhará a rede 1 o seguinte:

A D 1.1 2.3 <mensagem>.

E assim as duas redes estão conectadas. Se um terciero escritório quiser se conectar, basta conectar outro equipamento de ligação de redes e dar o nome de 3.x para os seus computadores.

Isso é muito legal, os escritórios começaram a conversar, mas, há um problema: 2 computadores conseguem manter somente uma conexão entre si. Observe neste mecanismo, não existe como identificar duas ou mais conexões. Então, nossso genios do escritório resolveram criar mais um protocolo! Resoveram adicionar mais uma informação, que permitiu transportar mais de uma informação ao mesmo tempo, e chamaram este protocolo de transporte. O que eles fizeram foi o seguinte: Adicionaram mais um numero, chamado de porta, que complementa o endereço lógico, então, além do endereço lógico de destino, cada equipamento precisa saber a porta de destino, e definir uma porta de origem (à qual ele espera a resposta da informação enviada), e não foi preciso alterar os equipamentos de interconexão de redes.

Para um equipamento enviar informação para outro, ele precisa das seguintes informações: endereço fisico de destino, endereço lógico de destino, porta de destino:

<Endereco Fisico Destino><Endereco Fisico Origem><Endereco Lógico Destino><Endereco Lógico Origem><Porta Destino><Porta Origem><Mensagem>

Ou seja: Para o equipamento 1.1 enviar uma mensagem para o 2.3, na porta 80, usando a porta 1000,  a informação enviada pela rede é a seguinte:

D A 2.3 1.1 80 1000 <mensagem>

Como 2.3 está em outra rede, o equipamento D fará a conexão, e encaminhará para a rede 2 o seguinte:

C D 2.3 1.1 80 1000 <mensagem>

Como resposta o equipamento 2.3 enviará a seguinte informação:

D C 1.1 2.3 1000 80 <mensagem>

que será enviada, pelo equiapmento D para a rede 1 desta forma:

A D 1.1 2.3 1000 80 <mensagem>

Observe que o uso dos pares “80,1000″, ou qualquer outro, permite a identificação de várias conexões ao mesmo tempo. O cabeçalho da resposta é o mesmo cabeçalho da origem, porém com a ordem dos valores invertida (para fazer, de fato, o caminho inverso).

Quando uma mensagem é enviada, ela passa por várias camadas de processamento antes de ir para a rede, cada camada adiciona um pouco de informação que permite com que a mensagem chegue ao destino. As redes de computadores funcionam de forma semelhantes, sendo compostas por 5 camadas:

  • Aplicação
  • Transporte
  • Rede
  • Enlace
  • Físico

A camada de aplicação é o programa que quer enviar uma mensagem – firefox, internet explorer, outlook, thunderbird, qualquer programa. Aplicação envia um conjunto de informações para um deterinado destino.

A camada de Transporte é a camada responsável por preparar este conjunto de informações de modo a serem válidos para o envio na rede, e a garantir que as informações recebidas estejam integras.

A camada de Rede é a camada responsável identificar, de forma lógica, a origem e destino das informações.

A camada de Enlace é a camada por identificar, de forma fisica, os equipamentos para quais as informações se destinam. Qual a diferença entre identificar de forma lógica ou fisica? A identificação fisica consiste em idetificar 2 equipamentos diretamente conectados, a forma lógica identifica 2 equipamentos indiretamente conectados.

E por fim, a camada fisica consiste em transmitir os dados de um equipamento para outro – ou seja, dados como frequencia e modulação do sinal rádio, quantos volts representa o 1 ou o 0, entre outros fatores.

Todas elas serão vistas com mais detalhes nos proximos artigos.

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