Rede de computadores
Em ciência da computação, engenharia de computação e telecomunicações, uma rede é um grupo de computadores e periféricos que se comunicam, conhecidos como hosts (hospedeiros), que comunicam dados a outros hosts por meio de protocolos de comunicação, facilitados por hardware de rede.
Primeiras origens (1940 – década de 1960)
Em 1940, George Stibitz dos Bell Labs conectou um teletipo em Dartmouth a um computador dos Bell Labs que executava sua Calculadora de Números Complexos para demonstrar o uso de computadores à longa distância. Este foi o primeiro uso remoto e em tempo real de uma máquina de computação. No final da década de 1950, uma rede de computadores foi construída para o sistema de radar militar dos EUA Semi-Automatic Ground Environment (SAGE) utilizando o modem Bell 101. Esse foi o primeiro modem comercial para computadores, lançado pela AT&T Corporation em 1958. O modem permitia que dados digitais fossem transmitidos por linhas telefônicas comuns não condicionadas a uma velocidade de 110 bits por segundo (bit/s).
ARPANET (1969 – 1974)
Em 1962 e 1963, J. C. R. Licklider enviou uma série de memorandos a colegas de escritório discutindo o conceito da "Rede de Computadores Intergaláctica", uma rede de computadores destinada a permitir comunicações gerais entre usuários de computadores. Isso acabou se tornando a base para a ARPANET, criada em 1969. Naquele ano, os quatro primeiros nós da ARPANET foram conectados usando circuitos de 50 kbit/s entre a Universidade da Califórnia em Los Angeles (UCLA), o Stanford Research Institute (SRI), a Universidade da Califórnia em Santa Bárbara (UCSB) e a Universidade de Utah. Projetada principalmente por Bob Kahn, o roteamento, controle de fluxo, design de software e controle de rede da infraestrutura foram desenvolvidos pela equipe do IMP que trabalhava para a Bolt Beranek & Newman (BBN).
A Internet (1974 – presente)
Em 1974, Vint Cerf e Bob Kahn publicaram seu artigo seminal de 1974 sobre interconexão de redes, A Protocol for Packet Network Intercommunication. No final daquele ano, Cerf, Yogen Dalal e Carl Sunshine escreveram a primeira especificação do Transmission Control Protocol (TCP), RFC 675, cunhando o termo Internet como uma abreviação para "internetworking" (interconexão de redes). Em julho de 1976, Metcalfe e Boggs publicaram seu artigo "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" e, em dezembro de 1977, juntamente com Butler Lampson e Charles P. Thacker, receberam a patente Patente E.U.A. 4 063 220A por sua invenção. Em 1976, John Murphy da Datapoint Corporation criou a ARCNET, uma rede de passagem de token usada pela primeira vez para compartilhar dispositivos de armazenamento. Em 1979, Robert Metcalfe buscou tornar a Ethernet um padrão aberto. Em 1980, a Ethernet foi atualizada do protocolo original de 2,94 Mbit/s para o protocolo de 10 Mbit/s, desenvolvido por Ron Crane, Bob Garner, Roy Ogus, Hal Murray, Dave Redell e Yogen Dalal. Em 1986, a National Science Foundation (NSF) lançou a National Science Foundation Network (NSFNET) como uma rede de pesquisa de propósito geral, conectando vários locais financiados pela NSF entre si e a redes regionais de pesquisa e educação.
Uso comercial
Em 1960, o sistema comercial de reservas de passagens aéreas semi-automatic business research environment (SABRE) entrou em operação com dois mainframes conectados. Em 1965, a Western Electric introduziu o primeiro comutador telefônico amplamente utilizado que implementava controle por computador na estrutura de comutação. Em 1972, serviços comerciais foram implantados pela primeira vez em redes de dados públicas experimentais na Europa. As redes de dados públicas na Europa, América do Norte e Japão começaram a usar X.25 no final da década de 1970 e se interconectaram com X.75. Essa infraestrutura subjacente foi usada para expandir as redes TCP/IP na década de 1980. Em 1977, a primeira rede de fibra de longa distância foi implantada pela GTE em Long Beach, Califórnia.
Links de rede
Os meios de transmissão usados para interligar dispositivos e formar uma rede de computadores incluem cabo elétrico, fibra óptica e comunicação óptica em espaço livre. No modelo OSI, o software para lidar com os meios é definido nas camadas 1 e 2 — a camada física e a camada de enlace de dados. Exemplos comuns de tecnologias de rede incluem: As seguintes classes de tecnologias cabeadas são usadas em redes de computadores. As conexões de rede podem ser estabelecidas sem fio usando rádio ou outros meios eletromagnéticos de comunicação. Os dois últimos casos apresentam um grande atraso de ida e volta (RTT), o que resulta em uma comunicação bidirecional lenta, mas não impede o envio de grandes quantidades de informação (podem ter alto throughput).
Nós de rede
Além de qualquer meio de transmissão físico, as redes são construídas a partir de blocos básicos de sistema adicionais, como controladores de interface de rede, repetidores, hubs, pontes, switches, roteadores, modems e firewalls. Qualquer equipamento específico frequentemente conterá múltiplos blocos e, portanto, pode desempenhar múltiplas funções. Um controlador de interface de rede (NIC ou placa de rede) é um hardware de computador que conecta o computador ao meio de rede e tem a capacidade de processar informações de rede de baixo nível. Por exemplo, a placa de rede pode ter um conector para plugar um cabo, ou uma antena para transmissão e recepção sem fio, além do circuito associado.
Protocolos
Um protocolo de comunicação é um conjunto de regras para a troca de informações em uma rede. Os protocolos de comunicação têm várias características, como serem orientados a conexão ou sem conexão, ou usar comutação de circuitos ou comutação de pacotes. Em uma pilha de protocolos, frequentemente construída conforme o modelo OSI, as funções de comunicação são divididas em camadas de protocolo, onde cada camada aproveita os serviços da camada abaixo dela até que a camada mais baixa controle o hardware que envia as informações através dos meios. O uso de camadas de protocolo é onipresente no campo das redes de computadores. Um exemplo importante de uma pilha de protocolos é o HTTP, o protocolo da World Wide Web. O HTTP roda sobre o TCP sobre o IP, os protocolos da Internet, que por sua vez rodam sobre o IEEE 802.11, o protocolo Wi-Fi. Essa pilha é usada entre um roteador sem fio e um computador pessoal ao acessar a web.
Pacotes
A maioria das redes de computadores modernas utiliza protocolos baseados na transmissão em modo de pacote. Um pacote de rede é uma unidade formatada de dados transportada por uma rede de comutação de pacotes. Os pacotes consistem em dois tipos de dados: informações de controle e dados do usuário (payload). As informações de controle fornecem os dados que a rede precisa para entregar os dados do usuário, por exemplo, endereços de rede de origem e destino, códigos de detecção de erros e informações de sequenciamento. Tipicamente, as informações de controle são encontradas nos cabeçalhos e rodapés dos pacotes, com os dados de carga útil no meio.
Protocolos comuns
O conjunto de protocolos da Internet, também chamado de TCP/IP, é a base de todas as redes modernas. Ele oferece serviços sem conexão e orientados a conexão em uma rede inerentemente não confiável, percorrida por transmissão de datagramas usando o protocolo de Internet (IP). Em seu núcleo, o conjunto de protocolos define as especificações de endereçamento, identificação e roteamento para o Internet Protocol Versão 4 (IPv4) e para o IPv6, a próxima geração do protocolo com uma capacidade de endereçamento muito ampliada. O conjunto de protocolos da Internet é o conjunto definidor de protocolos para a Internet. IEEE 802 é uma família de padrões IEEE que trata de redes locais e redes metropolitanas. O conjunto completo de protocolos IEEE 802 fornece um conjunto diversificado de capacidades de rede. Os protocolos possuem um esquema de endereçamento plano. Eles operam principalmente nas camadas 1 e 2 do modelo OSI.
Roteamento
Roteamento é o processo de selecionar caminhos de rede para transportar o tráfego. O roteamento é realizado para muitos tipos de redes, incluindo redes de comutação de circuitos e redes de comutação de pacotes. Em redes de comutação de pacotes, os protocolos de roteamento direcionam o encaminhamento de pacotes através de nós intermediários. Os nós intermediários são tipicamente dispositivos de hardware de rede, como roteadores, pontes, gateways, firewalls ou switches. Computadores de propósito geral também podem encaminhar pacotes e realizar roteamento, embora, por não possuírem hardware especializado, possam oferecer desempenho limitado. O processo de roteamento direciona o encaminhamento com base em tabelas de roteamento, que mantêm um registro das rotas para vários destinos de rede. A maioria dos algoritmos de roteamento usa apenas um caminho de rede por vez. Técnicas de roteamento de múltiplos caminhos permitem o uso de múltiplos caminhos alternativos.
Topologia
As localizações físicas ou geográficas dos nós e links de rede geralmente têm relativamente pouco efeito em uma rede, mas a topologia das interconexões de uma rede pode afetar significativamente seu rendimento (throughput) e confiabilidade. Com muitas tecnologias, como redes em barramento ou estrela, uma única falha pode fazer com que a rede falhe inteiramente. Em geral, quanto mais interconexões houver, mais robusta será a rede; mas mais caro será instalá-la. Portanto, a maioria dos diagramas de rede é organizada por sua topologia de rede, que é o mapa das interconexões lógicas dos hosts da rede. O layout físico dos nós em uma rede pode não refletir necessariamente a topologia da rede. Como exemplo, com a FDDI, a topologia da rede é um anel, mas a topologia física é frequentemente uma estrela, porque todas as conexões vizinhas podem ser roteadas através de um local físico central. O layout físico não é completamente irrelevante, no entanto, pois dutos e locais de equipamentos comuns podem representar pontos únicos de falha devido a problemas como incêndios, falhas de energia e inundações.
Escala
As redes podem ser caracterizadas por muitas propriedades ou recursos, como capacidade física, propósito organizacional, autorização de usuário, direitos de acesso e outros. Outro método de classificação distinto é o da extensão física ou escala geográfica. Uma rede em nanoescala possui componentes principais implementados em nanoescala, incluindo portadores de mensagens, e aproveita princípios físicos que diferem dos mecanismos de comunicação em macroescala. A comunicação em nanoescala estende a comunicação a sensores e atuadores muito pequenos, como os encontrados em sistemas biológicos, e também tende a operar em ambientes que seriam muito hostis para outras técnicas de comunicação.
Escopo
Uma intranet é uma comunidade de interesse sob administração privada, geralmente por uma empresa, e é acessível apenas por usuários autorizados (ex: funcionários). As intranets não precisam estar conectadas à Internet, mas geralmente possuem uma conexão limitada. Uma extranet é uma extensão de uma intranet que permite comunicações seguras para usuários fora da intranet (ex: parceiros de negócios, clientes). As redes são tipicamente gerenciadas pelas organizações que as possuem. Redes corporativas privadas podem usar uma combinação de intranets e extranets. Elas também podem fornecer acesso de rede à Internet, que não possui um proprietário único e permite conectividade global virtualmente ilimitada.
Serviços de rede são aplicativos hospedados por servidores em uma rede de computadores para fornecer alguma funcionalidade para membros ou usuários da rede, ou para ajudar a própria rede a operar. A World Wide Web, o E-mail, impressão e o compartilhamento de arquivos em rede são exemplos de serviços de rede bem conhecidos. Serviços de rede como o Domain Name System (DNS) fornecem nomes para endereços IP e MAC (as pessoas lembram melhor de nomes como nm.lan do que números como 210.121.67.18), e o Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) para garantir que o equipamento na rede tenha um endereço IP válido. Os serviços baseiam-se geralmente num protocolo de serviço que define o formato e o sequenciamento de mensagens entre clientes e servidores desse serviço de rede.
Largura de banda
A largura de banda em bit/s pode referir-se à largura de banda consumida, correspondendo ao throughput (vazão) ou goodput alcançado, ou seja, a taxa média de transferência de dados bem-sucedida através de um caminho de comunicação. O rendimento é afetado por processos como formatação de largura de banda, gerenciamento de largura de banda, limitação de largura de banda, teto de largura de banda e alocação de largura de banda (usando, por exemplo, protocolo de alocação de largura de banda e alocação dinâmica de largura de banda).
Atraso de rede
O atraso de rede (network delay) é uma característica de projeto e desempenho de uma rede de telecomunicações. Ele especifica a latência para que um bit de dados percorra a rede de um ponto de extremidade de comunicação a outro. O atraso pode diferir ligeiramente dependendo da localização do par específico de pontos de extremidade. Os engenheiros geralmente relatam tanto o atraso máximo quanto o médio, e dividem o atraso em vários componentes, cuja soma é o atraso total: Um certo nível mínimo de atraso é experimentado pelos sinais devido ao tempo necessário para transmitir um pacote serialmente através de um link. Este atraso é ampliado por níveis mais variáveis de atraso devido ao congestionamento da rede. Os atrasos em redes IP podem variar de menos de um microssegundo a várias centenas de milissegundos.
Métricas de desempenho
Os parâmetros que afetam o desempenho podem incluir tipicamente throughput, jitter, taxa de erros de bits e latência. Em redes de comutação de circuitos, o desempenho da rede é sinônimo de grau de serviço. O número de chamadas rejeitadas é uma medida de quão bem a rede está operando sob cargas de tráfego pesadas. Outros tipos de medidas de desempenho podem incluir o nível de ruído e eco. Em uma rede Asynchronous Transfer Mode (ATM), o desempenho pode ser medido pela taxa de linha, qualidade de serviço (QoS), rendimento de dados, tempo de conexão, estabilidade, tecnologia, técnica de modulação e melhorias de modem.[verificar][ref. deficiente] Existem muitas maneiras de medir o desempenho de uma rede, pois cada rede é diferente em natureza e design. O desempenho também pode ser modelado em vez de medido. Por exemplo, diagramas de transição de estados são frequentemente usados para modelar o desempenho de filas em uma rede de comutação de circuitos. O planejador de rede usa esses diagramas para analisar o desempenho da rede em cada estado, garantindo que a rede seja projetada de forma otimizada.
Congestionamento de rede
O congestionamento de rede ocorre quando um link ou nó é submetido a uma carga de dados maior do que aquela para a qual foi projetado, resultando em uma deterioração de sua qualidade de serviço. Quando as redes estão congestionadas e as filas ficam muito cheias, os pacotes precisam ser descartados, e os participantes devem contar com a retransmissão para manter comunicações confiáveis. Efeitos típicos do congestionamento incluem atraso de enfileiramento, perda de pacotes ou o bloqueio de novas conexões. Uma consequência destes dois últimos é que aumentos incrementais na carga oferecida levam a apenas um pequeno aumento no throughput da rede ou a uma redução potencial no rendimento da rede.
Resiliência de rede
Resiliência de rede é "a capacidade de fornecer e manter um nível aceitável de serviço diante de falhas e desafios à operação normal."
As redes de computadores também são usadas por hackers de segurança para implantar vírus de computador ou worms em dispositivos conectados à rede, ou para impedir que esses dispositivos acessem a rede através de um ataque de negação de serviço.
Segurança de rede
A segurança de rede consiste em provisões e políticas adotadas pelo administrador da rede para prevenir e monitorar o acesso não autorizado, uso indevido, modificação ou negação da rede de computadores e seus recursos acessíveis pela rede. A segurança de rede é usada em uma variedade de redes de computadores, tanto públicas quanto privadas, para garantir as transações e comunicações diárias entre empresas, agências governamentais e indivíduos.
Vigilância de rede
A vigilância de rede é o monitoramento de dados que estão sendo transferidos através de redes de computadores, como a Internet. O monitoramento é frequentemente feito de forma sub-reptícia e pode ser realizado por ou a mando de governos, por corporações, organizações criminosas ou indivíduos. Pode ou não ser legal e pode ou não exigir autorização de um tribunal ou de outra agência independente. Os programas de vigilância de computadores e de redes são generalizados hoje em dia, e quase todo o tráfego da Internet é ou poderia potencialmente ser monitorado em busca de indícios de atividades ilegais. A vigilância é muito útil para governos e para a aplicação da lei para manter o controle social, reconhecer e monitorar ameaças, além de prevenir ou investigar atividades criminosas. Com o advento de programas como o Total Information Awareness, tecnologias como computadores de vigilância de alta velocidade e software de biometria, e leis como a Communications Assistance for Law Enforcement Act (CALEA), os governos possuem agora uma capacidade sem precedentes de monitorar as atividades dos cidadãos.
Criptografia de ponta a ponta
A criptografia de ponta a ponta (E2EE) é um paradigma de comunicações digitais de proteção ininterrupta de dados que viajam entre duas partes que se comunicam. Ela envolve a parte de origem encriptando os dados para que apenas o destinatário pretendido possa descriptografá-los, sem dependência de terceiros. A criptografia de ponta a ponta impede que intermediários, como provedores de serviços de Internet ou provedores de serviços de aplicativos, leiam ou adulterem as comunicações. A criptografia de ponta a ponta geralmente protege tanto a confidencialidade quanto a integridade. Exemplos de criptografia de ponta a ponta incluem o HTTPS para tráfego web, PGP para E-mail, OTR para mensagens instantâneas, ZRTP para telefonia e TETRA para rádio.
SSL/TLS
A introdução e o rápido crescimento do comércio eletrônico na World Wide Web em meados da década de 1990 tornaram óbvio que era necessária alguma forma de autenticação e criptografia. A Netscape deu o primeiro passo em direção a um novo padrão. Na época, o navegador web dominante era o Netscape Navigator. A Netscape criou um padrão chamado Secure Socket Layer (SSL). O SSL exige um servidor com um certificado. Quando um cliente solicita acesso a um servidor protegido por SSL, o servidor envia uma cópia do certificado para o cliente. O cliente SSL verifica esse certificado (todos os navegadores web vêm pré-carregados com uma lista exaustiva de certificados raiz) e, se o certificado for validado, o servidor é autenticado e o cliente negocia uma Cifra de chave simétrica para uso na sessão. A sessão passa a ocorrer em um túnel criptografado muito seguro entre o servidor SSL e o cliente SSL.
