Cursos Grátis

Redes de Computadores

Curso Grátis de Redes de Computadores
Implementação de uma Rede Local de Computadores numa Escola de Ensino Fundamental.

Este conteúdo é um resumo baseado em monografia de projeto final do curso Tecnólogo em Redes de Telecomunicações (UCP – 2011) , com autorização, por e-mail, das autoras Laurinete Bacelar e Pamela Lima Assis.

Sempre que precisar ver imagens e conhecer significados pesquise no google. Para ver as imagens clique em Imagens no alto da página, caso não surjam automaticamente. São tantas imagens ali que enriquecerá muito a aprendizagem. Leia direto para um primeiro contato mas buscando as imagens, posteriormente estude cada item devagar. Apos fazer este estudo elabore uma rede similar sem olhar esta matéria. Por último faça comparações e correções se precisar. Leia tudo o que puder sobre redes, cabos, equipamentos etc.

1. INTRODUÇÃO

1.1 Motivação

Em tempos de globalização, uma política de inclusão digital sustentável é um assunto de extrema relevância. Segundo a ONG, CDI Lan, “79% da população mundial ainda se encontra digitalmente excluída”, muitas pessoas não têm acesso a um computador, muito menos à Internet, de forma que seu aprendizado e acréscimo de conhecimento se tornam mais lentos do que para os que têm acesso à Rede. É indiscutível o benefício que a Internet traz aos estudantes de hoje. Uma simples pesquisa escolar que alguns anos atrás, poderia levar um dia inteiro numa biblioteca, não desmerecendo esta instituição de enorme importância, agora é possível ser feita, muitas das vezes em no máximo 1 ou 2 horas, e com muita riqueza de informações. A desigualdade social é um assunto ainda muito grave no Brasil, e medidas simples como a inclusão digital, promovem uma ascensão dos menos favorecidos. Porque, se as pessoas têm acesso à Informática e à Internet, oportunidades de aumento de renda são possibilitadas. Muitas pessoas utilizam da Internet para fazer pequenos negócios, em muitas comunidades no Brasil, pessoas estão incrementando a renda familiar desta forma.

1.2 Escopo

Entende-se por LAN uma rede de computadores e periféricos, que estão conectados dentro de um pequeno espaço geográfico. Neste trabalho, a LAN será cabeada, por ser somente uma sala, os custos de implantação e manutenção serão menores do que uma rede sem fio. A topologia mais adequada será a topologia em estrela, ou seja, nesta topologia todos os micros e a impressora são interligados através de switches centrais. O que facilita a repetição do sinal para todos os componentes desta rede.

1.3 Metodologia

Trata-se de um estudo teórico e prático, pois o objetivo é analisar, observar e aplicar testes, em um laboratório real.

1.4 Organização do Trabalho

Este trabalho é composto por 4 capítulos. Falamos do objeto em estudo no capítulo 1. No capítulo 2 são abordados os tipos de redes e seus componentes, e um comparativo entre eles. Nos capítulos 3 e 4 traçamos um panorama da rede atual e propomos um projeto de rede para um melhor desempenho desta, incluindo uma avaliação de custos. E no capítulo 5, é feita a conclusão e propostas de trabalhos futuros.

INTRODUÇÃO A REDES

2.1 Tipos de Redes

Uma rede é formada por um conjunto de equipamentos, computadores, impressoras, hubs, switches e roteadores, que compartilham a conexão à Internet e/ou informações entre si.

Os principais tipos de redes são a LAN, WAN, WLAN, CAN, MAN e VLAN.

Benefícios de uma rede de computadores:

compartilhamento de recursos físicos – dentro de uma rede, uma impressora pode ser compartilhada por todos os computadores;

compartilhamento de aplicativos – videoconferência, telefonia na Internet, programas;

compartilhamento de dados – os arquivos que as pessoas utilizam em conjunto podem ser compartilhados na rede, e-mail, agenda de compromissos, mensagens instantâneas;

compartilhamento de Internet – a conexão com a Internet pode ser distribuída para todos os micros;

administração centralizada e suporte – facilidade de solução dos problemas que ocorrem na rede;

independência de localização – a rede pode ser acessada remotamente pelo seu administrador.

Redes Locais: as redes locais são redes privadas contidas em um único edifício ou campus universitário com até alguns quilômetros de extensão. Elas são amplamente usadas para conectar computadores pessoais e estações de trabalho em escritórios e instalações industriais de empresas, permitindo o compartilhamento de recursos (por exemplo, impressoras) e a troca de informações. As LANs têm três características que as distinguem de outros tipos de redes: (1) tamanho, (2) tecnologia de transmissão e (3) topologia. A arquitetura mais comum neste tipo de rede é a Ethernet ou IEEE 802.3 (Cisco Networking Academy).

Redes WLAN: tem a mesma abrangência da anterior, porém sem o uso de cabos, usando transmissões em radiofreqüência. A arquitetura mais popular deste tipo de rede chama-se Wi-Fi ou IEEE 802.11(TORRES, 2009).

Redes CAN: também chamada rede de campo, é uma rede maior que a rede local, com abrangência de mais de um prédio – em outras palavras, é composta de pelo menos duas redes locais interligadas. As redes de universidades, hospitais e de grandes empresas normalmente pertencem a esta classificação.

Redes MAN: rede metropolitana, uma rede maior do que a rede de campo, podendo abranger até mesmo uma cidade inteira. Na rede de campo os prédios que fazem parte da rede estão relativamente próximos uns dos outros e o cabeamento entre eles é normalmente feito pela própria empresa. No caso das redes metropolitanas, os prédios podem estar distantes uns dos outros – em bairros diferentes, por exemplo. Tradicionalmente a conexão entre as redes locais ou de campo que compõem uma rede metropolitana é feita contratando-se uma concessionária de telecomunicações (Embratel, Oi, Telefônica etc.), que aluga esta conexão por um valor mensal. Atualmente esta conexão também pode ser feita usando-se a Internet, usando-se uma técnica chamada VPN – o que reduz significativamente o custo da conexão, já que não há necessidade de se pagar um aluguel mensal pela conexão entre as redes. Há algumas desvantagens, tais como desempenho, segurança e o fato de a conexão entre as redes ficar a mercê da qualidade e disponibilidade da conexão à Internet que as redes estiverem usando.

Redes WAN: também chamada rede de longa distância, abrange uma área maior do que apenas uma cidade. A Internet é o melhor exemplo de uma WAN, muito embora alguns autores tenham criado uma categoria específica para ela: GAN (Global Area Network). No caso de empresas conectando suas diversas filiais e escritórios, a mesma explicação sobre como a conexão é fisicamente feita apresentada no item anterior é válida.

Redes VLAN: podemos configurar uma rede para que determinadas máquinas passem a fazer parte de uma mesma rede local, mesmo que elas estejam fisicamente distantes uma da outra, para que possam ter acesso aos mesmos recursos. Um bom exemplo é o de uma empresa onde um determinado grupo de funcionários está trabalhando em um projeto conjunto por um determinado tempo e os funcionários precisarão ter acesso aos mesmos recursos (arquivos, por exemplo). 2.2 Componentes de uma rede

As redes locais são formadas por computadores, placa de Interface de Rede, dispositivos periféricos, meios de rede e dispositivos de rede (Cisco Networking Academy).

Na figura 2.2 o Token Ring é representado por um círculo, FDDI por dois círculos concêntricos, Ethernet por uma linha reta e as conexões seriais por um raio.


Uma rede de computadores pode ser montada utilizando vários tipos de meios físicos. A função dos meios é transportar um fluxo de informações através de uma rede local. As redes locais sem-fio usam a atmosfera ou o espaço, como o meio. Os meios de rede são considerados componentes da Camada 1, ou camada física, das redes locais.

Entre as vantagens de se escolher entre um ou outro meio físico estão o custo e a facilidade de instalação. Como desvantagens, podemos citar o comprimento do cabo e a suscetibilidade à interferência.

2.3 Hubs – Veja imagem no google

Os hubs são na realidade repetidores multiporta e na maioria dos casos, a diferença entre os dois dispositivos é o número de portas que cada um oferece. Enquanto um repetidor típico possui apenas duas portas, um hub geralmente possui de quatro a vinte e quatro portas. Os hubs são mais comumente usados em redes Ethernet 10BASE-T ou 100BASE-T.

A figura 2.3 mostra um tipo de hub. A utilização de um hub modifica a topologia da rede de um barramento linear, onde cada dispositivo se liga diretamente a um fio, em uma topologia em estrela. Com os hubs, os dados que chegam através de cabos a uma porta do hub, são repetidos eletricamente em todas as outras portas conectadas ao mesmo segmento da rede, com exceção da porta na qual os dados foram enviados.

Os dispositivos que estão ligados ao hub recebem todo o tráfego que passa pelo hub. Os hubs vêm em três tipos básicos:

passivo: serve apenas de ponto de conexão física. Ele não manipula ou verifica o tráfego que o cruza. Não reforça ou limpa o sinal. Um hub passivo é usado somente para compartilhar os meios físicos. Não necessita de energia elétrica;

ativo: precisa estar ligado a uma tomada elétrica, pois necessita de energia para amplificar o sinal que chega a uma porta antes de passá-lo para as outras portas;

inteligente: às vezes são chamados smart hubs. Esses dispositivos basicamente funcionam como hubs ativos, mas incluem também um chip microprocessador e capacidade de diagnóstico. Os hubs inteligentes são mais caros que os ativos, mas são mais úteis nas situações de resolução de problemas.

2.4 Bridges

Pode ser necessário dividir uma rede local grande em segmentos menores e mais fáceis de serem gerenciados. Isso diminui o tráfego em uma única rede local e pode estender a área geográfica além do que uma única rede local pode suportar. Segue abaixo um exemplo de bridge (figura 2.4).

Os dispositivos usados para conectar os segmentos de uma rede incluem bridges, switches, roteadores e gateways.

Os switches e bridges operam na camada 2 do modelo OSI. A função da bridge é tomar decisões inteligentes sobre repassar ou não os sinais para o próximo segmento de uma rede.

2.5 Comutadores ou switches

Como as bridges, os switches aprendem certas informações sobre os pacotes de dados que são recebidos de vários computadores na rede. Os switches usam essas informações para fazerem tabelas de encaminhamento a fim de determinar o destino dos dados que estão sendo enviados por um computador a outro dentro da rede. Embora haja algumas semelhanças entre os dois, o comutador é um dispositivo mais complexo que a bridge.

Um comutador às vezes é descrito como uma bridge multiporta. Enquanto que uma bridge típica poderá ter apenas duas portas ligando os segmentos da rede, o comutador pode ter várias portas dependendo de quantos segmentos de rede deverão ser ligados.

2.6 Roteadores

São responsáveis pelo roteamento de pacotes de dados desde a origem até o destino dentro da rede local e pelo fornecimento de conectividade à WAN.

Dentro de um ambiente de rede local o roteador bloqueia os broadcasts, fornece serviços de resolução de endereços locais, como ARP e RARP; pode segmentar a rede usando uma estrutura de sub-redes; para proporcionar esses serviços, o roteador precisa estar conectado à rede local e à WAN.

2.7 Placa de Interface de Rede

O papel principal das placas de rede Ethernet é receber os quadros enviados pela camada de Controle de Acesso ao Meio (MAC) e transmitir os dados através do cabeamento da rede. Com isso, a placa de rede é o componente não só responsável pela codificação necessária para a transmissão no meio (cabo metálico ou fibra óptica), mas também pelo uso do protocolo CSMA/CD (TORRES, 2009).

Atualmente o cenário mais comum é o computador possuir uma placa de rede Fast Ethernet (100Mbps) ou Giga Ethernet (1Gbps) embutida diretamente em sua placa-mãe, fazendo com que você não precise instalar uma placa de rede avulsa em seu micro. Algumas placas-mãe topo de linha possuem, inclusive, duas placas de rede embutidas (o uso de duas placas de rede em um mesmo micro permite várias configurações, tais como usar o micro como um servidor Proxy, como um firewall ou como um roteador).

Placas de rede Ethernet avulsas podem usar vários tipos de conectores, dependendo do tipo do cabo a ser usado: BNC: usado por cabo coaxial fino (10Base2) – taxa máxima de transmissão é de 10Mbps, a transmissão é do tipo baseband (banda base ou unicanal) e o cabo são coaxiais com comprimento máximo de 200 metros. Na verdade o comprimento máximo do cabo coaxial fino é de 185 metros; nessa nomenclatura o comprimento máximo foi arredondado; AUI: usado por transceptores externos, como, por exemplo, um transceptor para cabo coaxial grosso (10Base5); 8P8C (RJ-45): usado por cabo par trançado sem blindagem (10BaseT, 100BaseT ou 1000BaseT).

2.8 Comparativo entre os dispositivos de rede

Fizemos um resumo de cada dispositivo de rede, sinalizando suas diferenças (TORRES, 2009).

2.8.1 Repetidores

aumentam a extensão do segmento;

operam na camada 1 (Física) do modelo OSI;

diminuem o desempenho da rede;

os segmentos ligados pelo repetidor fazem parte de um mesmo domínio de colisão;

as chances de o cabeamento estar livre são menores, devido à quantidade de máquinas no mesmo segmento;

colisões serão maiores.

2.8.2 Hubs

funcionam como um repetidor;

flexibilidade de instalação, pois a adição de novas máquinas não paralisa a rede e quando ocorrem problemas com o cabo, apenas a máquina conectada ao cabo problemático perde a conexão com a rede, tornando-se fácil a identificação do cabo defeituoso;

só permitem a operação da rede no modo half-duplex.

2.8.3 Pontes

repetidor inteligente;

operam na camada Link de Dados (camada 2) do modelo OSI;

conseguem ler os campos de endereçamento MAC do quadro de dados;

não replicam para outros segmentos dados que tenham como destino o mesmo segmento da origem.

2.8.4 Switches

determinam vários domínios de colisão, tantos quantos forem os seus números de portas;

operam na camada 2 do modelo OSI;

são pontes, que ao invés de replicar os quadros para todas as suas portas, envia o quadro somente para a porta na qual o micro contendo a placa de rede que tenha o mesmo endereço MAC presente no endereço de destino do quadro;

permitem a operação da rede no modo full-duplex.

Por isso, para aumentar o desempenho da rede o melhor dispositivo é o switch e não o hub.

2.9 Topologia

As redes Ethernet podem usar basicamente dois tipos de topologia: linear (também chamada em barramento), onde todos os micros são ligados a um mesmo cabo (redes usando o cabo coaxial), e em estrela, onde todos os micros são ligados a um dispositivo concentrador (redes usando cabo par trançado ou fibra óptica) (TORRES, 2009).

2.9.1 Topologia Linear
Nesse tipo de topologia todos os micros são ligados fisicamente a um mesmo cabo. Veja nas figuras abaixo, exemplos desta topologia.

O mesmo cabo é utilizado por todas as máquinas, nesta topologia, então enquanto um micro desejar falar, os outros precisam aguardar.

2.9.2 Topologia em Estrela

Na topologia em Estrela todos os micros são conectados através de um periférico, como mostra a figura:


Redes em estrela usando um switch como periférico concentrador estão usando a topologia em estrela tanto em nível físico quanto em nível lógico (TORRES, 2009).

A grande vantagem da topologia em estrela é a sua flexibilidade. Como possui um periférico concentrador, caso um dos cabos da rede se rompa, apenas a comunicação entre o periférico concentrador e a máquina na qual o cabo estava conectado será interrompida; a rede continuará funcionando normalmente, ao contrário do que ocorre na topologia linear usando cabo coaxial (TORRES, 2009).

2.10 Transmissão de dados

As LANs têm um tamanho restrito, o que significa que o pior tempo de transmissão é limitado e conhecido com antecedência. O conhecimento desse limite permite a utilização de determinados tipos de projetos que em outras circunstâncias não seriam possíveis, além de simplificar o gerenciamento da rede (Cisco Networking Academy).

A tecnologia de transmissão das LANs quase sempre consiste em um cabo, ao qual todas as máquinas estão conectadas, como acontece com as linhas telefônicas compartilhadas que eram utilizadas em áreas rurais. As LANs tradicionais funcionam em velocidades de 10Mbps a 100Mbps, têm baixo retardo (microsegundos ou nanosegundos) e cometem pouquíssimos erros. As LANs mais modernas operam em até 10 Gbps.

3. APLICAÇÃO

3.1 Estrutura Real da Rede na Escola

Nosso interesse ao desenvolvermos este trabalho é oferecer uma proposta de cartilha para a implantação de uma rede local em escolas de ensino fundamental para empresas privadas que desejem colaborar no desenvolvimento educacional de crianças e adolescentes, que de outra maneira não teriam esta oportunidade, o que ajudaria a diminuir o índice de exclusão digital, de uma maneira simples e sem a necessidade de equipamentos caros e altamente sofisticados. O presente projeto foi desenvolvido a partir da observação de uma Sala de Tecnologia da Informação em uma escola de ensino fundamental da rede pública, inaugurada por uma empresa privada.

Os alunos que estão acima do 5º ano, utilizam a sala de TI para realizarem pesquisas, os professores abordam temas a serem consultados na Internet e levados à sala de aula, para posterior discussão. E, as crianças da educação infantil, são apresentadas ao ambiente da informática, através de jogos educativos e lições básicas de Windows. Neste panorama, não são necessários equipamentos ou estrutura altamente avançados. A sala possui 10 computadores, com processador Intel Pentium 4, com apenas 256 MB de RAM1, cujo sistema operacional é o Windows XP Professional, Service Pack 3 e MS-Office 2003.

Sugerimos o uso de um software livre como o Linux Ubuntu 11.04, no qual podemos instalar o conjunto de aplicativos do BrOffice, que é gratuito. Isso resolveria também o problema da atualização de programas anti-vírus, já que o Linux é menos vulnerável aos ataques de programas maliciosos, tornando a rede muito mais segura e mais fácil de administrar. Explicaremos a seguir a diferença entre um software proprietário e o livre. Software proprietário ou não livre é aquele cuja cópia, redistribuição ou modificação são em alguma medida restritos pelo seu criador ou distribuidor. A expressão foi cunhada em oposição ao conceito de software livre.

Normalmente, a fim de que se possa utilizar, copiar, ter acesso ao código-fonte ou redistribuir, deve-se solicitar permissão ao proprietário, ou pagar para poder fazê-lo: será necessário, portanto, adquirir uma licença, tradicionalmente onerosa, para cada uma destas ações. Alguns dos mais conhecidos softwares proprietários são o Microsoft Windows, o Microsoft Office, o Real Player, o Adobe Photoshop, o Mac OS, o WinZip, algumas versões do UNIX, entre outros.

Software livre, segundo a definição criada pela Free Software Foundation, é qualquer programa de computador que pode ser usado, copiado, estudado e redistribuído sem restrições. O conceito de livre se opõe ao conceito de software restritivo (software proprietário), mas não ao software que é vendido almejando lucro (software comercial). A maneira usual de distribuição de software livre é anexar a este uma licença de software livre, e tornar o código fonte do programa disponível.

A rede foi projetada com capacidade para 20 computadores, isto é, em cada tomada de rede saem dois cabos, portanto futuramente se forem adquiridos novos computadores, o cabeamento já está preparado. Para o crescimento dessa rede é necessário a troca das mesas, onde hoje ficam os computadores, por bancadas e a estrutura da fiação de energia em calhas elétricas. Os computadores formam uma rede, ligando-se a dois switches 100BASE-T de 8 portas, interconectados de forma empilhada, por meio de cabo UTP cruzado, com conectores RJ-45. Esta rede está conectada à Internet por meio de um cable-modem, que transmite o sinal ao roteador. O modem e o roteador ficam em um mini rack na secretaria da escola.

Há uma divergência de opiniões a respeito do uso de modem a cabo e o ADSL. Existem vantagens e desvantagens no uso das duas tecnologias. Segundo TANENBAUM (2009), ambas utilizam fibra no backbone, mas diferem nas extremidades. O sistema a cabo utiliza cabo coaxial, enquanto o ADSL utiliza o par trançado. Sobre a capacidade efetiva, não se pode fazer afirmações, porém, sabe-se que o sistema a cabo é totalmente dependente da quantidade de usuários que estão acessando a Internet simultaneamente, enquanto que no ADSL, isto não é um problema, já que cada usuário tem conexão dedicada. Esta é a topologia (em estrela) ideal neste caso, pois o switch é um equipamento simples e de baixo custo, atendendo satisfatoriamente às necessidades do laboratório. Por exemplo, quando um segmento da rede apresenta problemas de conectividade, os demais permanecem em funcionamento normal, e muitas vezes este tipo de problema ocorre no laboratório. E da mesma forma, o switch volta a transmitir os pacotes para aquele segmento quando as colisões são eliminadas e outros problemas de conectividades são reparados.

A figura a seguir demonstra como a estrutura lógica da rede se encontra atualmente. A conexão funciona da seguinte forma, dos computadores para os switches utiliza-se o cabo direto (straight-through), de um switch para o outro usa-se o cabo cruzado (cross-over) e entre um switch e o roteador usa-se cabo direto (straight-through).


Vamos prosseguir logo, se Deus quiser.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Artigos, testes, e notícias sobre hardware de PCs. Disponível em: http://www.clubedohardware.com.br. Acesso em 20 Maio de 2011.

BIRKNER, MATTHEW H. Projeto de Interconexão de Redes. Makron Books. 1ed.

Cisco Networking Academy – Cisco Systems. Disponível em: http://cisco.netacad.net. Acesso em: 30 de maio de 2011.

Inclusão Digital. Disponível em: http://www.cdi.org.br/. Acesso em 25 Abril de 2011.

LACERDA, Ivan Max Freire de. Microcomputadores – montagem e manutenção. Rio de Janeiro: Ed. SENAC Nacinal, 2004.

Manuais – Cartilha Urbana. Sistema de Gestão Tecnológica – SIGETEC. Ministério da Educação. Disponível em: http://sip.proinfo.mec.gov.br/upload/manuais/cartilhaurbano_2011.pdf. Acesso em 28 de Maio de 2011.

Servidor Proxy. Disponível em: . Acesso em 17 de Julho de 2011;

Squid e Sarg: Monitorando o acesso à web na sua LAN – Dicas. Disponível em: www.hardware.com.br. Acesso em 15 de Julho de 2011;

TANENBAUM, Andrew. Redes de Computadores. 4ed.

Topologia Barramento Básico. Disponível em:http://www.csolutions.com.br/notastec/Not101/notas101.htm. Acesso em 05 de Julho de 2011.

TORRES, Gabriel. Redes de computadores. Versão Revisada e Atualizada. Nova terra Editora e distribuidora Ltda., 2009.