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quinta-feira, 24 de setembro de 2015

FUncionamento do protocolo UDP

UDP significa User Datagram Protocol, assim como o TCP (ver esse artigo), ele atua sobre o IP e é um protocolo da camada de transporte, mas com a notória diferença de ter um cabeçalho bem menor, e ao contrário do TCP, não oferece orientação à conexão e mais nenhum outro recurso oferecido pelo TCP, fazendo com que o UDP seja totalmente informal comparado ao TCP, um tanto parecido com uma brincadeira de telefone sem fio onde as palavras podem chegar no ouvido da ultima pessoa distorcidas e fora de ordem.
Como acontece no TCP, um servidor UDP pode ter várias aplicações UDP, necessitando diferenciar o ponto de conexão para cada aplicação diferente através de PORTAS diferentes.


Cabeçalho UDP
Offsets Octeto 0 1 2 3
0 Source port Destination port
4 Length Checksum







Source port / porta remetente:
Define o número da porta de quem está enviando o pacote.

Destination port / porta destinatária:
Define o número da porat de quem está a receber o pacote,


Length / Comprimento:
Especifica o comprimento do datagrama UDP (cabeçalho e dados), o tamanho mínimo é de 8 bytes, por causa do cabeçalho, o máximo teórico é de 2 elevado a (2x8), ou seja, 64KBytes.


Aplicações mais comuns do UDP:
Transmissão ao vivo de rádio e televisão
Tranmissão de áudio e vídeo via Skype e Facebook.

quarta-feira, 27 de maio de 2015

Roteador IP - Funcionamento

A função do roteador como já foi mostrado no artigo sobre funcionamento da internet, é interligar redes internas à redes externas, ele possui portas para redes internas e portas para redes externas, o conhecimento sobre a externalidade ou internalidade se dá pelo endereçamento IP. A animação abaixo mostra o funcionamento básico do roteador. Computer -> Computador, IP Packet -> Pacote IP, Router -> Roteador.



Mas se um computador na rede externa envia pacote direcionado ao IP da porta do roteador que se encontra na rede externa, como é que um computador destino recebe o pacote na rede interna? E como o roteador do Google sabe qual o computador da rede interna que deve receber requisições pela porta 80?
A resposta é o NAT, Network Address Translation, que opera somente por TCP ou UDP pelo fato de utilizar portas de conexão (assunto explicado melhor no artigo sobre TCP e UDP) como base de funcionamento.
Como a explicação sobre o NAT é um pouco extensa, um artigo (futuro) será dedicado somente para esse dispositivo.

quarta-feira, 6 de maio de 2015

Endereçamento IPv4

Esse artigo aborda preliminarmente o conceito de protocolo ARP e mais extensamente como a máscara de sub-rede atua.

Foi visto no artigo sobre protocolo IPv4 que os computadores utilizam endereço IP como credencial para poder se identificar e se comunicar, foi visto no artigo sobre switches e sobre o que é a Internet, que os computadores utilizam a rede interna para se comunicar entre si e até para acessar a Internet.
Mas como um computador saber que determinado IP destinatário ou remetente pertence ou não à rede interna (seu escritório ou casa) ou externa (possivelmente a Internet)?
O que o computador faz quando ele sabe que determinado IP destino faz parte de uma rede externa e ele quer enviar dados para o computador com esse IP externo?
A resposta está na máscara de sub-rede, um registro que o computador tem do quanto o endereço do IP destino ou remetente deve ser parecido com o dele para ser considerado o IP de uma máquina da mesma rede.

A máscara permite um computador saber que o IP do site do google.com por exemplo é diferente do dele, fazendo com que ele envie o pacote para a porta Ethernet interna do roteador para o roteador enviar o pacote para a porta externa (Internet).
O computador sabe o endereço MAC (descrito no artigo sobre Switch) da porta Ethernet interna do roteador para poder enviar um pacote IP para ele, mas como? É nessa hora que o protocolo ARP atua, o computador que não conhece o endereço MAC (é bom relembrar que o MAC é uma credencial utilizada para se comunicar na rede interna) envia pacotes ARP para toda a rede interna perguntando o endereço MAC de quem possui o IP de porta interna de roteador (essa porta interna é também chamada de Gateway, que significa portão, no caso um portão para o mundo externo, o mundo da Internet), quem possuir esse IP, retorna um pacote ARP com destino à máquina que fez o questionamento, como o ARP estará encapsulado em um quadro Ethernet contendo endereço MAC como remetente, a questão estará respondida.
E como a máscara de sub-rede funciona exatamente?

A máscara de sub-rede possui o mesmo tamanho de um endereço IP, são 4 octetos, ou seja, 4 campos com 8 bits (logo, 2 elevado a 8 ou 256 possibilidades em cada octeto), se um bit de uma determinada posição for 1 (valor binário um), nesta mesma posição o bit do IP de outro computador deve ser igual da máquina com esta máscara de sub-rede, é recomendável uso de calculadora para converter decimal em Binário (o Windows possuiu uma, é só abrir a calculadora e ativar o modo programador), nos exemplos abaixo os bits 1 da máscara e os bits iguais dos IPs diferentes de cada comparação entre dois computadores diferentes está marcada em vermelho e os que devem ser iguais estão em verde,  para facilitar o entendimento:


decimal
binário
Máscara de sub-rede computador do Renato
255.255.254.0
11111111.11111111.11111110.00000000
IP do computador do Renato
192.168.0.3
10100010.10101000.00000000.00000011
IP do computador do Márcio
192.168.3.7
10100010.10101000.00000011.00000111
Computador do Renato considera o do Márcio como sendo da mesma rede?
Não, veja que o sétimo bit do terceiro octeto não é igual para os dois IPs, como manda a mascara de subrede.



decimal
binário
Máscara de sub-rede computador do Jorge
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
IP do computador do Jorge
192.168.0.3
10100010.10101000.00000000.00000011
IP do computador do Lucas
192.168.0.7
10100010.10101000.00000000.00000111
Computador do Jorge considera o do Márcio como sendo da mesma rede?
Sim, para todas as posições marcadas pelos bits 1 da máscara os dois IPs são iguais

O caso mais comum em que um computador percebe que outro faz parte de outra rede é quando há diferença entre localidade das redes, e o caso mais comum pra isso acontecer, é uma rede ser interna e a outra ser externa voltada para o provedor (que conecta à internet), como por exemplo:


decimal
binário
Máscara de sub-rede computador do Renato
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.00000000
IP do computador do Renato (Rede Interna)
192.168.0.3
10100010.10101000.00000000.00000011
IP do Google.com
216.58.219.100
11011000.00111010.11011011.01100100
Computador do Renato considera o do Márcio como sendo da mesma rede?
Não, novamente há vários bits diferentes nas posições marcadas pela máscara, agora perceba também todos os 3 primeiros octetos pertencem a redes diferentes.


quarta-feira, 29 de abril de 2015

Roteador IP - Introdução

Um roteador é um aparelho de redes de computadores que trabalha a nível 3 da camada OSI/ISO (Rede), utilizando o protocolo IP (explicado aqui), é por isso que o roteador é capaz de conectar máquinas de redes distintas, essa função faz do roteador o aparelho que torna a internet possível de existir.

A maioria dos roteadores são domésticos e possuem apenas duas portas de roteador, e estão embutidos em um aparelho híbrido, hoje em dia esse aparelho híbrido é um modem+roteador+switch+AP Wifi. Em um aparelho híbrido moderno doméstico uma das portas é ligada a um switch (clique aqui pra entender esse termo), logo esta porta representa a rede interna do local, a outra porta é conectada ao modem interno do aparelho como a função do modem é se conectar a internet, que é a rede externa, essa outra porta representa a internet.

Veja uma foto de um aparelho desses com as partes supracitadas destacadas:




sábado, 18 de abril de 2015

Protocolo IP (internet protocol) (IPv4)

O Internet Protocol como foi dito NESSE ARTIGO, é um protocolo da camada de redes.

O protocolo de InterRedes ou Internet Protocol, como é conhecido, é um dos protocolos de redes de computadores mais baixo entre os responsáveis por permitir comunicações entre redes diferentes (daí o nome Inter Net Protocol), é análoga ao conceito de “Internacional”, não coincidentemente causou um aumento nos relacionamentos internacionais também.

O protocolo IP versão 4 (IPV4) praticamente definiu a internet em meados da década de 1990 e está muito aos poucos entrando em desuso em alguns setores de algumas corporações (o motivo você verá ao estudar o cabeçalho IP abaixo), sendo substituído pelo IPV6 gradualmente.

Cada computador dentro de uma rede possuiu uma credencial para se comunicar através desse protocolo, chamada IP, detalhes sobre o cabeçalho do protocolo, incluindo o endereço IP estão incluídos na tabela abaixo: 

Cabeçalho do IPV4
Offsets
Octeto
0
1
2
3



0
0
Version
IHL
DSCP
ECN
Total Length
4
32
Identification
Flags
Fragment Offset
8
64
Time To Live
Protocol
Header Checksum
12
96
Source IP Address
16
128
Destination IP Address
20
160
Options (if IHL > 5)

Version (Versão):

- O primeiro campo de cabeçalho do pacote IP

IHL (Internet Header Lenght/ Comprimento do cabeçalho Internet):
- Determina o tamanho do cabeçalho, valor mínimo = 5 bytes  (5*32bits), valor máximo = 15 bytes (15*32bits).

DSCP (Differentiated Services Code Point):
- Originalmente chamado de Type of Service (tipo de serviço), serve para informar os receptores do pacote sobre do que se trata a transmissão (voz, prioritário, crítico) para que servidores e roteadores tomem decisões melhores sobre o que fazer com o pacote.

Total Lenght (Tamanho Total):

- Um campo de 16 bits que define o tamanho total do pacote (ou fragmento de pacote) incluindo dados e cabeçalho, em bytes, o tamanho mínimo de um pacote seria 20 bytes (cabeçalho mais nenhum dado), o máximo seria 2 elevado à 16 bytes (64k bytes).
Identification (identificação):
- Costuma ser usado para identificar de forma única grupos de fragmentos de um datagrama IP,

Flags (bandeiras, sinalização):
- É um campo de 3 bits utilizado para identificar os controlar fragmentos, do mais significativo pro menos significativo:
-- Bit 0: Reservador (deve ser zero)
-- Bit 1: Não fragmente
-- Bit 2: Mais fragmentos

Fragment offset (posição em bits, de determinado fragmento em relação ao fragmento inicial)
- O primeiro fragmento possui zero neste campo, como o campo pussui 13 bits, permitindo que um fragmento tenha 2 elevado a 13, multiplicado por 8 bytes.

Time to Live (TTL, tempo de vida):
- Tempo de vida de um pacote, usado pra evitar que o pacote fique circulando depois de muito tempo de transmissão.

Protocol (Protocolo usado):
- Define protocolo sobre IP utilizado, normalmente o TCP ou o UDP.

Header Checksum (Somatório de bits para checagem de erro de transmissão):
- É um campo de 16 bits de complemento de 1 da soma de todas as palavras de 16 bits no cabeçalho.
 Nesse ARTIGO é explicado como é feito esse complemento de 1.

Source Address (Endereço do remetente):
- Contém o endereço IP do remetente, 32 bits.

Destination Address (Endereço do distinatário):
- Contém o endereço IP do destinatário, 32 bits.

Options:

- Não é muito utilizado.

domingo, 15 de fevereiro de 2015

Camadas de rede (OSI/ISO)

As camadas de rede são divididas em vários níveis, quanto mais alto mais distante da linguagem de hardware uma camada é, elas são divididas de modo hierárquico, sendo que cada camada superior recebe dados de uma inferior em um download e cada camada inferior recebe dados de uma superior num upload. Apresento-lhes as camadas de rede no padrão OSI/ISO.

      1-  Camada física:

A camada física é responsável por administrar as grandezas físicas do sinal, principalmente a potência, amplitude e frequência e meio de transmissão.
Hoje em dia os exemplos mais comuns são os padrões  100Base-TX e 1000Base-TX para transmissão de sinal através de cabos UTP e 802.11g e 802.11n para transmissões wireless.

      2- Camada de enlace:

É a camada mais baixa a trabalhar com dados em forma digital, isso faz dela o principal portão e fiscal do fluxo de bits entre sua máquina e a rede local, supervisionando, manipulando  e descartando bits quando julga necessário.
O protocolo de camada de enlace mais conhecido hoje em dia é o Ethernet.

      3- Camada de rede:

Costuma ser a camada mais baixa a operar a nível de software, ou seja, computacional, fazendo com que máquinas inteligentes como PCs, Notebooks, celulares sejam capazes de implementar uma infinidade de protocolos nesse nível para todo tipo de finalidade, e conectividade (permite que computadores de redes diferentes se comuniquem).
Sendo uma camada implementada por software, ela é capaz de interpretar e manipular os bits recebidos através de processamento de dados, verificando se estes estão válidos ou corrompidos, consegue particionar a janela de transmissão de bits e estabelecer regras e rótulos para transferência.
Finalmente, possui a notável capacidade de fazer com que computadores de redes diferentes possam se comunicar. O protocolo de camada de rede IP (Internet Protocol) por exemplo, praticamente definiu o conceito de Internet.

      4- Camada de transporte:

Este nível logo acima da camada de rede introduz o conceito de “portas”, e orientação à conexão, as portas são implementadas pelo sistema operacional para que os programas abertos no sistema operacional possam utilizar o a camada de rede para se comunicar, e realmente funcionam como portas, são normalmente abertas por programas que pedem essa abertura ao sistema operacional, e funcionam como um endereço destinatário dentro do sistema operacional, o destino será o programa que está esperando chegar a correspondência de dados em forma de pacote de camada de rede. Os protocolos mais utilizados nessa camada são o TCP (Transfer Control Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol).

      5- Camada de Sessão:

São as políticas de estabelecimento da sessão, implementadas pelo software aplicativo que está a se comunicar com a rede, eu particularmente não concordo em chamar isso de camada.

      6- Camada de Apresentação:

Acho preferível suprimir o conceito sobre essa camada.

      7- Camada de Aplicação:

É o protocolo utilizado pelo software aplicativo para receber e enviar dados e está em função do tipo de aplicação. Por exemplo, temos o protocolo HTTP para enviar e receber dados ao acessar um site na internet, FTP para realizar downloads e uploads em servidores FTP, POP3 para receber email no Outlook da Microsoft, o Skype tem seu próprio protocolo de aplicação para se comunicar com a rede Skype, assim como Whatsapp por exemplo.

Abaixo segue um exemplo prático ilustrado de um email transitando pelo cabo de rede até chegar ao navegador Google Chrome:




segunda-feira, 9 de fevereiro de 2015

Switches ethernet - funcionamento

Como já foi dito, a função principal do switch é interligar dispositivos computacionais em uma rede local e ele trabalha em nível 2 (enlace).

As correspondências que os switches são encarregados de transportar, são chamadas de quadros ethernet, o switch segue várias etapas operacionais baseadas em um algoritmo que leva em conta o conteúdo da tabela CAM (content addressable memory) de sua memória e o tráfego de quadros em cada porta do aparelho, a tabela CAM associa portas com endereços MAC, seria mais ou menos assim:

Porta
Endereço MAC
1
XX:XX:XX:XX:XX:XX
1
YY:YY:YY:YY:YY:YY
2
ZZ:ZZ:ZZ:ZZ:ZZ:ZZ
...
... ... ... ... ... ... ...




quarta-feira, 28 de janeiro de 2015

Switches ethernet - Padrões de velocidade

Para entender o que é um switch, clique aqui


Os switches podem ser encontrados em velocidades variadas no caso de switches residenciais ou até mesmo mistas no caso de switches corporativos, como por exemplo, um switch com 16 portas 10/100 mais uma porta 10/100/100.

As velocidades mais comuns são de 10, 100 e 1000 Megabits/s, os switches com portas de 10 Megabits estão entrando em esquecimento devido ao aumento crescente da demanda por fluxo de dados, os switches de 1000 Megabits estão ganhando popularidade devido ao fato de já existirem planos de internet até mesmo residenciais de mais de 100 Mbits/s (clique aqui para entender os termos bits e bytes).

As velocidades máximas estão em função do padrão do switch, da quantidade de pares de par trançado presentes no(s) cabo(s) utilizado(s) ligados ponto-a-ponto do switch ao(s) dispositivo(s) final(is) em questão, qualidade do cabo (categoria), e comprimento do mesmo, como mostra as tabelas abaixo: 

Padrão ethernet
Velocidade máxima
10Base-T Ethernet (IEEE 802.3)
10 Mbits/s
Fast Ethernet (IEEE 802.3u)
10/100 Mbits/s
Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z)
10/100/1000 Mbits/s
10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae)
10.000 Mbits/s



Tipo de cabo
Comprimento máximo
Velocidade Máxima
Cabo UTP cats 4/5/5e/6 de 2 pares
100 metros
100 Mbits/s
Cabo UTP cats 5e/6/ de 4 pares
100 metros cat5e/
250 metros cat6
1.000 Mbits/s
Cabo AUI (padrão diferente do UTP)
7/15 metros (depende to tipo)
10.000 Mbits/s

A velocidade da conexão (enlace):

Como já foi dito na primeira parte desse artigo, um dispositivo computacional precisa de um adaptador para se conectar a outro dispositivo.

Para facilitar o entendimento vamos a um exemplo prático, supondo que você deseja ligar seus dois computadores à duas  das portas do seu aparelho de rede híbrido (modem, roteador, switch, AP Wi-Fi) que seu provedor te disponibilizou para que os dois computadores troquem dados entre eles e entre a internet (clique aqui para saber como funciona a internet), o aparelho de rede possui 4 portas LAN na traseira, os computadores estão cada um a 10 metros do aparelho em questão, você leu o manual do aparelho na internet depois de pesquisar no Google o modelo do mesmo e descobriu que ele trabalha com até 1 Gigabit/s de velocidade, e você descobriu também que seus computadores possuem adaptadores de rede 100MBits/s, você dispõe de 2 cabos ethernet cat5e de 20 metros cada um.

Cat5e de 20 metros (respeita o limite de 100 metros) – limite de velocidade: 1.000 Mbits/s
Switch de 100Mbits – Limite de velocidade cai 100 Mbits/s
Adaptadores de 1.000Mbits – Limite de velocidade na rede dos computadores continua 100  Mbits/s

A parte da topologia que nos interessa é a ilustrada na imagem abaixo, veja que há um gargalo criado pelo switch limitando a velocidade final ponto-a-ponto entre o computador de mesa e o notebook:



Resultado: A velocidade de conexão dos computadores em questão com o switch será de 100 Mbits/s logo a conexão entre as duas máquinas será de 100 Mbits/s, essa é a velocidade máxima com que o computador de mesa e o laptop podem se comunicar, caso o laptop e o PC estivessem ligados diretamente um ao outro, não haveria o gargalo de 100 Mbits, e teríamos uma conexão de 1.000 Mbits.