Vovo viu a Rede

Pilha de Protocolos

2007-08-08T20:31:00.000-07:00

Já dizia minha avó que se não é possível matar um bicho de sete cabeças, então você deve antes transformá-lo em sete bichos de uma cabeça só. Este mesmo conceito é aplicado em muitos projetos de informática: para reduzir a complexidade do projeto, ele é dividido em projetos menores e independentes mas com a capacidade de se comunicar entre si.

Em análise de sistemas isso se chama indireção, para os administradores isso é delegar, para os vagabundos isso é tirar o seu da reta, mas aqui vamos chamar de fatiamento. As redes de computadores, assunto complexo à primeira vista, são sempre resolvidas através do fatiamento, criando vários níveis que se comunicam entre si, as chamadas pilhas (ou camadas) de protocolos.

Vamos nós a mais uma metáfora para entender melhor como isso acontece.

Imagine que um Executivo brasileiro queira mandar uma carta para um Executivo japonês. Se não houvesse o fatiamento, ele precisaria, primeiro, aprender japonês. Depois de aprender japonês e escrever sua carta, ele teria, então, que descobrir o endereço para onde deveria mandar a carta. Depois de descobrir o endereço, ele deveria, então, levar a carta até o Japão, e entregar pessoalmente a correspondência. Trabalhoso, não?

O primeiro fatiamento possível aqui seria o Executivo contratar alguém para levar a carta até o japonês. Para ele, tanto faz se o cara pega um navio ou avião para chegar ao Japão, ou mesmo se vai andando. Além disso, também não importa ao Executivo como o Entregador descobre o endereço.

Os níveis, apesar de se comunicarem, são independentes, e o que importa é que a carta chegue. Além disso, para o Entregador, pouco importa o que tenha que levar, seu serviço é apenas entregar, não importa o que.

O segundo fatiamento ficaria a cargo do Entregador. Ao invés de ele mesmo pegar a carta e levar até o Japão, ele passa a contar com os serviços dos Correios. Além disso, ele passa a ter outro nome, passando a se chamar Correspondente. Este fatiamento acontece também no Japão, pois o Executivo de lá é esperto e copiou a idéia do brasileiro.

Novamente, o novo nível, dos Correios, é independente. Para os Correspondentes, pouco importa o modo usado pelos Correios para fazer a carta chegar ao outro lugar - avião, a pé, email ou teleporte - o que importa é que chegue. E repare que o Executivo não precisa nem saber que existe um outro nível depois do Correspondente: o serviço prestado a ele continua sendo o mesmo.

Depois disso, o Executivo vê que aprender japonês não vai ser uma boa e fatia de novo, contratando um Tradutor. Mas não um Tradutor comum! Aqui todos os Tradutores falam apenas duas línguas: braile e a língua de quem o contratou. É bom que seja assim porque todos os Tradutores conseguem conversar entre si. Vejamos o que passa a acontecer:

- O Executivo brasileiro escreve a carta em bom português a entrega para o Tradutor, dizendo a ele para traduzir e mandar para o Japão.
- O Tradutor traduz a carta para o braile e a entrega para o Correspondente, dizendo a ele para mandar para o Japão.
- O Correspondente põe a carta nos Correios, endereçada ao Japão.
- Os Correios levam a carta ao Japão e entregam-na ao Correspondente de lá.
- O Correspondente entrega a carta ao Tradutor, para que ele a traduza e a repasse para o Executivo japonês.
- O Tradutor traduz a carta do braile para o japonês e a entrega ao Executivo.

O que aconteceu? O Executivo brasileiro deixou de se preocupar com o idioma, mas para o Correspondente quase nada mudou, pois seu serviço continua sendo pegar as cartas e pedir aos Correios para entregar coisas. A única diferença é que, agora, ao invés de entregar as cartas diretamente para o Executivo, ele as entrega para o Tradutor.

Vamos agora fazer um último fatiamento. Como todos sabemos, Executivos são pessoas muitíssimo ocupadas, que não têm muito tempo para interromper o trabalho para escrever ou ler cartas. Pensando em uma maneira de melhorar isso, eles resolvem que melhor seria ditar as cartas para alguém escrever e ter alguém para ler as cartas para eles. E como conseguir isso? Simples: como sempre estão presos nos engarrafamentos, eles ditam as cartas em um gravador de voz, que é entregue à Secretária para que ela transcreva seu conteúdo e então a repasse para o Tradutor. No destino, o serviço da Secretária é ler a carta, registrando sua voz em um gravador. O Executivo japonês, preso no engarrafamento, ouve a carta.

Para os Executivos, nada mudou: eles continuam enviando e recebendo cartas. Para os Tradutores, nada mudou também: eles continuam traduzindo cartas de e para o braile. Os Correspondentes e os Correios ficam alheios à mudança.

Até aqui, com a ajuda de todas as ilustrações, a leitora já deve ter entendido a razão de ser da palavra "pilha". Todo este processo se resume ao empilhamento de responsabilidades.

Mas e os protocolos? Bem, meu primo Aurélio explica que protocolo é um conjunto de regras de como-agir. Nas ilustrações, vemos que os "trabalhadores" de mesmo nível se comunicam entre si, mas não diretamente: os Executivos têm toda a linguagem dos negócios, as Secretárias lidam com áudio, os Tradutores têm em comum o braile e os Correspondentes têm suas regras de como embalar as correspondências. Mesmo não se falando diretamente, eles conseguem entender o que seu companheiro quis dizer por terem um código que ambos entendem.

Logo, se cada nível tem um protocolo, podemos dizer, grosso modo, que temos uma pilha de protocolos.

É muito importante salientar que isso não apenas facilita a execução do projeto como um todo mas permite a modificação do funcionamento de um nível sem que isso comprometa o funcionamento de toda a engrenagem. Se os Correspondentes resolvem embalar as cartas de maneira diferente (mandando uma página em cada envelope) ou se as secretárias passam a fazer as gravações de outro jeito (com um destes programas que lê textos em voz alta), isso não faz diferença para os outros níveis.

Isso traz outra vantagem, no sentido de que pode-se trocar o "trabalhador" de um nível por outro mais capacitado ou mais barato: pode-se trocar a secretária fanha por uma com voz sensual, ou então um tradutor por outro que faça o serviço em metade do tempo.

É exatamente assim que a coisa funciona nas redes: o seu jogo quer informar ao jogo da sua prima que você deu um tiro, então ele repassa isso para o sistema operacional, que criptografa a informação e então repassa para o software que controla a placa de rede. Este software pega os dados criptografados pelo sistema operacional, divide a informação em pacotes devidamente endereçados e numerados e repassa para a placa de rede. A placa transforma os pacotes em sinais telefônicos (ou luminosos, ou de rádio, isso depende da sua conexão) e pede para os fios enviarem aquilo.

Quando aquela bagunça toda chega na placa de rede da sua prima, ela (a placa) transforma em pacotes os sinais recebidos, estes pacotes são repassados para o software controla a placa. Este software remonta os pacotes na ordem certa e os entrega ao sistema operacional. O sistema operacional descriptografa os dados e os entrega ao jogo da sua prima. O jogo vê o que os dados dizem e então mostra na tela que você deu um tiro. Tudo isso em frações de segundo.

Se a sua conexão é lenta, você pode trocá-la por uma melhor. Se sua placa não consegue converter os pacotes em sinais de forma 100% confiável, você pode comprar outra. Estas mudanças não geram problemas para as outras camadas.

Claro que este último exemplo não é exatamente o que acontece na realidade, pois a pilha de protocolos normalmente usada é um pouco mais complexa, mas serve para que a leitora possa entender o que quero explicar.

O Modelo ISO OSI

2007-08-13T19:36:00.000-07:00

Antes de partir para o assunto principal deste artigo, é importante que a leitora saiba o que é a ISO - International Organization for Standardization. A ISO é uma organização internacional que tem o trabalho de definir padrões técnicos. Estes padrões são criados para que todo mundo trabalhe do mesmo jeito e fale a mesma língua.

Só para a leitora ter uma idéia, existem padrões ISO para códigos de identificação de países, padrões para formas de se escrever datas e horas, padrões para formas de representar medidas, padrões para faixas magnéticas de cartões de crédito e até mesmo padrões para definir como criar números de série para tratores.

Alguém é obrigado a seguir estes padrões? Não. Mas pode ter sérios problemas se não os seguir, pois muitas empresas só negociam com quem os segue e até mesmo porque as indústrias estão todas baseadas neles. Um exemplo disso são as faixas de cartões de crédito: o que aconteceria se uma operadora resolve fabricar os seus cartões com alguém que não segue o padrão? Como é que as máquinas vão ler a tarja magnética feita de um jeito diferente? Assim fica fácil entender a importância de se padronizar as coisas.

Pois bem, feita a apresentação da ISO, podemos seguir em frente.

Com o surgimento e avanço das redes de computadores, a ISO resolveu criar um padrão de camadas chamado Modelo OSI - Open Systems Interconnection. Surgido em 1983 e aperfeiçoado em 1995, este modelo define um conjunto de camadas que devem existir em uma arquitetura de rede para que esta possa funcionar, só que ele não define como as camadas vão trabalhar e nem como vão se comunicar umas com as outras.

Parece confuso mas não é. Usando a mesma metáfora do artigo sobre pilhas de protocolos, quando falei dos executivos que queriam se comunicar, vejamos como seria o Modelo OSI se ele definisse aquela organização. Simplificando muito, seria algo mais ou menos assim:

"Para garantir a comunicação entre dois executivos, é preciso que seja implementada uma organização com cinco camadas:

1 - A primeira camada é a dos Executivos. Esta camada tem a responsabilidade de criar e tomar conhecimento do conteúdo de cartas.
2 - A segunda camada é a das Secretárias. Esta camada tem a responsabilidade de transcrever e ler as cartas.
3 - A terceira camada é a dos Tradutores. Esta camada tem a responsabilidade de traduzir cartas de um idioma externo para um idioma comum e vice-versa.
4 - A quarta camada é a dos Correspondentes. Esta camada tem a responsabilidade de embalar e desembalar correspondências.
5 - A quinta camada é a dos Correios. Esta camada tem a responsabilidade de transportar correspondências entre dois endereços, garantindo a segurança e integridade da remessa."

Como se vê, o Modelo OSI não define como as coisas serão feitas ou como as camadas se comunicam. Ele apenas dá diretrizes simples e de alto nível, generalizando bastante as coisas. É como dizer que uma casa tem que seguir o modelo dois-quartos-sala-cozinha-banheiro-lavanderia-varanda. Quando você vai fazer a sua casa seguindo este modelo, o tamanho dos cômodos e sua disposição são escolha sua, o modelo em si não te impõe praticamente nada.

Já todos aqueles mecanismos adotados no artigo sobre pilhas de protocolos seriam definidos da forma abaixo.

"A implementação FalaFácil, baseada do Modelo OSI, funciona da seguinte maneira:

1 - A camada dos Executivos cria cartas gravando áudio em fitas cassete; toma conhecimento do conteúdo de cartas ouvindo fitas cassete; e entrega as cartas às Secretárias deixando as fitas cassete sobre sua mesa junto com um bilhete indicando o destinatário.
2 - A camada das Secretárias transcreve cartas ouvindo fitas cassete e digitando-as no computador; lê cartas gravando fitas cassete; entrega cartas aos Executivos colocando-as sobre a mesa com um bilhete indicando o remetente; e entrega cartas aos Tradutores enviando-as por email.
3 - A camada dos Tradutores traduz as cartas para o braile e as imprime em papel A4; recebe cartas em braile impressas em papel A4 e digita a tradução no computador; entrega cartas às Secretárias enviando-as por email, junto com o endereço do remetente; e entrega cartas aos Correspondentes grampeadas junto com o endereço do destinatário.
4 - A camada dos Correspondentes coloca cartas em envelopes e os endereça; recebe cartas envelopadas e as tira de dentro do envelope; entrega cartas aos Tradutores grampeadas junto com o endereço do remetente; e entrega cartas envelopadas aos Correios com o dinheiro para a postagem.
5- A camada dos Correios carrega cartas de um lugar a outro usando carteiros; entrega cartas aos Correspondentes nos endereços de destino; e recolhe cartas dos Correspondentes no endereço de origem."

Veja que aqui sim a implementação foi definida. Agora nós sabemos como as coisas funcionam e como as camadas se comunicam.

Deixando as metáforas um pouco de lado, vamos então nos aprofundar em como é organizado o Modelo OSI. A figura a seguir ilustra a sua organização, que é feita em sete camadas:

A camada física trata dos assuntos relacionados com a transmissão bruta dos bits. O projeto dos itens que fazem parte desta camada visa garantir que quando um bit 0 é enviado, que um bit 0 seja recebido, e não um bit 1. Neste nível, lida-se com questões relacionadas à freqüência e à voltagem de transmissão, à composição dos cabos e até mesmo aos pinos existentes na ponta do conector.

A camada de enlace de dados tem várias responsabilidades. A primeira é a de transformar os dados a serem enviados em quadros de dados, enviá-los seqüencialmente e confirmar que cada um deles é recebido corretamente, o que é feito com o envio de um quadro de confirmação pelo receptor. (Link da Vovó: clique e leia mais)

A segunda responsabilidade da camada de enlace é a de assegurar que um transmissor rápido não afogue um receptor lento, gerando o que chamamos de gargalo na rede. Na solução deste problema é preciso que haja algum mecanismo que permita que o receptor informe ao transmissor a sua própria capacidade de recepção, e normalmente este mecanismo é implementado juntamente com o de controle de erros de envio.

Uma terceira responsabilidade desta camada é a de controlar o acesso ao canal de dados nas redes que usam a difusão de dados.

A camada de rede tem a responsabilidade de determinar o caminho que as informações seguirão pela rede. Esta determinação pode se dar de três maneiras: a) fixa: o caminho a ser percorrido já é sabido de antemão; b) a cada conexão: no instante em que duas máquinas se ligam, um trajeto para o roteamento dos dados é escolhido; c) dinamicamente: cada pacote segue, de preferência, o caminho de menor resistência, dependendo das condições da rede.

Nos casos em que a informação tem que sair de uma rede para chegar até outra, podem ocorrer problemas com diferenças de protocolo e endereçamento, e cabe à camada de rede contornar estes problemas para que os pacotes sejam entregues corretamente.

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Estas três primeiras camadas compõem a parte mais baixo nível de todo o modelo, trabalhando ali, bem juntinho do hardware, quando não é praticamente o próprio hardware, caso da camada física. As três camadas superiores, das quais vou falar mais adiante, compõem a parte de alto nível, do software.

E entre elas está a camada de transporte. Esta camada, cumprindo o seu papel de recheio da receita toda, é a responsável por fazer com que as três camadas superiores e as três camadas inferiores se comuniquem sem problemas.

Até aqui, nas três primeiras camadas que vimos, toda a comunicação que acontece se dá entre dois equipamentos vizinhos, o que aqui inclui não apenas computadores, mas também os roteadores, que encaminham os pacotes de um lado para outro.

Já na camada de transporte acontece, realmente, a comunicação entre os dois computadores que estão querendo se falar. A ela dá-se o nome de comunicação fim-a-fim, ou seja, uma conversa realizada entre o computador de origem com o computador destino.

O principal trabalho da camada de Transporte é receber os dados vindos da camada imediatamente superior, dividi-los quando necessário, colocar neles cabeçalhos que vão identificá-los quando chegarem ao seu destino e então repassar tudo isso para a camada inferior, para que as informações sejam enviadas.

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A camada de sessão tem o trabalho de permitir que os usuários de máquinas diferentes estabeleçam entre eles uma... sessão. Bem óbvio, não? Talvez, mas pode haver alguma leitora que não tenha acompanhado o raciocínio, por isso vou explicar melhor. Através desta camada dois usuários estabelecem entre si uma chamada, algo como uma ligação telefônica, e é assim que os dois computadores - origem e destino - sabem que estão em um processo de comunicação. Esta camada tem a responsabilidade de controlar de quem é a vez de enviar dados e permite reiniciar uma conexão do ponto onde parou (leia-se longos downloads interrompidos).

A camada de apresentação tem como principal responsabilidade garantir que os dados enviados consigam ser interpretados pela máquina destinatária. Para isso ela pode realizar alterações nas estruturas destes dados.

Por fim temos a camada de aplicação, e é ela que está visível para os usuários. Logo, é com ela que nós interagimos quando usamos o computador. São os protocolos usados por ela que permitem que façamos tudo o costumamos fazer nas redes. Quer alguns exemplos? É nela que trabalham o protocolo HTTP, que permite a transmissão de páginas pela internet, o protocolo FTP, que permite a transmissão de arquivos, e o protocolo SMTP, que permite o envio e recebimento de emails.

Por fim, algo que já falei lá no início, mas não custa lembrar novamente: é importante que a leitora tenha em mente que o Modelo OSI, em nenhum momento diz como as camadas devem trabalhar, nem como elas têm que se comunicar. Ele é apenas o que seu próprio nome diz: um modelo, uma generalização, que por si só não faz nada.

Aí está, então, o Modelo ISO OSI. Claro que faltam muitas minúcias, mas isto é assunto para o futuro. Daqui a alguns dias vou publicar um exemplo de como todas estas camadas trabalham juntas quando estamos usando uma rede e, com o tempo, virão novos artigos detalhando cada uma delas, seus relacionamentos e os protocolos que elas usam para se comunicar.

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Links interessantes:

Veja aqui o que já foi publicado no Vovó Viu a Rede sobre a camada física.

O Modelo TCP/IP

2007-08-17T17:56:00.000-07:00

Além do modelo ISO OSI, existe um outro modelo de referência para a implementação das camadas de uma rede, chamado modelo TCP/IP. Alguma leitora que tenha um conhecimento de redes um pouco melhor do que o meu pode argumentar dizendo que, ora bolas, TCP e IP são dois protocolos e não o nome de um modelo. Sim, estes são dois protocolos, mas por serem os principais protocolos usados no modelo, o nome deles foi adotado como o nome mesmo. É quase o que acontece com as marcas que viram sinônimo do próprio produto - gilete, xerox, cotonete.

Assim como o modelo ISO ISO, a função do modelo TCP/IP é a de definir um padrão de camadas a serem implementadas na arquitetura de uma rede. Uma das diferenças encontradas quando comparamos os dois modelos é a quantidade de camadas, que aqui são apenas quatro. Abaixo temos uma figura que ilustra a sua organização:

A camada host/rede tem a responsabilidade de enviar pacotes IP. Esta, infelizmente, não vou saber explicar aqui, pois o próprio livro diz que não há muita documentação a respeito dela. Palavras do autor: "Esse protocolo não é definido e varia de host para host e de rede para rede. Os livros e a documentação que tratam do modelo TCP/IP raramente descrevem este protocolo".

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A camada inter-redes é o coração de toda a arquitetura do modelo. Ela tem a função de permitir que qualquer um possa enviar informações pela rede e garantir que estas informações sejam devidamente entregues, independentemente da rede de destino, mesmo que ela seja diferente.

Pelo fato de haver a necessidade de interligar várias redes diferentes, que falam "idiomas" diferentes, a camada inter-redes dita a regra de que toda informação a ser enviada deve ser dividida em pacotes antes de partir em direção ao seu destino, pacotes estes que são padronizados na própria especificação do modelo. O protocolo que define como são os pacotes e como os aplicativos da camada inter-rede vão se comunicar se chama Internet Protocol (IP).

É importante notar que o termo "Internet" aqui não tem nada a ver com a internet em si. Uma tradução possível para Internet Protocol seria "protocolo para interligar redes", e não "protocolo da internet". Ou seja, internet aqui não é substantivo, mas sim adjetivo (tal qual internacional, intersocial e interracial).

A tarefa de entregar os pacotes inclui várias responsabilidades para a camada inter-redes. Entre elas estão a de fazer o roteamento dos pacotes IP, ou seja, definir qual será a rota que eles tomarão para chegar ao seu destino; e também evitar que ocorram congestionamentos na rede, ou seja, saber que um certo percurso já está sendo muito usado e então redirecionar os pacotes IP para outro caminho menos obstruído.

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Estas duas primeiras camadas têm a função principal de permitir a conversação entre dois equipamentos adjacentes na rede. Já através da camada de transporte, assim como acontece no modelo ISO OSI, é que os equipamentos de origem e destino fazem a sua conversação, a chamada conexão fim-a-fim.

Como forma de garantir a comunicação entre as duas máquinas que querem se comunicar, foram definidos dois protocolos diferentes: o TCP e o UDP.

O protocolo TCP (Transmission Control Protocol - Protocolo de Controle de Transmissão), como o próprio nome diz, é usado no controle da transmissão dos dados, garantindo que esta se dê de forma confiável, pois assegura a entrega de dados sem erros: se um pacote não chega ou se chega corrompido, o protocolo toma medidas para corrigir o problema. Além disso, o protocolo TCP também é responsável pelo controle do fluxo dos dados, impedindo que um transmissor rápido sobrecarregue um receptor lento. A maioria das aplicações usa este protocolo para transmitir seus dados: desde programas de email até programas de gerenciamento de downloads.

Para fazer uma metáfora, um AR enviado pelos Correios é exatamente isso. Você envia uma carta e pede para ser avisado de que ela chegou. Se seu AR não chegou depois de um tempo, você escreve outra e manda de novo. (Tudo bem, eu sei que você não manda outra: você liga para saber o que houve, mas deu pra entender, não deu?)

Já o protocolo UDP (User Datagram Protocol - Protocolo de Datagrama de Usuário) é usado na transmissão de informações de forma não confiável, não garantindo a entrega dos dados sem erros. A leitora talvez pergunte pra que alguém vai querer usar um protocolo que não transmite os dados de forma confiável, mas saiba que isso é muito mais comum do que se pode pensar: os programas de transmissão de áudio e vídeo usam este protocolo. Se não fosse assim, seria impraticável assistir a uma transmissão ao vivo de um show ou então ouvir uma rádio pela internet: o receptor indicaria a perda de um pacote, o transmissor iria mandá-lo de novo, e outro, e outro, interrompendo o vídeo a toda hora, e quando você finalmente terminasse de assistir ao show o artista já estaria em casa descansando.

Usando uma metáfora, as transmissões de rádio convencional funcionam assim. A emissora envia as ondas de rádio e seu aparelho vai recebendo e tocando o que chegou. Se por um acaso ele não recebeu as ondas porque você entrou em um túnel, babau, já era, a rádio não vai tentar enviar de novo aquele trechinho da narração do jogo que dizia que o Romário chutou e xxssssxsxssssxs...

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Por fim, temos a camada de aplicação, que é aquela com a qual lidamos diretamente. Bem, não tão diretamente assim: nós usamos os programas e eles usam os protocolos que fazem parte da camada de aplicação para executar o que pedimos. Estes protocolos são vários: o SMTP para envio de mensagens de email, o DNS para fazer a relação entre um endereço textual (o www-ponto-alguma-coisa) para o seu endereço numérico real, o HTTP para transferência de páginas da internet, entre muitos outros.

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Este é, enfim, o modelo TCP/IP. Apesar de ser mais antigo do que o modelo ISO OSI - o modelo TCP/IP nasceu em 1974 - ele é hoje mais usado do que seu primo mais novo, servindo de base para a grande maioria das redes atuais, e merece toda a atenção de quem pretende entender de redes.

As Redes ATM e o Modelo ATM

2007-08-21T18:44:00.000-07:00

Minha querida leitora já viu em algum lugar, ou em algum filme, aquelas correntes humanas para carregar coisas mais rápido, não viu? Tem-se uma fila enorme de gente, e o primeiro pega alguma coisa e dá a quem está ao seu lado, que passa para outro, para outro, para outro, e por aí vai até o fim da fila.

Agora imagine uma fila destas formada apenas por pessoas cegas, surdas e mudas. Não estou falando de algumas cegas, algumas surdas e algumas mudas, não! Estou falando de todas serem cegas e surdas e mudas, ao mesmo tempo. O que é preciso para que estas pessoas consigam carregar as coisas de um lado para outro? Um puta sincronismo: sem ele, vai cair tudo no chão. Todas estas pessoas são treinadas para saber o tempo que têm que durar os seus movimentos, de forma que tudo possa ser transportado com perfeição.

Saiba então que é mais ou menos assim que funcionam as redes de telefonia: sempre sincronizadas, com um reloginho marcando o compasso, de forma que a transmissão vá de um ponto a outro em alta velocidade, sem risco de perda de informações.

Até o início da década de 90, praticamente todas as redes de computadores funcionavam usando a infra-estrutura telefônica já existente para realizar as suas transmissões, mas eis que uma nova tecnologia surgiu e ganhou muita força: o ATM (Asynchronous Transfer Mode - Modo de Transferência Assíncrono).

A grande sacada desta tecnologia foi acabar com o sincronismo. Com ela, as pessoas da fila deixavam de ter deficiências: todas falavam, ouviam e viam. Daí, quando tinham que entregar algo para a pessoa do lado, elas avisavam antes; e também avisavam quando não tinham mais nada para entregar. A falta de sincronismo não prejudicava o carregamento.

Uma outra metáfora que se pode fazer para diferenciar as transmissões síncronas e as assíncronas é comparar os atos de pegar o metrô e um táxi. Com o metrô você tem que estar sincronizado: ele tem hora pra chegar e pra sair, e se você der mole, perde a condução. Além disso, também tem a hora certa de descer. Já com o táxi a história é outra, basta fazer sinal que o transporte começa, e basta dizer onde você quer ficar que ele pára.

É exatamente assim que as redes de tecnologia ATM funcionam: quando alguém quer iniciar uma transmissão, sua máquina emite um sinal em direção ao receptor dizendo "aí, vou transmitir umas paradas, toma lá". Quando o receptor recebe esta mensagem, ele fica pronto para receber. Quando termina de enviar, o transmissor avisa que "ó só, terminei de mandar, valeu, um abraço".

Apesar de não serem muito utilizadas hoje em dia em redes pequenas, de escritórios e empresas, as redes ATM são muito utilizadas, veja só, pelas empresas de telefonia, no transporte de pacotes IP em suas redes internas.

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Transmitindo

As redes ATM são orientadas a conexão, ou seja, para que os dados sejam enviados, o transmissor primeiro precisa avisar que vai enviar algo, para que a conversação seja estabelecida. Ele não pode simplesmente jogar uma informação para o receptor dizendo "aí, pensa rápido". Antes ele tem que dizer "aí, se liga" e esperar o receptor responder "tá, pó falá".

Supondo que o computador A queira enviar uma mensagem para o computador B, ele primeiro envia um pacote de configuração que, ao passar pela rede, vai sendo registrado pelos roteadores. Desta forma, os roteadores também sabem que existe uma conexão passando por ali, e já reservam recursos para ela. Desta forma, a conexão entre as duas máquinas é sempre fixada, e as informações percorrem sempre o mesmo caminho. A esta conexão fixa das redes ATM costuma-se dar o nome de "circuito virtual".

As informações a serem transmitidas pela rede ATM são divididas em pequenas células de 53 bytes cada uma. Destes, 48 são a informação propriamente dita e 5 são para a formação de um cabeçalho de controle. Este cabeçalho contém duas informações essenciais para que as células cheguem ao seu destino: o número de ordem da célula, para que o receptor saiba que todas as células chegaram e consiga montá-las; e o código da conexão, para que os roteadores saibam para onde devem repassá-las.

A adoção de células de tamanho fixo e pequeno traz a vantagem de tornar a transmissão mais veloz, pois o repasse delas é feito via hardware. Quando o tamanho dos pacotes é variável, o seu repasse deve ser controlado via software, o que torna o processo mais lento. Além disso, o tamanho reduzido das células faz com que elas são ocupem muito tempo as linhas de transmissão, garantindo que a rede fique mais tempo disponível, o que se traduz em uma qualidade de serviço maior.

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O Modelo ATM

Por ser uma tecnologia nova e diferente de tudo o que já era usado até então, o surgimento do ATM levou à criação de sua própria pilha de protocolos, que consiste de basicamente três camadas: a camada de adaptação ATM, a camada ATM e a camada física, sendo que a primeira e a terceira têm, cada uma, duas subcamadas. O esquema pode ser visto na figura abaixo:

A camada física, como o próprio nome diz, é a que tem a responsabilidade de lidar diretamente com o hardware.

Sua subcamada PMD faz a ligação com o cabo propriamente dito. É ela que transforma os bits a serem enviados em sinais elétricos, telefônicos, luminosos, ou seja lá qual for a tecnologia de transmissão, que são então transmitidos. É ela, também, que recebe estes sinais e os decodifica em bits.

Já a subcamada TC é a que pega as células a serem enviadas e as transforma em uma série de bits, que são então repassados para a subcamada PMD. No sentido inverso, ela recebe uma série de bits e os transforma de volta em células.

A camada ATM é o coração de todo o esquema. É dela a responsabilidade de cuidar de toda a comunicação entre o transmissor e o receptor, definindo como é o cabeçalho que acompanha as células, marcando e liberando os circuitos virtuais e controlando o tráfego de dados para evitar congestionamentos.

A camada de adaptação ATM serve de interface entre o usuário e todo o modelo. Sua subcamada SAR segmenta as informações do usuário em células e as remonta ao seu formato original. Já a subcamada CS é a que fornece os serviços do modelo aos programas do usuário: transferência de arquivos, streaming de vídeo, etc.

***

Um Exemplo Prático

Para fechar este artigo vamos ver um exemplo prático para a leitora ter uma melhor noção de como o modelo funciona.

Vamos supor que a conexão já tenha sido estabelecida e que uma usuária esteja usando um programa de bate papo em uma rede ATM. A seqüência de ações que acontece quando ela clica no botão de enviar mensagem é mais ou menos a seguinte:

- O programa de bate papo - subcamada de convergência - pega a mensagem, transforma em um "pacote de bate papo" e repassa este pacote para a subcamada de segmentação e remontagem.

- A subcamada de segmentação e remontagem divide este pacote em várias células e as repassa para a camada ATM.

- A camada ATM pegas estas células, numera e repassa para a subcamada de convergência de transmissão.

- A subcamada de convergência de transmissão pega as células preparadas, converte em seqüências de bits e repassa estas seqüências para a subcamada dependente do meio físico.

- A subcamada dependente do meio físico transforma estas seqüências em sinais e as repassa para os cabos da rede.

- Os cabos levam o sinal ao receptor.

- A subcamada dependente do meio físico recebe os sinais, converte-os para uma seqüência de bits e entrega a seqüência para a subcamada de convergência de transmissão.

- A subcamada de convergência de transmissão pega as seqüências e remonta as células, repassando-as para a camada ATM.

- A camada ATM verifica se tudo chegou nos conformes, se não faltou nada, e repassa as células, já sem os cabeçalhos, para a camada de segmentação e remontagem.

- A camada de segmentação e remontagem pega estas células e, oh, remonta-as, tornando o "pacote de bate papo" íntegro novamente. Por fim, repassa este pacote para o programa de bate papo.

- Finalmente, o programa de bate papo desempacota o que recebeu e exibe a mensagem na tela do computador.

***

Este é, enfim, o ATM, uma tecnologia que surgiu como promessa de solução para todos os problemas que surgiam quando a internet começava a despontar, mas que hoje, com o surgimento de novas tecnologias, mais eficazes e confiáveis, começa a caminhar para o desuso.

O que são ondas eletromagnéticas

2007-09-15T09:35:00.001-07:00

Vou avisar logo de cara que o assunto deste artigo vai exigir um pouco de imaginação, pois vou falar de uma coisa que não se vê mas que está o tempo todo em torno de nós, e que é capaz de atravessar paredes, coisas e até mesmo nós. Portanto, antes de continuar a leitura, sugiro à leitora que use algum meio de expandir seu estado mental: um vinho, uma oração, qualquer coisa. Drogas não, por favor.

Pois bem, as ondas eletromagnéticas são, para mim, uma das coisas mais abstratas que existem. Acho que nunca serei capaz de entender como é que um sujeito foi capaz de provar que elas existiam. Você não vê ondas de rádio ou ondas infravermelhas passando por aí.

- Ih, rapaz, olha ali uma onda de rádio vindo!
- Puxa, bonita essa, não?

E, ao contrário do ar, que não pode ser visto mas pode ser sentido, as ondas eletromagnéticas não nos afetam quando passam por nós.

- Ih, rapaz tá passando um filmaço na TV.
- Como você sabe?
- A onda da Globo passou por mim.

Veja só, o cara tem viajar *MUITO* para imaginar uma coisa invisível, que não pode ser sentida, tentar conseguir provar sua idéia, e provar! E isso foi em 1887. Há 120 anos! É muita viagem, muita. Mas bem, descobriram, viram que dava pra usar, pra manipular, para criar, e hoje vivemos num mundo cada vez mais sem fio. E fica a dúvida: como é que isso tudo funciona?

Para explicar o que são as ondas magnéticas vou usar um termo que vai deixar felizes as leitoras esotéricas: ondas magnéticas são algo como uma energia mística invisível. Se pudessem ser vistas flutuando por aí, elas seriam vistas assim:

É importante saber que as ondas eletromagnéticas são sempre certinhas assim. Você não vai encontrar em lugar nenhum uma onda deste jeito:

A partir do primeiro desenho podemos aprender dois termos-chave do assunto

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Comprimento de Onda

O comprimento de uma onda, representado pela letra grega lambda ( λ ) é a distância que existe entre dois pontos máximos (ou dois pontos mínimos, depende do referencial).

Ao contrário do que os desenhos possam sugerir, o comprimento das ondas não é sempre pequeno, com dois ou três centímetros. Podem haver ondas com quilômetros de comprimento. E, claro, existem também ondas de comprimento microscópico.

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Freqüência de Onda

A freqüência de uma onda é a quantidade de oscilações que ela dá em apenas um segundo. Em nossa figura de exemplo temos três oscilações:

A freqüência de uma onda é medida em Hertz (Hz), em homenagem ao sujeito que provou que elas existiam: o físico alemão Heinrich Hertz. É exatamente daqui que saiu aquela expressão das rádios: "sintonize Rádio Eldorado, seiscentos megahertz.".

E por que megahertz? "Mega" significa um milhão, logo são um milhão de Hertz, ou seja, seiscentos megahertz dão seiscentos millhões de oscilações por segundo.

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Já sabendo estes dois conceitos importantes, podemos partir para uma relação importante entre eles: quanto mais de um, menos de outro. Ou seja: ondas de alta freqüência têm comprimento curto, e ondas de baixa freqüência têm comprimento longo. Com as imagens abaixo fica fácil de entender:

Repare só: temos duas ondas que percorrem um quilômetro em um segundo. A primeira delas tem 3 Hz (ou seja, oscila três vezes em um segundo) e um λ de aproximadamente 333 metros (1000 metros divididos em três oscilações).

Quando, na segunda, aumentamos a quantidade de oscilações, o comprimento cai: ela tem 6 Hz e 166 metros de comprimento.

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Como existem muitas freqüências possíveis, elas foram categorizadas em faixas, ou bandas. No início, haviam apenas três categorias:

LF (freqüência baixa)

MF (freqüência média)

HF (freqüência alta)

Com o avanço da tecnologia outras bandas foram nomeadas, sendo duas delas já comuns aos nossos ouvidos, mesmo que a gente não soubesse muito bem o que significavam:

VHF (muito alta)

UHF (ultra alta)

SHF (super alta)

EHF (extremamente alta)

THF (tremendamente alta)

Esta última parece piada, mas não é.

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E é aqui que chegamos na parte em que tudo isso se encaixa com as redes de computadores: o termo "banda larga". A explicação é pra lá de simples: já que as informações são transmitidas através das ondas eletromagnéticas, quanto maior a freqüência da onda, mais informação pode ser transmitida. Logo, nas bandas de alta freqüência, as bandas largas, pode-se transmitir muita coisa em pouco tempo.

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Links interessantes

Física.net: ondas eletromagnéticas em termos mais complicados

Nasa: ondas eletromagnéticas por quem entende do assunto

Eu Amo Física: comunidade sobre física no Orkut

Veja aqui o que já foi publicado no Vovó Viu a Rede sobre a camada física.

Taxa de envio de pacotes

2007-11-19T16:51:00.001-08:00

Quando se fala que a camada de enlace de dados do transmissor aguarda uma confirmação de que o pacote enviado foi realmente recebido, talvez tenha-se a impressão de que ela interrompe o seu trabalho e fica aguardando uma reposta. Eu também pensava assim, até começar a estudar o assunto mais a fundo.

Se a coisa funcionasse deste jeito, com certeza as transferências demorariam muito mais para terminar. Tome os números fictícios abaixo (eles são fictícios porque na verdade as durações reais são bem menores):

Tempo para o transmissor despachar um pacote: 1 segundo
Tempo para o pacote chegar no destino: 1 segundo
Tempo para o receptor ver se o pacote chegou ok: 1 segundo
Tempo para o receptor despachar a confirmação: 1 segundo
Tempo para a confirmação chegar no transmissor: 1 segundo
Tempo para o transmissor processar a confirmação: 1 segundo

Note que o tempo total do processo de transmitir um único pacote é de 6 segundos. Se a camada de enlace de dados do transmissor interrompesse seu trabalho para aguardar a confirmação, seria necessário um minuto para enviar 10 pacotes. Além disso, repare que, se assim acontecesse, enquanto uma etapa estivesse acontecendo, as outras estariam ociosas. Puro desperdício. Veja na tabela abaixo, por exemplo, que dez segundos seriam suficientes apenas para despachar dois pacotes e receber a confirmação de um.

E ainda há um agravante: se por um acaso o primeiro pacote não chegasse, o transmissor ficaria parado até alcançar o tempo limite de espera. Se este tempo fosse de 10 segundos, estes seriam 10 segundos desperdiçados. Uma conta desta em larga escala é, sem dúvida, um desastre.

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O que acontece na verdade é que, assim que o transmissor despacha o primeiro pacote, começa a trabalhar no segundo. Quando o segundo está pronto, ele já o despacha, antes mesmo de receber a resposta do primeiro. Como os tempos de trabalho em cada etapa são os mesmos, enquanto despacha o segundo pacote, o primeiro está sendo transportado para o receptor. Veja na tabela abaixo que, desta forma, os mesmos dez segundos seriam suficientes para despachar todos os pacotes e receber a confirmação de cinco.

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A cada pacote despachado, o transmissor inicia um "cronômetro" para controlar o tempo de espera para que uma confirmação chegue. Se a confirmação não chega dentro deste limite, o pacote perdido é reenviado, e após ele, o próximo da seqüência ainda não enviado. Veja a tabela abaixo para ver como funciona isso, imaginando que o tempo de espera seja de sete segundos.

Repare: no primeiro segundo o transmissor despachou o pacote 1, que se perdeu ao ser transportado. Só que o transmissor não sabe que o pacote 1 se perdeu, pois o tempo de espera ainda não acabou. Ainda assim, ele continua despachando os outros pacotes, que seguem seu curso normal. Depois dos sete segundos de espera, ele vê que não recebeu a confirmação do pacote 1 e então o despacha novamente. Em seguida, continua com o pacote 9, pois já tinha despachado até o 8.

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Há ainda alguns protocolos ainda mais espertos, que "raciocinam" da seguinte forma: o transmissor manda o primeiro pacote, o segundo, o terceiro, e por aí vai. Se a confirmação chegar fora de ordem, ele automaticamente reenvia o pacote cuja confirmação não chegou (e supostamente deveria ter chegado primeiro), mesmo que o tempo de espera para ele não tenha terminado. Veja a tabela abaixo para entender melhor (note que logo após receber a confirmação do pacote 2 ele reenvia o pacote 1):

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Por fim, deixo um exercício para minhas leitoras: vimos no início do artigo que se a camada de enlace de dados esperasse a confirmação de um pacote para mandar o próximo, todo o processo de envio de 10 pacotes levaria um minuto. Pergunto: quanto tempo levaria para mandar os mesmos 10 pacotes no "modo rápido", ilustrado na segunda tabela?

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Links interessantes:

Veja aqui o que já foi publicado no Vovó Viu a Rede sobre a camada de enlace de dados.

O Protocolo Aloha

2007-12-08T07:24:00.000-08:00

Um dos mais antigos protocolos da subcamada de acesso ao meio, nascido na década de 70, é o protocolo Aloha, que, veja só, foi criado em uma universidade havaiana. Ele não é muito confiável e por isso mesmo já quase não é mais usado hoje em dia, mas ainda assim vamos entrar em detalhes sobre ele.

De funcionamento muito simples, a primeira versão do protocolo Aloha, chamada de Aloha puro, permite que qualquer máquina da rede envie pacotes a qualquer momento e em caso de colisão avisa às máquinas transmissoras que o seus pacotes foram perdidos. Por fim, quando uma máquina recebe um aviso de colisão, ela aguarda um tempo aleatório para tentar enviar novamente. Simples assim.

Não é muito difícil perceber que este tipo de controle, ou poderíamos dizer falta de controle, gera um número enorme de colisões. Se uma máquina começar a transmitir um pacote quando um outro estiver sendo transmitido, os dois são perdidos, mesmo que só faltasse um mísero byte para terminar de transmitir o primeiro deles.

Como dito acima, ao receber um aviso de colisão as máquinas aguardam um tempo aleatório para começar a transmitir de novo. Este número deve ser aleatório, pois senão as duas máquinas esperariam o mesmo tempo e tentariam reenviar seus pacotes no mesmo momento, causando uma nova colisão, e outra, e outra, infinitamente.

Graças a tudo isso, e com base em umas contas feias que não vou mostrar a vocês como são, porque nem eu entendi como é que funcionam, obtemos um número alarmante sobre o protocolo Aloha: em média, menos de 20% dos pacotes são entregues sem problemas na transmissão.

Quando há poucas máquinas em uma rede que usa o protocolo Aloha, este número tende a aumentar, pois há menos concorrência pelo canal de transmissão, mas em redes com um número muito grande de máquinas, fica quase impossível enviar alguma coisa.

Como exemplo dessa ineficiência, veja o gráfico abaixo, que supõe que cada quadro leve quatro segundos para ser transmitido. Os quadros pintados de vermelho são os que não foram entregues por causa de colisões. Os verdes são os que puderam ser entregues corretamente.

(aproveito para lembrar que quatro segundos para transmitir um quadro é um tempo exageradamente grande se comparado à realidade, e eu uso este tempo apenas para efeitos didáticos)

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Como forma de tentar melhorar este números, já nos anos 80 um grupo de estudiosos fez alterações no protocolo Aloha original e criaram o Slotted Aloha. Ele foi assim batizado porque utiliza o conceito de tempo fracionado (slotted).

Por acaso, a leitora do Vovó Viu a Rede já viu um metrônomo, destes usados pelos músicos para marcar o tempo das músicas? É exatamente assim que funciona o Slotted Aloha: as máquinas só podem transmitir no 'tique' do metrônomo. Além disso, o tempo não é dividido de forma aleatória: as divisões são exatamente o tempo necessário para que um pacote seja enviado corretamente.

Este avanço não impede que duas ou mais máquinas tentem transmitir pacotes no mesmo instante, mas pelo menos evita que um pacote que já começou a ser transmitido seja perdido porque outra máquina começou a transmitir alguma coisa. Com isto e com as contas cabeludas que comentei antes, a taxa de pacotes entregues com sucesso sobe um pouco, para cerca de 40%.

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Artigo do Vovó Viu a Rede: Entenda como funciona a escolha de tempo aleatório de espera

O que é o protocolo MACA

2008-01-26T05:18:00.000-08:00

Nas redes sem fio os protocolos CSMA e WDMA demonstram-se inúteis, tendo em vista trabalharem com meios físicos de transmissão diferentes (fios de cobre no primeiro e fibras óticas no segundo). Por isso, foi necessária a criação de uma nova classe de protocolos, capazes de lidar com transmissões feitas através de ondas de rádio ou infravermelhas.

O protocolo MACA (Multiple Access with Collision Avoidance) foi um dos primeiros a serem criados com este propósito. Para entender melhor o que ele faz, é preciso conhecer, antes, dois problemas comuns em redes sem fio.

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A Estação Oculta

Imagine que há em um ambiente três notebooks que se comunicam sem fios, mas dispostos de tal forma que dois deles não consigam ouvir as transmissões um do outro. Tal qual no desenho abaixo:

Veja que A consegue ouvir as transmissões de B mas não de C, e vice versa. Enquanto isso, B consegue ouvir as transmissões dos dois. Nesta arrumação, se B estiver transmitindo alguma coisa e os outros dois tentarem transmitir algo, logo verão que uma comunicação está ocorrendo e deixarão a sua para fazê-la depois.

Mas se A estiver transmitindo algo para B, e C quiser transmitir algo também para B, ele não vai ter como saber da transmissão de A, pois está fora do seu campo de alcance. Dizemos, então, que a estação A está oculta. Quando isso acontece, C inicia a transmissão para B como se nada estivesse acontecendo. B, coitado, se confunde com as duas transmissões, uma colisão ocorre e ambas se desfazem.

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A Estação Exposta

Deve ficar fácil pra a leitora o que é, então, o problema da estação exposta. Imagine neste caso que temos quatro estações, dispostas como no desenho a seguir:

Imagine então que B já está transmitindo alguma coisa para A, e C queira transmitir algo para D. Não há nenhum problema nisso, pois não haverá colisão de transmissões, só que C não a executa, pois ao ver que B já está transmitindo, ele conclui erradamente que sua própria transmissão gerará um erro. Daí diz-se que B está exposta.

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Uma das principais tarefas do protocolo MACA é evitar que estes dois problemas ocorram, e a solução adotada é bem simples.

Primeiramente, quando uma estação quer transmitir para outra, ela envia um pequeno pacote RTS (Request to Send - Pedido Para Enviar), indicando quem é o destinatário e qual o tamanho do pacote a ser enviado. Tome por base a figura abaixo (sim, eu sei que está uma bagunça, mas é assim que a coisa funciona. Sorte nossa não enxergarmos as ondas eletromagnéticas):

Imagine que A queira transmitir algo para C. Ela envia então um pacote RTS para C, pacote este que também é recebido por B e E. A estação B não tem conhecimento da estação C, mas já sabe que não poderá enviar nada para A durante um certo período de tempo, assim como a estação E, que tem conhecimento de A e B, sabe que não poderá enviar nada para nenhuma das duas. Nesta situação, B e E podem se comunicar sem grandes problemas.

Dribla-se, assim, o problema da estação exposta.

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A leitora do Vovó Viu a Rede, perspicaz, já deve estar com a pergunta na ponta da língua: mas e a estação D? Por estar fora do alcance da estação A, ela não sabe que a estação C estará ocupada, e pode mandar alguma coisa para ela, causando uma colisão!

O protocolo MACA resolve isso também. Assim que recebe um pacote RTS da estação A, a estação C manda de volta um pacote CTS (Clear to Send - Livre Para o Envio), que também contém o tamanho da informação a ser recebida e quem vai enviá-la. Mesmo estando endereçado à estação A, todas as estações que estejam dentro do alcance de C receberão o pacote, e verão que ela está a ponto de receber dados. Logo, se outras estações tiverem que mandar algo para C, irão esperar o tempo necessário para que a outra transmissão seja bem sucedida.

Veja então que a estação D também recebe o pacote CTS que C enviou para A e, mesmo sem ter conhecimento desta última, D sabe que C estará ocupada durante um certo tempo. Ainda assim, se D tiver algo para transmitir para E, poderá fazê-lo sem problemas.

Fica sanado, então, o problema da estação oculta.

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Mesmo com estas artimanhas, podem ainda houver colisões, como no caso de duas estações enviarem pacotes RTS para uma mesma estação ao mesmo tempo. Quando isso acontece, ocorre uma colisão de pacote e as duas estações esperam então um tempo aleatório para novamente enviar novos pacotes RTS.

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Alguns anos depois do desenvolvimento do protocolo MACA, alguns pesquisadores desenvolveram uma versão mais aprimorada dela, o protocolo MACAW (MACA for Wireless). Este novo protocolo trazia melhorias em relação à confirmação de recebimento de pacotes e controles de congestionamentos, ente outras, o que aumentou o desempenho do protocolo.

Só não me perguntem o motivo do nome, MACA for Wireless. Se o protocolo original já era para redes sem fio, pra que o pleonasmo?

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Artigo do Vovó Viu a Rede: Entenda como funciona a escolha de tempo aleatório de espera

O Tamanho Mínimo de um Quadro

2008-02-19T15:51:00.000-08:00

O principal motivo para determinar o tamanho mínimo de um quadro da camada de enlace de dados é garantir que o emissor saiba que, havendo uma colisão, é o pacote dele que foi perdido. A definição deste tal tamanho mínimo foi uma das coisas que mais me deram dor de cabeça para entender, e por isso mesmo ralei para conseguir uma maneira simples de explicar isso a vocês, de forma que entendam isso muito mais rápido que eu.

Ainda assim, vamos devagar.

Quando há uma colisão, um ruído percorre o cabo para avisar todas as estações que "ó só, deu merda, hein!". Além disso, é importante saber que este ruído de aviso não tem informações sobre quais pacotes foram perdidos, de onde vinham ou para onde iam.

Agora acompanhe os desenhos abaixo e veja o que acontece se o pacote for muito pequeno.

A começa a transmitir um pacote para B.

A já terminou de enviar o pacote, mas ele ainda está percorrendo o cabo e nem chegou em B.

Quando o pacote está prestes a chegar em B, B começa a transmitir. Há uma colisão.

O ruído de colisão percorre o cabo, até chegar em A. A fica sabendo que houve uma colisão, mas não sabe se o seu pacote foi o danificado, já que o ruído não traz nenhuma informação sobre isso.

***

Perguntinha crucial: o que é preciso para que A saiba que um dos pacotes perdidos é o seu? Simples: é preciso que A ainda esteja transmitindo quando este sinal chegar.

Vamos rever os desenhos, mas desta vez com um pacote maior:

A começa a transmitir um pacote para B.

Quando o pacote está prestes a chegar em B, B começa a transmitir. Há uma colisão.

O ruído de colisão percorre o cabo, torrando o pacote de A. Quando o ruído de colisão chega em A, este ainda está transmitindo o pacote e vai saber que imediatamente que seu pacote foi perdido e que terá que recomeçar tudo.

***

Aí vem a grande conclusão: o pacote tem que ser grande o suficiente para que a sua codificação dure o tempo que uma informação leva para ir e voltar entre os dois pontos mais distantes de uma rede.

Não custa repetir: se o pacote for menor que este tamanho mínimo, corre-se o risco de haver uma colisão no ponto mais distante da rede e então o ruído de aviso chegar ao transmissor quando este já tiver terminado de transmitir.

Para calcular o este tamanho, leva-se em consideração a velocidade da transmissão e os comprimentos máximos dos cabos. Nas redes Ethernet chegou-se à conclusão que o tamanho mínimo de um pacote é de 64 bytes.

Se por acaso os dados a serem transmitidos não forem grandes o suficientes para formar um pacote deste tamanho, o próprio protocolo da subcamada de controle de acesso ao meio se encarrega de preencher o pacote.

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Artigos do Vovó Viu a Rede:
Saiba mais sobre a camada de enlace de dados
Saiba mais sobre Ethernet

Bluetooth: Pilha de Protocolos e Aplicações

2008-06-30T19:35:00.000-07:00

Como já vimos em várias outras ocasiões, as pilhas de protocolos não definem exatamente como as coisas devem funcionar, mas apenas as coisas que devem ser feitas. No modelo ISO/OSI, por exemplo, a camada física é a responsável pelo transporte de bits de um lugar a outro, mas não especifica se isso tem que ser através de pulsos elétricos, sinais luminosos ou batidas de tambor.

Já no Bluetooth, a coisa funciona um pouco diferente. Este padrão tem quatro camadas de protocolos, estas aí de baixo:

As camadas de Aplicação, Banda-Base e Física se assemelham, respectivamente, às camadas de Aplicação, Enlace de Dados e Física do modelo ISO/OSI. Algumas delas nós veremos em mais detalhes em artigos futuros.

Já a camada de middleware é um samba do crioulo doido.

O motivo pra isso não é difícil de entender: quando esta tecnologia foi criada, definiu-se, de antemão, um conjunto finito de aplicações possíveis. É mais ou menos assim: se alguém pergunta "pra quê serve o Bluetooth?", a resposta é "bem, o Bluetooth serve pra isso, isso, isso e isso".

Só que, como eu disse, as aplicações possíveis do Bluetooth formam um conjunto finito de issos: quinze, para ser mais exato. Daí que, para cada uma destas quinze aplicações existe um protocolo diferente, e todos estão amontoados na camada de middleware.

Acontece então que esta camada, ao invés de simplesmente definir o que deve ser feito, ela tem quinze explicações diferentes de como as coisas devem ser feitas, uma para cada aplicação do Bluetooth! É ou não é um samba do crioulo doido!?

***

Não vou entrar em detalhes sobre como exatamente funciona cada uma destas aplicações. Ao contrário, vamos ver cada uma delas apenas superficialmente:

Aplicação de Acesso Genérico: tem a função de controlar a ligação entre dois equipamentos que estejam se comunicando, mais ou menos o que define a camada de Rede do modelo ISO/OSI.

Aplicação de Descoberta de Serviço: como é fácil de sacar pelo nome, tem a função de descobrir os serviços que são oferecidos pelos outros equipamentos Bluetooth das proximidades.

Aplicação de Porta Serial: tem a função de fingir a existência de um cabo serial, o mesmo utilizado por teclados e mouses. Foi criada para que antigos programas pudessem ser utilizados sem necessidade de reprogramação.

Aplicação de Intercâmbio Genérico de Objetos: tem a função de controlar o transporte de dados entre equipamentos. Seu trabalho serve de infra-estrutura para as outras aplicações, funcionando mais ou menos como os pacotes IPs, que transportam qualquer tipo de coisa dentro deles e podem ser entendidos por todo mundo.

Aplicação de Acesso de LAN: tem a função de conectar o equipamento Bluetooth a uma rede LAN. É esta aplicação que torna o Bluetooth concorrente do padrão 802.11.

Aplicação de Rede Dial-Up: é a aplicação que motivou a existência do padrão, e tem a função de permitir que um computador, geralmente notebooks, se liguem a um telefone sem fio para que este faça uma ligação telefônica para a conexão com a internet.

Aplicação de Fax: tem a função de permitir o envio e recebimento de faxes. Nesta aplicação, o equipamento Bluetooth simula ser um fax para poder se comunicar com faxes reais.

Aplicação de Telefonia Sem Fio: tem a função de fazer a comunicação entre um telefone sem fio e sua base local.

Aplicação de Intercomunicação: tem a função de fazer com que dois telefones Bluetooth se comuniquem diretamente, sem uma ligação telefônica, como se fossem walktalkies.

Aplicação de Fone de Ouvido: permite a existência daqueles pequenos fones de ouvido sem fio que o pessoal anda usando aí pelas ruas, que se comunicam diretamente com o telefone sem a necessidade de fios.

Aplicação de Push de Objetos e de Transferência de Arquivos: estas duas aplicações têm a função de fazer o transporte de arquivos entre dois equipamentos, como por exemplo fotos, vídeos e arquivos de música. Não consegui descobrir a diferença entre os dois.

Aplicação de Sincronização: tem a função de sincronizar os dados existentes em dois equipamentos. Útil, por exemplo, para atualizar agendas e blocos de anotação.

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Links da Vovó:
- Índice de Artigos sobre Bluetooth
- Pilha de Protocolos
- O Modelo ISO OSI
- O Que é LAN
- O Modelo TCP/IP

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Fone de ouvido Bluetooth
Caixas de som Bluetooth
Robô Lego com comunicação Bluetooth com computador
Teclado e Mouse Bluetooth

O que é uma Ponte?

2008-08-18T16:05:00.001-07:00

Ponte é um equipamento de rede que tem a função de ligar duas LANs de tecnologias diferentes, como por exemplo uma rede Ethernet com uma WiFi. A princípio isso parece uma coisa simples de se lidar, mas as coisas não mais complicadas do que parecem.

Como já vimos várias vezes aqui no Vovó Viu a Rede, as informações trafegam nas redes dentro de pacotes, e para cada tecnologia de rede, estes pacotes têm formatos diferentes, são construídos de maneiras diferentes, e são usados de maneiras diferentes. E o que acontece quando você quer colocar duas redes diferentes para conversar? A ponte tem que fazer a tradução.

E é nesta tradução que moram alguns dos grandes problemas deste trabalho. Só para ficar num exemplo, redes WiFi podem implementar a criptografia dos dados sendo transmitidos, enquanto que redes Ethernet simplesmente não têm este recurso. E a ponte, coitada, não sabe traduzir. Uma solução para este problema seria não usar a criptografia na rede WiFi, mas aí suas comunicações ficariam expostas a qualquer um que estivesse dentro de seu alcance.

Então poderia-se partir para a utilização de criptografia em camadas superiores da pilha de protocolo, que sejam independentes da tecnologia de comunicação física. Mas isso daria mais um trabalho para o pobre usuário, que teria mais uma coisa com que se preocupar em seu aplicativo.

Não está satisfeita e quer ver um outro problema que pode acontecer nestes casos de comunicação entre duas redes diferentes através de uma rede? Pois bem, imagine conectar uma rede comum, dessas que temos nos escritórios da vida, e uma outra, que esteja conectada usando cabos de fibra ótica. A coitada da rede Ethernet não vai dar conta de receber tanta informação, já que as redes de fibra ótica trabalham a taxas muito maiores.

Vovó faz Aniversário

2008-08-11T18:00:00.000-07:00

Há pouco mais de um ano, no dia 24 de julho de 2007, animado por ter comprado um bom livro sobre redes de computadores, criei o Vovó Viu a Rede. Era uma forma de me manter focado nos estudos, ter um lugar para tentar resolver minhas dúvidas e, finalmente, poder compartilhar com outras pessoas as coisas que eu aprendia.

Passado um ano, mesmo que o blog não seja um estouro de sucesso, sei que há várias pessoas que confiam no que escrevo e que acompanham cada um dos meus artigos. Eu sei que não posto com a freqüência que seria interessante, mas isso acontece porque junto com a passagem do tempo vêm as mudanças da vida, e hoje eu já não tenho tanto tempo para estudar sobre redes e, principalmente, para escrever sobre o que aprendo.

Sim, porque escrever os artigos para o Vovó Viu a Rede me toma muito mais tempo do que apenas estudar, e ultimamente venho organizando mais o meu tempo, principalmente porque comecei a minha pós graduação e ela é uma das minhas principais prioridades, pelo menos pelos próximos 15 meses.

Ainda assim sigo em frente com este blog, pois através dele conheci um bocado de gente boa, leitoras e leitores que me procuram pelo Orkut, que me mandam mensagens de agradecimento ou com dúvidas, que deixam comentários que me fazem corar. Sei que, mesmo sem mantê-lo hiperativo, o que ganho com ele vale muito.

Então hoje, neste artigo de aniversário atrasado, gostaria de agradecer a todas vocês que acompanham o Vovó Viu a Rede, que deixam seus comentários e que entram em contato. Muito obrigado pelo apoio, pelos elogios e pelos comentários.

Este blog é para vocês.

Resultado da Promoção

2008-07-31T19:44:00.001-07:00

Sabe aquela ajuda que pedi no último post? Pois é, não levei o prêmio. Foi por pouco, mas por pouco mesmo: se eu tivesse um votinho a mais teria ganho o livro da promoção. Mas tudo bem, tudo bem. Eu estou sempre me inscrevendo nestas promoções e mais cedo ou mais tarde acabo levando uma.

De qualquer maneira, agradeço a todas as minhas queridas leitoras que gastaram o seu tempo dando um votinho para o meu texto.

Ajude a Vovó

2008-07-10T20:55:00.000-07:00

O site GF Soluções.NET está fazendo uma promoção para estimular a produção de textos relacionados a informática, sem serem, necessariamente, técnicos.

Eu inscrevi na promoção um dos textos aqui do Vovó Viu a Rede, que fala sobre as Redes Peer-To-Peer.

Se vocês quiserem dar uma forcinha a este escritor que se esforça para trazer um bom conteúdo para vocês, minhas queridas leitoras, peço que dêem um pulinho lá e avaliem o texto de acordo com a sua vontade.

Avaliar o texto é muito fácil: chegando lá, você vai ver que logo acima dele há cinco bolinhas, indo de fraco até bom, mais um botão Avaliar. Basta clicar na bolinha desejada e depois no botão. Simples assim.

Agradeço a todas que me ajudarem a ganhar um livro nesta promoção.

O que é Bluetooth?

2008-05-15T19:23:00.000-07:00

No início da década de 90 começavam a aparecer nas ruas e nas mãos dos mais antenados e abastados os primeiros celulares e computadores portáteis. Com o passar do tempo, mais e mais aparelhos foram surgindo e a base de usuários começou a se expandir rapidamente, e surgiram a necessidade e os pedidos para interligar com facilidade estes equipamentos.

Daí, quatro fabricantes se reuniram para desenvolver uma tecnologia que pudesse proporcionar esta ligação, e sem usar fios. Os fabricantes? Eram quatro pequenos e desconhecidos jogadores deste grande jogo: IBM, Intel, Nokia e Toshiba.

Surgiu daí o Bluetooth, tecnologia que usa ondas de rádio de curto alcance para ligar os equipamentos, usado para fazer a comunicação entre celulares, fones de ouvido, notebooks e outros equipamentos, permitindo a troca de arquivos, sincronização de dados e transmissão de áudio, entre outras aplicações.

Com o tempo esta tecnologia se expandiu e começou a integrar funções que permitiam a criação de LAN's sem fio, tal qual o padrão IEEE 802.11. Como se não bastasse ser uma tecnologia concorrente, o Bluetooth ainda fez o favor de interferir nas comunicações dos equipamentos que seguiam o padrão IEEE 802.11.

Como o Bluetooth é gerido por um grupo de empresas, e por isso mesmo propenso a ter suas especificações e futuro definidas de acordo com os interesses delas, o IEEE resolveu desenvolver um padrão nos mesmos moldes, o IEEE 802.15. Espera-se que no futuro as duas especificações deixem de ser 'concorrentes', tendo pequenas diferenças que dificultam a integração total entre os equipamentos, e passem a integrar uma só.

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Leia mais:
Índice de Artigos sobre Bluetooth

Por que transmissões Bluetooth interferem em transmissões WiFi?

2008-07-03T04:24:00.000-07:00

No primeiro artigo da série sobre Bluetooth eu comentei que as transmissões nesta tecnologia geram interferência em transmissões nas LAN's sem fio, do padrão IEEE 802.11, agora nós vamos ver o motivo para isso.

Pois bem, em outro artigo do Vovó Viu a Rede, que fala das ondas eletromagnéticas, falei que estas foram dividas e classificadas em várias bandas, de acordo com as suas freqüências: existem as ondas de freqüência baixa, médias, altas, ultra altas, etc e tal. A maioria destas bandas só podem ser usadas com autorização governamental, como é o caso, por exemplo, das bandas usadas pelos celulares.

Mas existem outras que não precisam de autorização para serem utilizadas, como as faixas de infravermelho que são usadas nos controles remotos de televisão. Se uma empresa consegue criar dois equipamentos que conseguem se comunicar usando estas faixas livres, tudo bem, vá lá e crie seus equipamentos e os venda, não há problema nenhum nisso. Imagine só se a Philco tivesse que pedir autorização do governo para fazer os seus pequenos controles?

Sabendo disso a minha leitora mais perspicaz já matou a charada: adivinha só quais são as duas tecnologias mais usadas para transmissão de dados sem fio que resolveram utilizar exatamente a mesma faixa livre para fazer a comunicação? Exatamente: Bluetooth e WiFi, que operam a 2,4 GHz.

Daí que, quando existem equipamentos se comunicando através do padrão IEEE 802.11 e outros se comunicando através do padrão Bluetooth, é como se houvesse uma linha cruzada entre eles. E, sendo tecnologias diferentes, de pouco adianta cada uma ter a sua própria maneira de evitar colisões se elas não têm como monitorar o tráfego uma da outra.

Existe uma variação do padrão 802.11, chamada 802.11b, que utiliza uma banda diferente - 5 GHz. Desta maneira não há interferência entre as duas tecnologias, mas esta banda usada pelo padrão 802.11b traz a desvantagem de não ter longo alcance, o que o torna inadequado para certas utilizações.

Como muitas empresas já estão adotando o WiFi em suas dependências, algumas delas já estão chegando ao ponto de proibir a utilização de equipamentos Bluetooth para evitar interferências e problemas com suas redes locais. Eu, pessoalmente, acredito que esta é uma medida radical que vai perder força com o tempo, haja vista que equipamentos Bluetooth estão se tornando cada vez mais populares.

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Leia mais:
Índice de Artigos sobre Bluetooth
O Que São Ondas Eletromagnéticas

Índice de Artigos sobre Bluetooth

2008-07-08T19:23:00.000-07:00

Este post serve como índice para todos os artigos relacionados à tecnologia Bluetooth que já publiquei aqui no Vovó Viu a Rede:

O que é Bluetooth?
Bluetooth: Pilha de Protocolos e Aplicações
Por que transmissões Bluetooth interferem em transmissões WiFi?

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Por fim, uma lembrança a todas as minhas leitoras: se você acha que o blog Vovó Viu a Rede te ajuda a aprender alguma coisa de útil e gosta de voltar sempre aqui, peço que compre alguma coisa no Submarino clicando no banner que está ali na coluna da direita ou em qualquer outro link para lá que eu postar por aqui. Fazendo assim eu ganho uma comissão e você ajuda a garantir um extra pro meu Natal.

Uma pergunta

2008-06-23T19:31:00.000-07:00

Pergunto às minhas leitoras: vocês gostariam de ver por aqui questões de concursos resolvidas, com as respectivas explicações?

Se você lê o Vovó Viu a Rede via RSS ou se recebe por email, dê um pulinho no blog e deixe sua opinião nos comentários. A casa agradece.

Convite para Lançamento de Livro

2008-05-24T12:39:00.001-07:00

Há vários meses eu li no Judão que a Editora Andross estava aceitando inscrições de crônicas e micro-contos para uma antologia. Eu mandei um texto para lá e fui selecionado. O livro terá textos de mais de 80 autores, cerca de 300 páginas e creio que vá custar entre R$ 20,00 e R$ 30,00.

Como o lançamento será no dia 31/05/2008, na Casa das Rosas, em São Paulo, das 16 às 19 horas, fica aqui o meu convite a todas as minhas leitoras que morem em Sampa ou que queiram dar um pulinho lá.

Pouco tempo depois do lançamento eu terei vinte exemplares nas minhas mãos para serem vendidos. As queridas leitoras que quiserem um, por favor me avisem para reservá-los desde já.

Pedido de Ajuda (com Update)

2008-04-09T18:57:00.001-07:00

Hoje vou fugir completamente do tema do blog para pedir a ajuda de vocês: estou participando de um concurso literário de votação popular e depois de uma semi-final eletrizante eu cheguei à final do dito cujo. Agora estou precisando desesperadamente de votos.

Peço então que votem no meu micro conto na final do campeonato:

Cliquem aqui e na página que abrir cliquem em Grupo 21 (fase III - FINAL) para ver as opções. Selecionem o meu e votem. Depois disso, mandem email para todo mundo, pedindo uma força. Esta votação vai até 15/04

Eu sei que tenho as leitoras mais maravilhosas das redondezas e vocês não vão me deixar perder esta, não é? Mais notícias vocês encontram no Sarcófago.

Vovó já votou várias vezes e agradece a quem votar também.

***

O resultado já saiu e pode ser conferido lá no Sarcófago. Agradeço a todas as leitoras que carinhosamente depositaram o seu voto. Vocês são lindas.

A Camada física de redes MAN (IEEE 802.16)

2008-04-15T19:41:00.000-07:00

As redes metropolitanas, MANs, utilizam uma faixa de ondas eletromagnéticas que tem um problema muito sério: o sinal perde a força muito rapidamente. E isso gera, de tabela, um outro problema, que é como garantir a mesma qualidade e confiabilidade de conexão para dois usuários distintos: um que está perto da estação base e outro que está distante.

Como forma de resolver isso, foram adotados três padrões de transmissão, cada um "colocando" a informação nas ondas de uma maneira diferente. Assim, todos os usuários passam a ter a conexão garantida. O único senão é o fato de que, quanto mais distante, menor será a velocidade da conexão.

O primeiro padrão de transmissão se chama Qam-64, usado para conectar usuários mais próximos, e pode alcançar velocidades de até 150 Mbps. O segundo é o Qam-16, para usuários em uma distância mediana, que alcança velocidades de até 100 Mbps. Por fim, o terceiro é o QPSK, para usuários mais distantes, alcançando velocidades de até 50 Mbps.

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Artigo do Vovó Viu a Rede:
O que é o padrão IEEE 802.16

Índice de Artigos sobre Ethernet

2008-04-11T18:09:00.000-07:00

Tipos de Cabeamento Para Ethernet

A Espessura do Cabo 10Base5

Codificação Manchester

O Tamanho Mínimo de um Quadro

O que é Fast Ethernet e Ethernet de Gigabit

Índice de Artigos sobre a Subcamada de Controle de Acesso ao Meio

2008-04-10T18:12:00.001-07:00

O Que Fazem os Protocolos da Subcamada de Controle de Acesso ao Meio?

O Protocolo Aloha

O Que São Protocolos CSMA

Protocolos CSMA que Permitem Colisão

Protocolos CSMA Livres de Colisão

O Que São Protocolos WDMA

O Que é o Protocolo MACA

Voltando à Ativa

2008-04-08T19:22:00.000-07:00

Peço perdão às minhas fiéis leitoras por ter permanecido praticamente um mês sem publicar nada, mas é que andei muito ocupado com a reforma da minha casa e com a troca de emprego e daí não tive tempo para estudar nada.

Felizmente esta semana as coisas começaram a se aprumar e voltarei a ter tempo para ler meus livros e escrever os artigos, e o Vovó Viu a Rede voltará a ser atualizado.

Durante esta semana vou publicar alguns posts-índice para organizar o conteúdo que publiquei nos últimos meses e a partir da segunda feira que vem teremos artigos inéditos por aqui, começando pela tecnologia Bluetooth.

Agradeço a paciência e fidelidade de todas.

Curiosidade

2008-03-14T18:51:00.001-07:00

Veja só como as coisas são bem pensadas: já que a maioria dos equipamentos de LANs sem fio são aparelhos móveis - celulares, notebooks, PDAs -, e todos eles são dependentes de baterias, nas configurações de rede em que há uma estação base que centraliza a comunicação entre os equipamentos, esta estação base tem a capacidade de colocar os equipamentos da rede em stand by, de forma a economizar a energia deles.