Redes Wi-fi I: Redes de Computadores Show
As redes de computadores são um sistema de comunicação e interligação entre um determinado grupo de computadores, onde por meio delas é possível o compartilhamento de recursos computacionais. As redes wireless têm o mesmo principio, onde elas podem substituir uma estrutura cabeada ou fazer parte de uma, aumentando a área de cobertura de uma rede. Classificações das Redes Cabeadas e Wireless As redes de computadores cabeadas e wireless são classificadas quanto a sua área de cobertura. Normalmente as redes cabeadas são classificadas em três grupos, e as sem fio em quatro, todas essas descritas a seguir. Local Area Network – LAN (Rede local) “Chamamos de rede local (LAN – Local Area Network) um conjunto de computadores interligados numa área dentro de um edifício ou Campus da empresa.” (SOUZA, 1999, p. 280). “Elas são amplamente usadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho em escritórios e instalações industriais de empresas, permitindo o compartilhamento de recursos e a troca de informações (...)” (TANENBAUM, 2003 p. 18). Metropolitan Area Network – MAN (Rede Metropolitana) Definimos uma MAN como uma rede que cobre uma área bem maior que uma LAN, geograficamente restrita a uma cidade, conforme a Figura 1. Normalmente ele á composta por LAN’s distantes interconectadas.  Figura 1: Uma rede metropolitana baseada na TV a cabo Fonte: TANENBAUM, 2003 Wide Area Network – WAN (Rede de Longa Distancia) Uma rede WAN abrange uma grande área geográfica, seja um país ou continente. Estas redes contem um conjunto de maquinas cuja finalidade e executar os programas e as aplicações do usuário. Wireless Personal Area Network – WPAN (Rede Pessoal Sem Fio) As WPAN’s não possuem um alcance muito grande, e são usadas em sua maioria em celulares. Esse tipo de rede não necessita de uma grande taxa de velocidade, em sua maioria, principalmente pelos celulares. As WPAN’s são empregadas através do Bluetooth, e em celulares mais antigos era usado o infravermelho como tecnologia de transmissão. Wireless Local Area Network – WLAN (Rede Local Sem Fio) WLAN é um tipo de rede sem fio com um alcance maior que as WPAN’s. São muito utilizadas em empresas, aeroportos, faculdades e etc. Através dela podemos conectar equipamentos que estão em ambientes diferentes, mas em uma mesma construção, por exemplo, podemos conectar dois computadores que estão em diferentes salas em uma mesma faculdade. Wireless Metropolitan Area Network – WMAN (Rede metropolitana sem fio) WMAN é um tipo de rede sem fio que tem um alcance bem maior que as WLAN’s e conseguem abranger grandes regiões como bairros e cidade, como ilustra a Figura 2. Figura 2: Redes WMAN Wireless Wide Area Network – WWAN (Rede de Longa Distância Sem Fio) WWAN é um tipo de redes de maior alcance, capaz de conectar países ou continentes, como ilustra a Figura 3.
Figura 3: Redes WWAN Modelo OSI Quando as redes de computadores surgiram, as soluções eram, na maioria das vezes, proprietárias, isto é, uma determinada tecnologia só era suportada por seu fabricante. Não havia a possibilidade de se misturar soluções de fabricantes diferentes. Dessa forma, um mesmo fabricante era responsável por construir praticamente tudo na rede (TORRES, 2001, p 39). Isso impossibilitava equipamentos de diferentes fabricantes pudessem se comunicar. A necessidade de interconexão entre os diversos sistemas computacionais era cada vez mais evidente e diante dessa situação a International Organization for Standardization (ISO - Organização Internacional de Normalização), criou um subcomitê para o desenvolvimento de padrões de comunicação para promover a interoperabilidade entre as diversas plataformas. Dessa forma foi criado o modelo de referência Open Systems Interconnection (OSI - Interconexão de Sistemas Abertos) cujo principal objetivo era facilitar a interconexão de sistemas de computadores. Vale ressaltar que o modelo OSI é simplesmente um modelo que especifica as funções a serem implementadas pelos diversos fabricantes em suas redes. Ele não detalha como estas funções devem ser implementadas, deixando isto a cargo de cada empresa/organização. O modelo OSI foi dividido em sete camadas, cada uma com funções próprias que complementam a camada superior a ela, vide Figura 4. “Na transmissão de um dado, cada camada obtém as informações passadas pela camada superior, acrescenta informações pelas quais ela seja responsável e passa os dados para acamada imediatamente inferior (...)” (TORRES, 2001, p 39). Figura 4: Cada camada acrescentando suas informações Fonte: TORRES, 2001 Camada de Aplicação “A camada de aplicação faz a interface entre o protocolo de comunicação e o aplicativo que pediu ou receberá a informação através da rede.” (TORRES, 2001, p 43). Camada de Apresentação “Transformação de dados de entrada para fornecer os serviços relacionados pela camada de aplicação. Um exemplo de transformação de dados é a criptografia para fornecer segurança.” (HAYKIN; MOHER, 2008, p. 27). Camada de Sessão “Fornece a estrutura de controle para a comunicação entre usuários e o gerenciamento ordenado do diálogo entre eles.” (HAYKIN; MOHER, 2008, p. 27). A camada de Sessão permite que duas aplicações em computadores diferentes estabeleçam uma sessão de comunicação. Nesta sessão, essas aplicações definem como será feita a transmissão de dados e coloca marcações nos dados que estão sendo transmitidos. Se porventura a rede falhar, os computadores reiniciam a transmissão dos dados a partir da última marcação recebida pelo computador receptor (TORRES, 2001, p. 44). Camada de Transporte “Controle fim-a-fim (isto é, fonte - ao- destino) das mensagens trocadas entre usuários.” (HAYKIN; MOHER, 2008, p. 27). A camada de Transporte é responsável por obter os dados enviados pela camada de Sessão e dividi-los em pacotes que serão transmitidos pela rede, ou melhor dizendo, repassados para a camada de Rede. No receptor, a camada de Transporte é responsável por pegar os pacotes recebidos da camada de Rede e remontar o dado original para enviá-lo à camada de Sessão. Isso inclui controle de fluxo (colocar os pacotes recebidos em ordem, caso eles tenham chegado fora de ordem) e correção de erros, tipicamente enviando para o transmissor uma informação de reconhecimento (acknowledge), informando que o pacote foi recebido com sucesso (TORRES, 2001, p. 44). Camada de Rede Essa camada determina a rota que os pacotes irão seguir para atingir o destino, baseada em fatores como condições de tráfego da rede e prioridades, de forma a garantir bom desempenho no link de comunicação. “A camada de Rede é responsável pelo endereçamento dos pacotes, convertendo endereços lógicos em endereços físicos, de forma que os pacotes consigam chegar corretamente ao destino.” (TORRES, 2001, p 45). Camada de Enlace “Controle de erros para transferência confiável de informação através do canal.” (HAYKIN; MOHER, 2008, p. 27). A camada de Link de Dados (também chamada camada de Enlace) pega os pacotes de dados recebidos da camada de Rede e os transforma em quadros que serão trafegados pela rede, adicionando informações como o endereço da placa de rede de origem, o endereço da placa de rede de destino, dados de controle, os dados em si (...) (TORRES, 2001, p. 45). Camada Física “Transmissão de bits puros de dados em um canal físico. Esta camada lida com as condições mecânicas, elétricas, funcionais e procedurais para acessar o canal.”(HAYKIN; MOHER, 2008, p. 27). A camada física pega os quadros enviados pela camada de Link de Dados e os transforma em sinais compatíveis com o meio onde os dados deverão ser transmitidos. Se o meio for elétrico, essa camada converte os 0s e 1s dos quadros em sinais elétricos a serem transmitidos pelo cabo. Se o meio for óptico (uma fibra óptica), essa camada converte os 0s e 1s dos quadros em sinais luminosos e assim por diante, dependendo do meio de transmitindo os de dados (TORRES, 2001, p. 46). A Figura 5 ilustra que cada camada se comunica com sua respectiva camada. Figura 5: As camadas comunicando-se com a sua equivalente Fonte: TORRES, 2001 Modelo TCP/IP O TCP/IP baseia-se em um modelo de referência OSI e possui quatro camadas. O TCI/IP é, na realidade, um conjunto de protocolos. Os mais conhecidos dão justamente o nome desse conjunto: TCP (Transmission Control Protocol, Protocolo de Controle da Transmissão) e IP (Internet Protocol, Protocolo de Internet) (TORRES, 2001, p. 65). Figura 6: Comparação OSI e TCP/IP Conforme ilustrado na figura 6, cada camada do modelo TCP/IP corresponde a uma ou mais camadas do modelo de referência de sete camadas de interconexão dos sistemas abertos proposto pela ISO. O protocolo TCP/IP atualmente é o protocolo mais usado em redes locais. Isso se deve basicamente à popularização da Internet, a rede mundial de computadores, já que esse protocolo foi criado para ser usado na Internet. Uma das grandes vantagens do TCP/IP em relação a outros protocolos existentes é que ele é roteável, isto é, foi criado pensando em redes grandes e de longa distância, onde pode haver vários caminhos para o dado atingir o computador receptor (TORRES, 2001, p. 65). Protocolo e Primitivas de Serviços Protocolo é um conjunto de regras que gerencia o formato e o significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocados entre entidades parceiras dentro de uma mesma camada. Os protocolos são utilizados para implementar os serviços. As primitivas de serviços são um conjunto de informações que uma camada oferece à camada superior adjacente de forma a realizar um serviço, onde a camada inferior se comporta como provedora do serviço e a superior a usuária do serviço. O Quadro 1 mostra os tipos de serviços executados e os protocolos usados em cada camada do modelo TCP/IP. Quadro 1: Descrição do TCP/IP
Fonte: O Modelo TCP/IP (Technet Library) “Todos os protocolos do TCP/ IP são documentados nos RFCs (Request for Comments), que são documentos descritivos do protocolo TCP/lP e que estão disponíveis na Internet” (TORRES, 2001, p. 65). Padrões IEEE 802 O lnstitute of Electrical and Electronic Engineers – lEEE (Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos) é uma associação profissional técnica sem fins lucrativos, que possui como missão desenvolver padrões técnicos. Essa associação já criou várias séries de padrões de protocolos dentre os quais um dos mais importantes foi a série de padrões IEEE 802 que é largamente usada e é um conjunto de protocolos usados no acesso à rede. Observa-se na figura 7, que os protocolos IEEE 802 possuem três camadas, que equivale as camadas 1 e 2 do modelo OSI. A camada de enlace (ou link de dados) do modelo 0SI é dividida em duas no modelo IEEE: Logic Link ControI (LLC – Controle do Link Lógico) e Media Access Control (MAC – Controle de Acesso ao Meio). Figura 7: Comparação das camadas OSI E 802 Fonte: TORRES, 2001 Camada LLC O papel da camada de LLC (padronizada como IEEE 802.2) é adicionar, ao dado recebido, informações do protocolo responsável por ter passado essa informação, para que a camada de LLC do receptor consiga entregar a informação ao protocolo de destino, e ler a informação corretamente. Para cumprir tal tarefa, essa camada define pontos de comunicação entre o transmissor e o receptor chamados SAP (Service Access Point, Ponto de Acesso a Serviços), como pode ser visualizado na Figura 8. Figura 8: Funcionamento da camada LLC Fonte: TORRES, 2001 Camada MAC O controle de acesso ao meio é o que define o uso de um endereço MAC em cada placa de rede. O padrão IEEE 802 é o mais usado em redes. Assim cada placa possui um endereço único gravado em hardware. Os Endereços MAC são representados por números em hexadecimal. Cada algarismo em hexadecimal equivale a um número de quatro bits. Dessa forma, um byte é representado por dois algarismos em hexadecimal e, com isso, o endereço MAC sempre é representado como um conjunto de 12 algarismos em hexadecimal (TORRES, 2001p 72), O IEEE padronizou os endereços MAC com 12 dígitos hexadecimais agrupados dois a dois, onde os três primeiros pares de dígitos é o endereço que indica o fabricante da placa de rede e os três últimos são controlados pelo fabricante da placa de rede e cada placa de rede produzida por cada fabricante recebe um número diferente. Por exemplo, o endereço MAC 00:26:C6:52:1D:0C, indica o endereço de uma placa de rede sem fio Intel. Cada fabricante dever ser cadastrado no IEEE para ter o seu número numero de identificação, conhecido como Organizationally Unique Identifier (OUI – Identificador Único Organizacional). “Um mesmo fabricante pode ter mais de um endereço OUI, evitando assim o problema, de ter produzido mais placas do que o número de endereços que possui disponível para numerar as suas placas.” (TORRES, 2001, p. 52). Camada Física A camada física especificada nos padrões IEEE 802 é responsável pela transmissão dos bits através do canal de comunicação. Os diversos padrões são divididos em partes, publicados separadamente e diferem na camada física e na subcamada MAC, porém são compatíveis na camada de enlace de dados. Podemos citar, como exemplo, do exposto acima os dois tipos de redes mais usadas; as redes Ethernet, que tem como padrão o IEEE 802.3, que utiliza como camada física os cabos e define a técnica Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD - Acesso Múltiplo com Sensoriamento da Portadora/ Detecção de Colisão) para o acesso ao meio e semelhante as redes Ethernet, as redes wireless que tem o “ar” como camada física, tem nos padrões 802.11 especificadas as técnica de transmissão de dados (visualizadas na Figura 9) e técnica de controle de ao meio (a camada física e o MAC do padrão 802.11 será descrito a fundo no capítulo 3). Como as redes wireless são o tema principal do trabalho, indo mais a fundo em sua camada física podemos dividi-la em duas subcamadas:
O preâmbulo é usado para informar ao receptor que os dados estão a caminho. Tecnicamente falando, esta é a primeira parte do Protocolo de convergência da camada física/Unidade de dados de protocolo de procedimento (PLCP). O preâmbulo permite ao receptor adquirir o sinal sem fio e sincronizar-se com o transmissor. A porção restante é um cabeçalho e contêm informações adicionais que identificam o esquema de modulação, a taxa de transmissão e o tempo a transmissão de uma estrutura de dados inteira (fonte: http://www.intel.com/support/pt/wireless/wlan/sb/cs-025317.htm).
Figura 9: Subcamada MAC e camada física 802.11 Fonte: Adaptado de TANEBAUM, 2003. Quais são os protocolos das camadas do modelo OSI?Protocolos OSI. Quais são as duas camadas do modelo OSI que especificam os protocolos associados aos padrões Ethernet?O modelo TCP/IP quando comparado com o modelo OSI, tem duas camadas que se formam a partir da fusão de algumas camadas do modelo OSI, elas são: as camadas de Aplicação (Aplicação, Apresentação e Sessão) e Acesso à Rede (Ligação de dados e Física).
Quais as camadas do modelo OSI Descreva sucintamente as funções de cada uma delas?O Modelo OSI é composto por 7 camadas, sendo que cada uma delas realizam determinadas funções. As camadas são: Aplicação (Application), Apresentação (Presentation), Sessão (Session), Transporte (Transport), Rede (Network), Dados (Data Link) e Física (Physical).
Quais são as três camadas de modelos OSI que preparam a camada da aplicação do modelo TCP IP?O modelo TCP/IP está dividido em quatro camadas: Camada de aplicação (FTP, SMTP, TELNET, HTTP, HTTPS, etc.); Camada de transporte (TCP, UDP, etc.);
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Comparação com o modelo OSI.. |
Quais as camadas do modelo OSI que são implementadas na maioria dos protocolos de redes industriais?
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