Protocolo IP e Padrões de Rede

REDES DE COMPUTADORES E SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO João Roberto Ursino da Cruz 2 5 PROTOCOLO IP E PADRÕES DE REDE Apresentação No bloco anterior nós estudamos sobre as redes de computadores corporativas conhecemos os principais conceitos relacionados às redes de longa distância e a forma de gerenciamento Finalizamos falando sobre como os ambientes tecnológicos corporativos influenciam nos projetos de redes de computadores Agora vamos estudar sobre Protocolo IP e padrões de rede depois retomaremos nosso estudo sobre roteadores dando ênfase aos simuladores Finalizaremos estudando um pouco mais sobre comunicação à longa distância CDN e Cisco Cloud Computing Temos certeza de que você sairá mais qualificado do que nunca Mas vamos começar apresentando o que é um protocolo IP Um protocolo IP Internet Protocol é uma especificação para a transmissão de pacotes em uma rede interconectada Ele define como os dados fotos vídeos textos áudios jogos etc são empacotados transportados e entregues em uma rede Todas as redes modernas usam protocolos IP para se comunicarem Imagine que você é um visitante no site da UNISA Como você se sentiria se toda vez que quisesse navegar de uma página para outra tivesse que abrir cada link individual em uma nova guia Ou se você quisesse salvar um arquivo em seu computador teria que copiar e colar o link para o arquivo Nenhum desses cenários é muito fácil não é É aqui que entra o protocolo IP O protocolo IP é a base sobre a qual a WWW World Wide Web é construída É um conjunto de regras que ajudam os computadores a se comunicarem entre si O NSC Network Standards Council é um grupo de engenheiros que projeta e mantém protocolos usados na Internet Um dos protocolos que eles desenvolvem é o TCP Transmission Control Protocol 3 O TCP é usado para transportar dados entre computadores na Internet Ele também estabelece o protocolo usado para a comunicação entre o computador em que você está e o computador que você está tentando acessar Uma das razões pelas quais precisamos do protocolo IP é porque a WWW World Wide Web é global Qualquer pessoa com um navegador da Web pode acessar sites hospedados em servidores em todo o mundo Se cada site usasse um protocolo diferente seria muito difícil para um visitante digamos do Brasil acessar um site hospedado digamos na China O protocolo IP nos ajuda a comunicar uns com os outros nos permitindo usar a mesma linguagem para se comunicar 51 Endereçamento de Internet Protocol IP de máquina e cálculo de endereços IP O que é o IPv6 Considerando a Internet como um conjunto de subredes conectadas entre si via backbones compostos por linhas de grande capacidade de transmissão largura de banda e roteadores muito rápidos o IP é responsável por manter a união da Internet CORMER 2016 O IP endereçamento de protocolo de Internet os endereços IP da máquina são alocados pelo provedor de serviços de Internet ISP a seus clientes Quando um computador conectado à internet solicita um endereço de um servidor ele usa esse esquema de endereçamento O Domain Name System converte nomes de domínio legíveis por humanos em endereços IP legíveis por máquina Cada vez que você abre seu navegador da web e visita qualquer site a URL desse site a sequência de letras no início de sua página da web é convertida automaticamente em um endereço IP para seu computador Figura 51 URL do site da UNISA 4 Um endereço IP é um identificador exclusivo atribuído a cada dispositivo na Internet É um identificador numérico escrito em formato ASCII e composto por 32 bits Funciona como um número de telefone Cada dispositivo na Internet recebe um endereço IP exclusivo É simples de entender não é verdade Vamos explorar agora o IPv6 mas antes precisamos saber o que é o IPv4 para termos uma melhor compreensão sobre o assunto Você sabia que o IPv4 é a quarta versão de protocolos da tecnologia que permite que nossos aparelhos se conectem à internet por PC Mac Smartphones ou outros aparelhos Cada um que estiver online tem um código único para enviar e receber dados de outros que estiverem conectados Mas o IPv4 e o IPv6 funcionam de forma diferente IPv4 é o protocolo atual e está sendo executado na maioria dos dispositivos na Internet O IPv4 atribui endereços fixos a computadores roteadores firewalls e outros dispositivos No entanto o IPv6 está sendo desenvolvido e em breve será o principal protocolo em uso na Internet O IPv6 atribui a cada dispositivo um endereço IP exclusivo No entanto como o IPv4 os dispositivos podem se comunicar entre si usando esses endereços À medida que os endereços IPv4 estão se esgotando o IPv6 é um importante passo à frente Reforçamos que os endereços IP são importantes por vários motivos Eles são usados para localizar dispositivos na Internet rotear tráfego identificar hosts e controlar o acesso à rede Os endereços IP também são usados para segurança e para permitir que os dispositivos sejam diferenciados uns dos outros O cabeçalho do protocolo IPv6 conta com uma quantidade de campos reduzida A seguir são destacados os campos que compõem o cabeçalho e suas respectivas funções Version define o protocolo para que o roteador determine o tipo de pacote correspondente visto que os protocolos IPv4 e IPv6 irão coexistir por algum tempo Traffic class diferencia os requisitos de entrega dos pacotes de dados 5 Flow label utilizado para a configuração de uma pseudoconexão entre a origem e o destino definindo por exemplo uma largura mínima de banda que deve ser considerada para a transmissão dos dados Payload length define o número de bytes que compõem o pacote exceto o cabeçalho que tem um tamanho fixo de 40 bytes Hop limit similar ao campo time to live do protocolo IPv4 com ajustes para a representação fiel ao processo de decrementação Source address endereço de 16 bytes da origem da transmissão esse endereço é representado por oito grupos de quatro dígitos hexadecimais Destination address endereço de 16 bytes do destino da transmissão esse endereço é representado por oito grupos de quatro dígitos hexadecimais 52 Utilizando um roteador Conforme discutimos tópicos anteriores a Internet é um conjunto de redes de computadores que se comunicam entre si O dispositivo de interligação entre as redes é chamado roteador A função de um roteador é receber um pacote de dados verificar seu endereço de destino calcular o próximo salto hop que deixará o pacote de dados mais próximo do seu destino e enviar o pacote de dados para o próximo salto Fonte Autor Figura 52 Exemplo ilustrativo de funcionamento da internet Para que sua função seja executada um roteador depende de dois componentes fundamentais as tabelas de roteamento e os protocolos de roteamento 6 Uma tabela de roteamento armazenada no seu roteador é uma relação de todos os possíveis caminhos até a rede Ao receber os pacotes IP que precisam ser encaminhados para outro local da rede o roteador verifica o endereço IP de destino do pacote de dados e em seguida procura as informações de roteamento na tabela de roteamento Os protocolos de roteamento definem a forma pela qual os pacotes de dados serão roteados e por consequência definem o conteúdo das tabelas de roteamento ROSSI 2021 Existem diferentes simuladores de redes de computadores como por exemplo i o Cisco Packet Tracer ii o NS2 iii o NS3 iv o Castalia v o OMNET e vi o OPNET Figura 53 Interfaces dos Simuladores de Redes Cisco Packet Tracer ANS3 e OMNET Neste tópico iremos focar em apresentar o Cisco Packet Tracer que é sem dúvida nenhuma o simulador mais utilizado por iniciantes em projetos de redes de computadores O Packet Tracer foi desenvolvido pela CISCO Corporation que é a maior empresa de dispositivos de rede da atualidade como parte de sua iniciativa CISCO NETWORKING ACADEMY ou simplesmente NETACAD A NETACAD proporciona de forma gratuita diversas iniciativas para pessoas no mundo inteiro que desejam conhecer mais sobre tecnologia da informação e em especial como usar redes de computadores nesses ambientes No momento em que esse material está sendo produzido a CISCO oferece além do próprio Packet Tracer o autocurso do uso dessa ferramenta e os cursos de introdução da manutenção de redes IOT cibersegurança e outros cursos todos gratuitamente 7 O acesso a curso do uso do Packet Tracer e o download da ferramenta podem ser feitos pelo link httpswwwnetacadcomptbr Já o acesso à inscrição para fazer os demais cursos da formação CISCO incluindo os cursos para certificação CNNA podem ser feitos gratuitamente através da CISCO ACADEMY Universidade Santo Amaro UNISA Figura 54 Interface da CISCO ACADEMY Universidade Santo Amaro UNISA No momento em que você está lendo esta apostila a versão mais atual do Simulador Packet Tracer é a versão 72 mas é possível utilizar suas referências em versões mais antigas com poucos ajustes Figura 55 Interface do Cisco Packet Tracer 72 8 Na interface é possível simular a instalação e configuração dos principais dispositivos de redes cabeadas e redes sem fio além de diversos dispositivos IoT todos os principais cabos de conexão de rede e seus conectores além de simular ações importantes para quem vai configurar um dispositivo real como ligar e desligar o dispositivo resetar uma configuração desconectar cabos com o dispositivo ligado e desligado e principalmente o envio de pacotes de teste para avaliar as configurações feitas Figura 56 Simulação de Projeto de Rede WAN usando o Cisco Packet Tracer As versões mais atuais do Cisco Packet Tracer permitem também a criação de cenários 3D para avaliação da distribuição real de um projeto de rede 9 Figura 57 Simulação de Projeto de Rede LAN em 3D O uso de simuladores hoje não só permite que o especialista em projetos de rede possa antecipar todo o planejamento estratégico de rede de computadores mas compartilhá lo com sua equipe de forma remota o que garante uma visão holística e uma maior agilidade no projeto Outro ponto de destaque no uso de simuladores de software é que eles permitem a alunos nos diversos níveis de ensino e nas formações para certificação profissional poder experimentar de forma segura diversas configurações de redes sem a necessidade da criação de ambientes reais alterados para essas simulações Fonte Shutterstock Figura 58 Ambiente Simulado e Real para o ensino de redes de computadores 10 53 CDN Contend Delivery Network e Cisco Cloud Computing Nuvem Híbrida Privada Uma CDN rede de entrega de conteúdo é uma infraestrutura distribuída em grande escala usada para entregar páginas da web e outros tipos de dados pela Internet Uma CDN auxilia na melhora do desempenho de sites armazenando em cache cópias de conteúdos reduzindo o tempo de resposta e melhorando os tempos de carregamento Ao fazer isso reduz o número de solicitações que precisam ser enviadas do servidor host de um site Benefícios de usar um CDN Melhora o desempenho uma CDN pode auxiliar na melhora do desempenho de um site ou aplicativo armazenando páginas em cache e reduzindo a carga no servidor de origem Aumento do alcance uma CDN pode auxiliar a aumentar o alcance de um site ou aplicativo armazenado em cache Redução dos custos de transferência de dados pode auxiliar a reduzir os custos de transferência de dados associados à entrega de páginas da web aos usuários Criação de uma experiência de usuário mais consistente auxilia a criar uma UX mais consistente Fonte Autor Figura 59 Etapas para pesquisa de um URL com a utilização de uma CDN 11 Agora vamos falar sobre computação em nuvem Tratase de um modelo para permitir o acesso sob demanda a recursos compartilhados pela Internet A computação em nuvem permite que organizações de todos os tamanhos superem muitos desafios comuns como limitações de capacidade e riscos de segurança A nuvem híbrida combina aspectos de nuvens públicas e privadas para fornecer uma combinação ideal de serviços que atendem às necessidades de diferentes negócios ou arquiteturas de TI Uma nuvem privada armazena dados aplicativos atualizações de software e configurações centralmente na rede de uma organização para que possam ser acessados por usuários autorizados de qualquer dispositivo com conectividade à Internet É possível também dizer que computação em nuvem é um termo utilizado para descrever uma forma de trabalhar na qual a infraestrutura de tecnologia para aplicativos e serviços é distribuída por muitos servidores remotos dando a sensação de que a organização esteja no local Além de ser uma forma mais eficiente de usar a tecnologia ela oferece muitos benefícios aos seus usuários e para as organizações que investem nela Atualmente uma organização pode contar três opções de rede em nuvem São elas Nuvem Pública Nuvem Privada Nuvem Híbrida Uma organização pode utilizar qualquer combinação desses tipos de nuvens dependendo das necessidades do seu negócio Vamos conhecer cada uma delas a seguir Nuvem Pública está disponível para qualquer usuário que queira usála É uma boa opção para as organizações que precisam compartilhar dados com outras organizações que precisam disponibilizar seus dados para muitos usuários 12 Nuvem Privada esse é o tipo de nuvem mais seguro pois todos os dados e aplicativos ficam armazenados nos próprios servidores da organização É excelente para as organizações que precisam manter seus dados confidenciais ou que precisam de um alto nível de controle sobre seus dados Nuvem Híbrida é uma mistura dos dois tipos de nuvens Pública e Privada É uma boa solução se a organização quiser usar as vantagens de ambos os tipos de nuvens ou seja Nuvem Pública para segurança e Nuvens Privadas para flexibilidade Existem vários tipos diferentes de nuvens cada uma com suas próprias vantagens e desvantagens As organizações devem decidir qual tipo de nuvem é melhor para elas antes de configurar seu ambiente de computação em nuvem Conclusão Neste bloco estudamos sobre Protocolo IP e padrões de redes conteúdos que vão nos acompanhar durante a nossa rotina na área de tecnologia O que precisamos sempre levar em consideração para este bloco são as principais tendências como o IPv6 que vem escalonando no mercado e os simuladores que podemos utilizar em nosso cotidiano tanto como profissionais autônomos quanto como empregados A facilidade que a tecnologia impõe jamais irá retroceder Visando ao retrospecto do bloco o principal simulador de redes de computadores que temos disponível no mercado atualmente é o Cisco Packet Tracer Com o aprendizado dele você poderá realizar projetos mais rápidos e assertivos diminuindo o tempo e custo dos projetos sempre visando ao aumento do lucro E para fecharmos podemos concluir que nas tecnologias de conexão CDN e Cisco Cloud Computing é extremamente vital utilizar de maneira ágil e assertiva visando principalmente à segurança e à locomoção A computação em nuvem está em crescimento exponencial e com ela novas tendências vêm surgindo 13 REFERÊNCIAS ARAUJO R B de Computação ubíqua princípios tecnologias e desafios In Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores 21 2003 Anais 2003 p 1113 CALÔBA G KLAES M Gerenciamento de projetos com PDCA 1 ed Rio de Janeiro Alta Book 2018 CISCO Systems Como funciona um roteador Disponível em httpswwwciscocomcptbrsolutionssmallbusinessresource centernetworkinghowdoesarouterworkhtml Acesso em 16 jun 2022 COMER D E Redes de computadores e internet Porto Alegre Bookman 2016 e book DIAS K L SILVA D dos P CISCO PACKET TRACER Apostila Centro de Informática Disponível em Universidade Federal do Pernambuco Disponível em httpsdocenteifrnedubrjeffersonduartedisciplinasredesdecomputadorese aplicacoesaulastutorialsobreociscopackettracerview Acesso em 15 jun 2022 FOROUZAN B A Comunicação de dados e redes de computadores Porto Alegre Bookman 2010 ebook KASPERSKY O que é endereço IP definição e explicação Disponível em httpswwwkasperskycombrresourcecenterdefinitionswhatisanipaddress Acesso em 14 jun 2022 MICROSOFT Endereçamento IPv6 Disponível em httpsdocsmicrosoftcompt brdotnetframeworknetworkprogrammingipv6addressing Acesso em 15 jun 2022 ROSSI L Redes de computadores e sistemas distribuídos UNISA Universidade Santo Amaro 2021 14 ROVERE R Packet Tracer Atualizado Versão 71 Disponível em httpsciscoredescombr20171025packettraceratualizadoversao71 Acesso em 15 jun 2022 TANENBAUM A S WETHERALL D Redes de computadores 5 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2011 VIDAL A G R Sistemas Computacionais Notas de Aula São Paulo FEAUSP 2013 WHITE C Redes de computadores e comunicação de dados Sao Paulo Cengage Learning 2012 Ebook WU M Y WiFi community area networks enable a connected community Proceedings of the IEEE 6th Circuits and Systems Symposium on Emerging Technologies Frontiers of Mobile and Wireless Communication IEEE Cat No04EX710 2004