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Introdução a Arquitetura de Redes​

A arquitetura de redes define a organização e o funcionamento das redes de computadores, garantindo a comunicação eficiente entre dispositivos. Existem diferentes modelos de arquitetura, sendo os mais importantes o modelo OSI (Open Systems Interconnection) e o modelo TCP/IP.



Modelo OSI​

O Modelo OSI (Open Systems Interconnection) é uma estrutura conceitual desenvolvida pela ISO (International Organization for Standardization) para padronizar a comunicação entre dispositivos em redes de computadores. Ele divide a comunicação em sete camadas, onde cada uma desempenha uma função específica e interage com as camadas adjacentes.


  1. Camada Física: Responsável pela transmissão de bits através do meio físico, incluindo cabos, ondas de rádio e sinais elétricos.
  2. Camada de Enlace de Dados: Garante a entrega confiável dos dados entre dois dispositivos conectados fisicamente, utilizando técnicas como detecção e correção de erros.
  3. Camada de Rede: Define o roteamento dos pacotes de dados entre redes diferentes, sendo o protocolo IP um dos principais exemplos.
  4. Camada de Transporte: Garante a entrega confiável e ordenada dos dados entre os dispositivos finais, utilizando protocolos como TCP e UDP.
  5. Camada de Sessão: Controla o estabelecimento, manutenção e encerramento das sessões de comunicação entre aplicações.
  6. Camada de Apresentação: Responsável pela conversão de dados em formatos compreensíveis entre diferentes sistemas, incluindo criptografia e compressão.
  7. Camada de Aplicação: Fornece serviços diretamente para os usuários e aplicações, como HTTP, FTP e SMTP.

O modelo OSI não é amplamente implementado na prática, mas serve como uma referência essencial para entender a comunicação em redes e comparar com o modelo TCP/IP.



Modelo TCP/IP​

O Modelo TCP/IP é a estrutura base para a comunicação na Internet e redes modernas. Ele foi desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos EUA para interligar diferentes sistemas de computadores de forma robusta e escalável. Diferente do modelo OSI, que possui sete camadas, o TCP/IP é composto por quatro camadas principais, que agrupam funcionalidades de maneira mais prática.


  1. Camada de Acesso à Rede: Responsável pela transmissão física dos dados, incluindo tecnologias como Ethernet e Wi-Fi.
  2. Camada de Internet: Define o endereçamento e roteamento dos pacotes de dados entre redes, sendo o protocolo IP (Internet Protocol) a base dessa camada.
  3. Camada de Transporte: Garante a comunicação confiável entre dispositivos. Os principais protocolos dessa camada são o TCP (Transmission Control Protocol), que assegura a entrega ordenada dos dados, e o UDP (User Datagram Protocol), que oferece uma comunicação mais rápida, porém sem garantia de entrega.
  4. Camada de Aplicação: Fornece serviços e protocolos usados diretamente pelos aplicativos, como HTTP, FTP, SMTP e DNS.

Embora mais simplificado, o modelo TCP/IP agrupa as funções do modelo OSI de maneira eficiente, sendo amplamente utilizado na prática. A camada de aplicação do TCP/IP corresponde às camadas de aplicação, apresentação e sessão do OSI, enquanto a camada de transporte mantém funcionalidades semelhantes. Já as camadas de Internet e Acesso à Rede combinam funções das camadas de rede, enlace e física do modelo OSI.


Por ser a base da Internet e da maioria das redes modernas, o modelo TCP/IP continua evoluindo, incorporando novos protocolos e melhorias para garantir segurança, escalabilidade e desempenho na comunicação digital.



Arquitetura Hierárquica​

A Arquitetura Hierárquica é um modelo de organização de redes que utiliza uma estrutura em camadas para segmentar funções e otimizar o desempenho. Essa abordagem é amplamente empregada em redes corporativas e data centers, pois facilita a escalabilidade, segurança e gerenciamento da infraestrutura. A arquitetura hierárquica é normalmente dividida em três camadas principais:

  1. Camada de Acesso: Responsável pela conexão direta dos dispositivos finais, como computadores, impressoras e telefones IP. Utiliza switches e pontos de acesso para permitir a comunicação entre os usuários e a rede.

  2. Camada de Distribuição: Atua como intermediária entre a camada de acesso e a camada central. Realiza funções como agregação de tráfego, aplicação de políticas de segurança e controle de qualidade de serviço (QoS).

  3. Camada Central (Core): A camada principal da rede, onde o tráfego de dados de alta velocidade é processado e encaminhado para diferentes segmentos. É projetada para ser altamente redundante e minimizar a latência na comunicação.


Essa arquitetura tem como benefícios:

  • Escalabilidade: A estrutura modular permite a expansão da rede sem comprometer o desempenho.

  • Facilidade de Gerenciamento: A segmentação funcional melhora o controle e a manutenção da rede.

  • Alta Disponibilidade: A redundância na camada central garante maior confiabilidade e continuidade dos serviços.

  • Segurança Aprimorada: A implementação de políticas de segurança e segmentação de tráfego reduz riscos de ataques e acessos não autorizados.


Esse modelo é amplamente utilizado em ambientes empresariais, instituições educacionais e data centers, garantindo uma comunicação eficiente e segura entre diferentes setores e usuários. Com a evolução das redes, a arquitetura hierárquica continua sendo uma base essencial para a implementação de infraestruturas modernas, incluindo redes definidas por software (SDN) e computação em nuvem.



Arquitetura P2P (Peer-to-Peer)​

A Arquitetura Peer-to-Peer (P2P) é um modelo de comunicação distribuída onde os dispositivos participantes atuam simultaneamente como clientes e servidores. Diferente da arquitetura hierárquica, que depende de servidores centrais para gerenciamento do tráfego de dados, o P2P permite que os nós se comuniquem diretamente entre si.


As maiores características da Arquitetura P2P são:

  • Descentralização: Não há necessidade de um servidor central para mediar a comunicação.
  • Escalabilidade: Quanto mais nós são adicionados à rede, maior a capacidade de processamento e compartilhamento de dados.
  • Distribuição de Recursos: Cada nó fornece e consome recursos da rede, tornando-a mais eficiente.
  • Resistência a Falhas: Como não há um único ponto de falha, a arquitetura P2P é mais resiliente em relação a interrupções.

Além disso, as redes P2P se diferente em três tipos:

  1. P2P Puro: Todos os nós têm funções idênticas e compartilham recursos sem um servidor central (exemplo: redes Gnutella).
  2. P2P Híbrido: Possui um servidor central para facilitar a localização de nós, mas a troca de dados ocorre diretamente entre os pares (exemplo: BitTorrent).
  3. P2P Estruturado: Utiliza algoritmos de roteamento organizados para facilitar a busca de informações (exemplo: redes baseadas em DHT – Distributed Hash Table).


Arquitetura ATM (Asynchronous Transfer Mode)​

A Arquitetura ATM (Asynchronous Transfer Mode) é uma tecnologia de comutação de células projetada para transportar dados, voz e vídeo com alta eficiência e baixa latência. Ela combina as vantagens da comutação de circuitos e de pacotes, garantindo qualidade de serviço (QoS) para diferentes tipos de tráfego. O ATM utiliza células de tamanho fixo de 53 bytes, garantindo previsibilidade na transmissão, além de operar em redes de alta velocidade, como redes de backbone e operadoras de telecomunicações. Seu suporte a QoS permite priorizar tráfego sensível a atrasos, como chamadas de voz e streaming de vídeo, possibilitando a integração eficiente de serviços.


A rede ATM é organizada em circuitos virtuais, podendo ser PVC (Permanent Virtual Circuit), circuitos configurados manualmente para conexões permanentes, ou SVC (Switched Virtual Circuit), circuitos estabelecidos sob demanda para conexões dinâmicas. As classes de serviço ATM incluem CBR (Constant Bit Rate), usado para aplicações que exigem taxa constante de transmissão, como chamadas de voz, VBR (Variable Bit Rate), adequado para tráfego variável como streaming de vídeo, ABR (Available Bit Rate), que ajusta dinamicamente a largura de banda conforme a disponibilidade da rede, e UBR (Unspecified Bit Rate), utilizado para aplicações sem requisitos rigorosos de desempenho.


A Arquitetura ATM foi amplamente utilizada em redes de backbone de operadoras, redes corporativas que necessitavam de transmissão confiável de multimídia e transporte de voz e vídeo em telefonia IP e videoconferências. No entanto, atualmente foi em grande parte substituída por tecnologias mais flexíveis e econômicas, como Ethernet Gigabit, MPLS e IP.



Redes de Circuitos Virtuais (Frame Relay, MPLS)​

As redes de circuitos virtuais, como Frame Relay e MPLS (Multiprotocol Label Switching), são tecnologias projetadas para otimizar a transmissão de dados em redes de longa distância. Essas redes estabelecem caminhos lógicos antes do envio dos dados, garantindo maior eficiência e controle sobre o tráfego.


O Frame Relay foi amplamente utilizado em redes corporativas e provedores de serviços para conectar filiais e data centers. Ele funciona criando circuitos virtuais permanentes (PVCs) ou comutados (SVCs) para otimizar o uso da largura de banda. Embora tenha sido muito popular na década de 1990 e início dos anos 2000, o Frame Relay foi gradualmente substituído por tecnologias mais modernas, como MPLS e conexões baseadas em IP.


O MPLS surgiu como uma evolução das redes de comutação de pacotes, permitindo um roteamento mais eficiente e rápido dos dados. Em vez de utilizar roteamento baseado exclusivamente em endereços IP, o MPLS emprega rótulos para direcionar pacotes de forma otimizada, reduzindo a sobrecarga dos roteadores e melhorando a qualidade do serviço (QoS). Essa tecnologia é amplamente utilizada em redes de operadoras e grandes empresas, suportando tráfego de dados, voz e vídeo com alta confiabilidade e baixa latência.


Embora o Frame Relay esteja praticamente obsoleto, o MPLS continua sendo uma solução essencial para redes de alta performance, garantindo segurança, escalabilidade e suporte a diferentes classes de serviço para atender às demandas de aplicações críticas.