024.1 Lição 1

As redes com fio usam cabos físicos para conectar dispositivos, assim como um carregador conecta seu telefone a uma tomada elétrica. Os tipos mais comuns de conexões com fio são Ethernet e fibra óptica.

O Ethernet é amplamente utilizado em residências e escritórios porque pode enviar dados rapidamente, semelhante a como uma mangueira de água entrega água em alta pressão. Ele funciona bem em distâncias curtas, como entre seu computador e um roteador próximo, e em distâncias maiores dentro de um prédio.

Os cabos de fibra óptica, por outro lado, são como as rodovias do internet. Em vez de usar sinais elétricos como o Ethernet, eles usam luz para transferir dados, tornando-os muito mais rápidos e capazes de transportar dados por distâncias muito maiores — pense na fibra óptica como a entrega de informações à velocidade da luz. No entanto, assim como construir uma rodovia é mais caro do que pavimentar uma estrada comum, a fibra óptica é mais cara e complexa de instalar, portanto, é mais frequentemente encontrada em grandes empresas ou para conexões de internet entre cidades.

Em contraste, as redes Wi-Fi usam ondas de rádio para enviar dados, semelhante a como o rádio do seu carro capta música de uma estação sem precisar de fios. O Wi-Fi é incrivelmente popular porque permite que seus dispositivos, como smartphones e laptops, se conectem à internet sem o incômodo de conectar cabos. Essa flexibilidade é ótima para se mover pela casa enquanto permanece conectado.

O Wi-Fi normalmente opera em dois “canais” ou faixas de frequência: 2,4 GHz e 5 GHz. Pense nessas faixas como pistas em uma estrada. A faixa de 2,4 GHz é como uma estrada mais larga que alcança mais longe — permitindo que você se conecte até mesmo em cômodos distantes do roteador — mas a velocidade é mais lenta, como dirigir em uma rodovia movimentada. Por outro lado, a faixa de 5 GHz é como uma pista mais rápida, mas mais estreita. Ela oferece velocidades mais rápidas para coisas como streaming ou jogos, mas você precisa estar mais perto do roteador, assim como é mais fácil acelerar em uma estrada curta e livre.

No entanto, embora o Wi-Fi seja super conveniente, ele pode ser mais facilmente interrompido, assim como os sinais de rádio podem ser afetados por paredes ou outros dispositivos eletrônicos. Além disso, é mais exposto a riscos de segurança, portanto, medidas como senhas fortes e criptografia são importantes para manter sua rede segura contra visitantes indesejados.

As redes celulares, incluindo 3G, 4G e agora 5G, utilizam torres de celular altas para enviar e receber dados do seu telefone móvel. Essas torres emitem sinais que seu telefone capta para que você possa acessar a internet sem precisar de Wi-Fi ou cabos. Essas redes são o que permitem que você use aplicativos, navegue na web ou faça streaming de música enquanto está fora de casa, mesmo quando está longe de casa.

Cada geração — 3G, 4G e 5G — representa um salto na velocidade e na potência dessas redes. A 3G é como uma estrada antiga e mais lenta, que costumava ser ótima para atividades simples, como enviar mensagens de texto ou carregar sites básicos. A 4G surgiu e tornou tudo mais rápido, permitindo atividades como streaming de vídeo e downloads mais rápidos. A 5G é a mais nova e rápida, como um trem-bala de alta velocidade que pode lidar com ainda mais dados de uma só vez, tornando-a ideal para atividades como realidade virtual e dispositivos inteligentes.

No entanto, assim como algumas áreas têm melhores condições de estrada do que outras, a velocidade e a força da sua rede de celular dependem de onde você está. Em alguns lugares, você pode ter uma ótima cobertura 4G ou 5G, proporcionando altas velocidades, enquanto em outras áreas, o sinal pode ser mais fraco, resultando em conexões de internet mais lentas.

Para entender como os dispositivos de rede se comunicam, é crucial compreender como eles se identificam e se reconhecem em diferentes tipos de meios de rede, como Wi-Fi, Ethernet, fibra óptica ou redes celulares.

Essa identificação é essencial porque, quando um dispositivo faz uma solicitação a outro, é necessário determinar de onde o pacote de dados se originou e em qual computador está o destinatário pretendido.

No nível de uma rede local, esse endereçamento é gerenciado por uma convenção conhecida como endereço MAC (Media Access Control). O endereço MAC funciona como uma “impressão digital” exclusiva para cada dispositivo na rede, garantindo que os dados sejam corretamente direcionados e entregues ao dispositivo certo. Sem esse tipo de endereçamento, seria impossível gerenciar o tráfego de dados entre vários dispositivos conectados, resultando em confusão e perda de dados.

Cada dispositivo conectado a uma rede possui seu próprio endereço MAC, tornando esses endereços essenciais para a comunicação dentro dessa rede. Cada endereço MAC é composto por seis pares de caracteres hexadecimais ou bytes, onde os três primeiros pares normalmente identificam o fabricante do dispositivo, e os três últimos pares são específicos para aquele dispositivo em particular.

O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) mantém o padrão para endereços MAC. O padrão define que os primeiros três bytes, conhecidos como Identificador Único Organizacional (OUI), identificam o fabricante — Cisco, Intel, etc. Os OUIs são atribuídos aos fabricantes pelo IEEE. Os três bytes restantes são determinados pelo fabricante, que é responsável por gerenciar a numeração de cada dispositivo que produzem.

Um exemplo de um endereço MAC é

00:1A:2B identifica o fabricante. Este OUI particular refere-se a um pequeno fabricante de produtos de comunicação. 3C:4D:5E é o identificador exclusivo para aquele dispositivo específico produzido pelo fabricante.

Embora um endereço MAC seja único e incorporado ao hardware, ele pode ser modificado por meio de várias técnicas, permitindo que seja alterado quando necessário.

Para gerenciar e direcionar o fluxo de dados dentro das redes, vários dispositivos importantes são utilizados, cada um com um papel específico. Estes são descritos nas seções a seguir.

Uma rede IP é uma rede que utiliza o Protocolo de Internet (IP) para enviar e receber dados entre dispositivos. Cada dispositivo em uma rede IP — seja um computador, smartphone ou servidor — possui um identificador único conhecido como endereço IP. Este endereço funciona como um endereço residencial para o seu dispositivo, permitindo que os dados encontrem seu caminho até o destino correto.

Existem duas versões principais de endereços IP, cada uma com seu próprio formato e propósito.

O Protocolo da Internet versão 4 (IPv4) é a versão de endereçamento IP mais amplamente utilizada. Consiste em quatro grupos de números, cada um variando de 0 a 255, separados por pontos (por exemplo, 192.168.1.1). O número total de endereços IPv4 disponíveis é em torno de 4,3 bilhões, o que pode parecer muito, mas devido ao crescimento exponencial de dispositivos conectados à internet (smartphones, computadores, dispositivos IoT, etc.), os endereços IPv4 tornaram-se cada vez mais escassos. Para resolver essa escassez, técnicas como a Tradução de Endereço de Rede (Network Address Translation - NAT) foram implementadas para estender a utilidade do IPv4, mas isso foi apenas uma solução temporária. O Protocolo da Internet versão 6 (IPv6) resolve as limitações do IPv4. Esta versão utiliza um formato muito mais longo e complexo, consistindo em oito grupos de quatro dígitos hexadecimais separados por dois pontos (por exemplo, 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). O IPv6 oferece um pool quase ilimitado de endereços — aproximadamente 340 undecilhões — o suficiente para suportar a crescente demanda por dispositivos conectados à internet por um longo período no futuro. Além de oferecer mais endereços, o IPv6 também melhora a eficiência, simplifica o roteamento e aprimora a segurança com recursos como criptografia embutida e autenticação de dispositivos aprimorada.

As redes IP são incrivelmente flexíveis. Elas podem ser pequenas, como uma Rede de Área Local (LAN) que conecta dispositivos em uma casa ou escritório, ou podem ser vastas e complexas, como uma Rede de Área Ampla (WAN) que se estende por várias cidades ou países. No entanto, todas as redes IP dependem dos mesmos princípios fundamentais de endereçamento e encaminhamento de pacotes para funcionar.

Quando os dados são enviados através de uma rede IP, eles são divididos em pequenas unidades chamadas pacotes. Cada pacote é etiquetado com os endereços IP de origem e destino e, em seguida, roteado pela rede. Os roteadores, que foram discutidos anteriormente, são responsáveis por direcionar esses pacotes para o destino correto, utilizando os endereços IP como guia.

A internet é essencialmente a maior rede IP do mundo, conectando bilhões de dispositivos globalmente. Ela funciona interconectando várias redes menores, permitindo que elas se comuniquem entre si. Quando você visita um site, envia uma mensagem de email ou faz streaming de um vídeo, seu dispositivo se comunica com servidores localizados em todo o mundo através da internet.

A internet é baseada em uma coleção de protocolos, sendo o mais importante o TCP/IP (Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Internet). Este conjunto de protocolos garante que os dados sejam transmitidos de forma confiável entre diferentes redes. A parte IP, já discutida, lida com endereçamento e roteamento, enquanto a parte TCP garante que os dados cheguem intactos e na ordem correta, mesmo que sejam enviados em múltiplos pacotes.

Um dos aspectos principais da internet é a descentralização. Nenhuma entidade única controla toda a internet; em vez disso, ela é composta por muitas redes interconectadas, cada uma gerida por diferentes organizações, empresas e governos. Essa estrutura descentralizada torna a internet altamente resiliente, mas também introduz desafios em termos de regulamentação, segurança e privacidade.

No cerne da comunicação pela internet está o roteamento — o processo de determinar o melhor caminho para os dados viajarem de um dispositivo a outro através de diferentes redes. Pense nisso como um GPS para a internet. Quando você envia um pedido para carregar um site, seus dados são divididos em pequenos pacotes, que precisam encontrar o caminho de seu dispositivo até o servidor que hospeda aquele site. Como mencionado anteriormente, os roteadores são dispositivos especializados que direcionam o tráfego entre redes e determinam a rota mais eficiente para esses pacotes.

Os roteadores tomam decisões com base nos endereços IP. Eles encaminham dados com base no endereço IP de destino, saltando de uma rede para outra até que os dados cheguem ao seu destino final. Assim como um pacote enviado pelo correio pode passar por vários centros de distribuição antes de chegar à sua casa, os pacotes de dados viajam através de múltiplos roteadores em diferentes redes.

O roteamento ocorre na Camada de Rede (camada 3) do modelo OSI, e os roteadores usam protocolos como o IP para guiar os pacotes.

Um conceito importante no roteamento é o roteador padrão (default router), frequentemente chamado de gateway padrão (default gateway), que desempenha um papel crucial na comunicação entre dispositivos, tanto dentro de uma rede local quanto com a internet mais ampla. Simplificando, um roteador padrão atua como uma ponte entre uma rede local (como a que você tem em casa) e redes externas, mais comumente a internet.

Um roteador padrão é o dispositivo que seu computador ou outros dispositivos utilizam para acessar redes externas. Quando um dispositivo em uma rede local precisa enviar dados para outro dispositivo que não faz parte da mesma rede — como ao acessar um site ou conectar-se a um serviço na nuvem — ele envia os dados para o roteador padrão. O roteador, então, encaminha esses dados para o destino apropriado na internet ou em outra rede externa.

Na maioria das configurações de casas ou pequenos escritórios, o roteador padrão é o mesmo dispositivo que seu roteador sem fio, que conecta sua casa à internet através de um ISP.

Sua conexão à internet é possibilitada pelos ISPs, que são empresas que oferecem acesso à internet para residências, empresas e organizações. Eles operam grandes redes de roteadores, cabos e servidores que conectam redes locais menores (como seu Wi-Fi doméstico) à internet global.

Um ISP atribui à sua casa ou empresa um endereço IP público exclusivo, que permite que seu roteador se comunique com outros dispositivos na internet. Quando você digita um endereço da web, seu dispositivo primeiro contata seu ISP, que direciona seu pedido para o destino apropriado na internet. O ISP atua como um “intermediário”, roteando seus dados para seu destino e enviando as respostas de volta para você.