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Comunicação

Ciência da Computação do A-Level · Tópico 2

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23:48

Redes

Você toca em enviar. Em menos de um segundo, sua mensagem salta do seu telefone, corre pela sua cidade, mergulha sob um oceano através de um cabo, e surge em…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

2.1

Redes: propósito e benefícios

Programa
Os candidatos devem ser capazes de: Notas e orientações
Demonstrar compreensão da finalidade e benefícios dos dispositivos de rede
Demonstrar compreensão das características de uma LAN (rede local) e uma WAN (rede de longa distância)
Explicar os modelos client-server e peer-to-peer de computadores em rede Papéis dos diferentes computadores dentro dos modelos de rede e sub-rede. Benefícios e desvantagens de cada modelo. Justificar o uso de um modelo para uma situação dada
Demonstrar compreensão de thin-client e thick-client e as diferenças entre eles
Demonstrar compreensão das topologias bus, estrela, mesh e híbridas Compreender como os pacotes são transmitidos entre dois hosts para uma topologia dada. Justificar o uso de uma topologia para uma situação dada
Demonstrar compreensão de computação em nuvem Incluindo o uso de nuvens públicas e privadas. Benefícios e desvantagens da computação em nuvem
Demonstrar compreensão das diferenças e implicações do uso de redes sem fio e com fios Descrever as características de cabos de cobre, cabos de fibra óptica, ondas de rádio (incluindo WiFi), micro-ondas, satélites
Descrever o hardware utilizado para suportar uma LAN Incluindo switch, servidor, Placa de Interface de Rede (NIC), Placa de Interface de Rede Sem Fio (WNIC), Pontos de Acesso Sem Fio (WAP), cabos, bridge, repetidor
Descrever o papel e a função de um router em uma rede
Demonstrar compreensão de Ethernet e como colisões são detectadas e evitadas Incluindo Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection (CSMA/CD)
Demonstrar compreensão de bit streaming Métodos de bit streaming, ou seja, tempo real e sob demanda. Importância das taxas de bits na velocidade da banda larga no bit streaming
Demonstrar compreensão das diferenças entre a World Wide Web (WWW) e a internet
Descrever o hardware utilizado para suportar a internet Incluindo modems, PSTN (Rede Telefônica Comutada Pública), linhas dedicadas, rede de telefonia celular
Explicar o uso de endereços IP na transmissão de dados pela internet Incluindo: • formato de um endereço IP incluindo IPv4 e IPv6 • uso de subnetting em uma rede • como um endereço IP é associado a um dispositivo em uma rede • diferença entre um endereço IP público e um endereço IP privado e as implicações para a segurança • diferença entre um endereço IP estático e um endereço IP dinâmico
Explicar como um Uniform Resource Locator (URL) é usado para localizar um recurso na World Wide Web (WWW) e o papel do Domain Name Service (DNS)

Fonte: Programa Cambridge International

Uma rede 网络 é um conjunto de dispositivos computacionais conectados para que possam se comunicar e compartilhar recursos. Benefícios:

  • compartilhamento de recursos (impressoras, servidores de arquivos, internet) — mais barato do que equipar cada computador.
  • compartilhamento de dados — muitos usuários acessam os mesmos arquivos.
  • gerenciamento centralizado — instalar software, gerenciar usuários e fazer backup uma única vez no servidor.
  • comunicação — e-mail, chamadas de vídeo, mensagens.
  • acesso remoto — trabalhar de qualquer lugar.
Explorar

Laboratório de roteamento de rede

Siga os dados de um dispositivo através do hardware de rede e protocolos.

2.1

LAN vs WAN

Uma rede de área local 局域网 (LAN) cobre uma área pequena — uma casa, escritório ou escola, geralmente pertencente à organização, com altas taxas de transferência de dados e baixa latência 延迟.

Uma rede de área ampla 广域网 (WAN) cobre uma grande área — uma cidade, país ou o mundo (a internet é a maior WAN). Usa infraestrutura de empresas de telecomunicações — frequentemente a Public Switched Telephone Network 公共交换电话网 (PSTN), linhas alugadas ou fibra óptica — com taxas de transferência de dados menores e latência mais alta. Uma WAN conecta várias LANs entre si.

Para "dê duas características de uma LAN": ela cobre uma área geográfica pequena (um único local ou prédio); o hardware é propriedade da organização, não alugado de uma empresa de telecom; ela se conecta através de seus próprios switches, cabos e pontos de acesso. Para "duas maneiras pelas quais uma WAN é diferente": ela cobre uma grande área geográfica; usa infraestrutura de terceiros (alugada ou pública); as taxas de transferência de dados são menores e a latência maior; geralmente conecta várias LANs. Uma escola em um único local é uma LAN; uma empresa com escritórios em duas cidades precisa de uma WAN, com uma linha alugada ou a internet entre os locais. Justifique a escolha com base na área coberta e de quem são os enlaces.

Vários sites de LAN espalhados por uma grande área, cada um conectado através de uma nuvem WAN de provedor central, com uma linha alugada direta entre dois sites distantes
Uma rede de área ampla conecta muitos sistemas por uma grande área
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
network/ˈnetwɜːk/ 网络 wǎng luò
Public Switched Telephone Network/ˈpʌblɪk swɪtʃt ˈtelɪfəʊn ˈnetwɜːk/ 公共交换电话网 gōng gòng jiāo huàn diàn huà wǎng
2.1

Cliente-servidor e par-a-par

Cliente-servidor

  • máquinas poderosas atuam como servidores 服务器, fornecendo serviços (arquivos, páginas web, e-mail).
  • outras máquinas são clientes 客户端 que solicitam serviços.
  • Centralizado e fácil de gerenciar, mas o servidor é um ponto único de falha, a menos que haja backup.
Um desktop, laptop e tablet cliente enviam solicitações através da internet para um servidor central, que envia respostas de volta
Em uma rede cliente-servidor, clientes solicitam serviços de um servidor central

Par-a-par (P2P)

  • todas as máquinas são pares iguais; cada uma pode ser tanto cliente quanto servidor (peer-to-peer 对等网络).
  • os recursos estão distribuídos entre os pares — sem servidor central. Robusta contra uma falha, mas mais difícil de manter segura e consistente.

Escolhendo um modelo. Cliente-servidor adequa-se a uma escola ou empresa: os arquivos são armazenados e feitos backup centralmente, um usuário faz login com uma única conta de qualquer máquina, software e segurança são gerenciados uma única vez, e o servidor pode ser uma máquina poderosa. As desvantagens são o custo do servidor e de um técnico, e que o servidor é um ponto único de falha. Par-a-par adequa-se a poucos amigos compartilhando arquivos ou a um jogo: nenhum servidor para comprar, fácil de configurar, e cada usuário mantém controle de sua própria máquina. As desvantagens que o esquema lista: os arquivos estão espalhados por muitas máquinas, então são difíceis de fazer backup e um arquivo está indisponível quando a máquina do seu proprietário está desligada; cada máquina deve ser protegida separadamente; e um par que serve aos outros diminui a velocidade. Um jogo online jogado através de um navegador web com outros usuários é o modelo cliente-servidor: o navegador é o cliente, e o jogo e seu mundo virtual compartilhado rodam no servidor da empresa, que mantém a visão de cada jogador consistente.

Seis computadores pares em um anel, cada um conectado diretamente a todos os outros pares, sem servidor central; todo par é tanto cliente quanto servidor
Em uma rede par-a-par, cada nó é tanto cliente quanto servidor
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
server/ˈsɜːvə/ 服务器 fú wù qì
client/ˈklaɪənt/ 客户端 kè hù duān
peer-to-peer/pɪə tə pɪə/ 对等网络 duì děng wǎng luò
bus/bʌs/ 总线 zǒng xiàn
bandwidth/ˈbændwɪdθ/ 带宽 dài kuān
2.1

Clientes finos e pesados

Um cliente fino 瘦 cliente faz pouco processamento local e depende de um servidor poderoso (terminais web, áreas de trabalho remotas). Um cliente pesado 胖 cliente possui forte processamento local e armazenamento e roda aplicativos completos sozinho (um PC desktop normal).

Recurso Cliente fino Cliente pesado
Processamento local mínimo substancial
Armazenamento local mínimo substancial
Dependência da rede alta menor
Carga no servidor alta menor

Os papéis: em um modelo de cliente fino, o servidor faz o processamento e armazena os dados, e o cliente apenas envia entrada e mostra a saída. Um terminal barato é suficiente, e tudo é feito backup e atualizado no servidor, mas nada funciona se a rede ou o servidor falhar. Em um modelo de cliente pesado, o cliente roda o software e armazena arquivos sozinho, então pode funcionar sem conexão de rede e sobrecarrega menos o servidor, às custas de clientes mais poderosos (e caros) que devem ser atualizados e protegidos individualmente. Uma sala de informática escolar pode usar clientes finos (baratos, gerenciados centralmente); um editor de vídeo precisa de um cliente pesado.

2.1

Topologias de rede

A topologia 拓扑 é como os nós e enlaces estão organizados.

  • total 总线 — todos os dispositivos em um único cabo compartilhado. Barata; toda a LAN falha se a total falhar; o desempenho cai conforme mais dispositivos compartilham a largura de banda 带宽.
  • estrela 星形 — cada dispositivo se conecta a um switch central. A falha de um dispositivo não afeta os outros; a falha do switch derruba todos. Mais comum hoje.
  • malha 网状 — cada dispositivo se conecta diretamente aos outros, com vários caminhos. Muito tolerante a falhas 容错 (o tráfego é redirecionado), mas exige muito cabo.
  • híbrida — uma mistura (uma estrela em cada escritório, enlaces em malha entre escritórios).
Seis computadores cada um conectado por um cabo de descida a um único cabo backbone compartilhado, com um bloco terminador em cada extremidade
Topologia total: todos os dispositivos compartilham um cabo com um terminador em cada extremidade
Cinco computadores cada um conectado por seu próprio cabo dedicado a um hub ou switch central
Topologia estrela: cada dispositivo se conecta a um hub ou switch central
Seis computadores em um anel com um cabo direto entre cada par de dispositivos
Topologia malha: cada dispositivo se conecta diretamente aos outros
Três clusters de estrelas, cada um uma chave com seus próprios computadores, todos conectados por um único backbone de barramento compartilhado com um terminador em cada extremidade
Topologia híbrida: aglomerados de estrelas unidos por uma total central

Como os pacotes viajam em cada topologia

Total: o dispositivo remetente coloca o pacote no cabo compartilhado; todos os dispositivos o veem, e apenas aquele cujo endereço corresponde o aceita. Apenas um dispositivo pode transmitir por vez, então colisões ocorrem (CSMA/CD, abaixo). Estrela: o remetente passa o pacote para o switch central, que lê o endereço de destino e o encaminha apenas pelo cabo até esse dispositivo; dois outros dispositivos podem conversar ao mesmo tempo. Malha: o pacote é passado de nó a nó ao longo de um dos vários rotas possíveis até chegar ao destino; se um enlace falhar, outra rota é usada.

Para justificar uma topologia: uma estrela para uma sala de aula ou escritório (um cabo falhado afeta apenas um dispositivo; um dispositivo é fácil de adicionar; com um switch não há colisões); uma malha onde a confiabilidade importa mais (um hospital, o backbone da internet); uma total apenas onde o custo importa e poucos dispositivos a compartilham. "Desenhe a topologia estrela" significa: o switch no meio, uma linha do switch para cada computador, e o servidor (e o roteador, se houver) em suas próprias linhas para o switch.

Explorar

Compare as topologias de rede

Explore as quatro topologias. Cada uma troca custo, velocidade e resistência a falhas — observe o que interrompe toda a rede em cada uma.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
topology/təˈpɒlədʒi/ 拓扑 tuò pū
star/stɑː/ 星形 xīng xíng
mesh/meʃ/ 网状 wǎng zhuàng
fault-tolerant/fɒlt ˈtɒlərənt/ 容错 róng cuò
2.1

Computação em nuvem

Computação em nuvem 云计算 entrega serviços de computação (servidores, armazenamento, software) através da internet, hospedados por uma terceira parte. Benefícios: escalabilidade 可扩展性 (pague pelo que precisar), menor custo, acesso de qualquer lugar e data centers confiáveis e redundantes. Desvantagens: requer internet, seus dados são mantidos por uma terceira parte e possível bloqueio de fornecedor.

Para a definição de uma marca: computação em nuvem é serviços de computação sob demanda (armazenamento, processamento, software) fornecidos através da internet por uma terceira parte. Uma nuvem pública 公有云 é propriedade de um provedor e compartilhada por muitos clientes pela internet; uma nuvem privada 私有云 é dedicada a uma única organização, em seu próprio hardware ou hospedada exclusivamente para ela. Benefícios que o esquema aceita: os arquivos são acessíveis de qualquer dispositivo com conexão à internet; o armazenamento escala para cima e para baixo conforme necessário; o provedor cuida do hardware, backups e atualizações de segurança; não há servidor local para comprar ou manter. Desvantagens: sem acesso sem conexão à internet; os dados estão no hardware de uma terceira parte, então segurança e privacidade dependem do provedor; custo de assinatura recorrente; o provedor pode falhar ou ser atacado; arquivos grandes podem demorar para transferir. Uma resposta "por que a empresa usa uma nuvem pública" diz que eles não precisam de seu próprio hardware, pagam apenas pelo que usam, e seus usuários podem acessá-lo de qualquer lugar.

2.1

Com fio vs sem fio

  • com fio (Ethernet 以太网 sobre par trançado 双绞线 ou fibra óptica 光纤): maior velocidade, menor latência, menos erros, mais seguro.
  • sem fio (Wi-Fi, Bluetooth, celular): sem cabos, dispositivos podem se mover, mas mais lento, propenso a interferência e escuta clandestina.

Para a mesma geração, o com fio vence em velocidade e confiabilidade; o sem fio vence em conveniência.

Meios de transmissão

Meio Características
cabo de cobre (par trançado, coaxial) barato e fácil de instalar; transmite um sinal elétrico; afetado por interferência eletromagnética; o sinal enfraquece com a distância, exigindo repetidores; largura de banda inferior à da fibra óptica
cabo de fibra óptica pulsos de luz em núcleo de vidro; largura de banda muito alta; longas distâncias sem repetidores; imune a interferências; difícil de interceptar, sendo seguro; caro e requer instalação especializada
ondas de rádio (incluindo WiFi) sem cabos, permitindo que dispositivos se movam; alcance de dezenas de metros, enfraquecido por paredes; frequência compartilhada, causando interferência e velocidade reduzida; pode ser interceptado, exigindo criptografia
micro-ondas ondas de rádio de alta frequência para enlaces ponto a ponto; requer linha de visão; afetadas pela chuva e edifícios; alta largura de banda
satélites alcançam áreas remotas e todo o globo; alto atraso (latência), pois o sinal viaja até a órbita e volta; afetados pelo tempo; caros

O exame pede a comparação em ambas as direções. O cabeado supera o sem fio em velocidade, confiabilidade (sem interferência), segurança (um cabo precisa ser fisicamente acessado) e consistência; o sem fio supera o cabeado em mobilidade, custo de instalação e adição de dispositivos sem fiação. Permitir ambos permite que alunos se movam com laptops e telefones enquanto os desktops fixos mantêm a conexão mais rápida e segura, e um dispositivo sem porta de rede ainda pode se conectar. Satélite em vez de cobre alcança lugares onde nenhum cabo chega, mas com mais atraso, interferência climática e maior custo.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
ethernet/ˈiːθənet/ 以太网 yǐ tài wǎng
twisted-pair/ˈtwɪstɪd peə/ 双绞线 shuāng jiǎo xiàn
fibre-optic/ˈfaɪbə ˈɒptɪk/ 光纤 guāng xiān
2.1

Hardware LAN

  • placa de interface de rede 网络接口卡 (NIC) — permite que um dispositivo envie e receba dados na rede; possui um endereço MAC único MAC地址 (um endereço de hardware de 48 bits). Um dispositivo sem fio usa uma placa de interface de rede sem fio 无线网络接口卡 (WNIC).
  • interruptor 交换机 — encaminha apenas quadros Ethernet para a porta correspondente ao endereço MAC de destino.
  • hub 集线器 — dispositivo mais simples que copia o tráfego para todas as portas (hoje obsoleto).
  • ponto de acesso sem fio 无线接入点 (WAP) — permite que clientes sem fio se conectem a uma LAN cabeada.
  • fiação — par trançado para curtas distâncias; fibra óptica para distâncias maiores e velocidades mais altas.
  • servidor — computador que fornece um serviço aos outros dispositivos: arquivos, impressão, páginas web, armazenamento de e-mail.
  • bridge 网桥 — une dois segmentos LAN em uma única rede, passando o tráfego entre eles.
  • repeater 中继器 — recebe um sinal enfraquecido e o retransmite em força total, estendendo o alcance do cabo.

As funções de uma WNIC, para uma questão de quatro marcas descreva: converte os dados em sinais de rádio e vice-versa; transporta o endereço MAC único do dispositivo; conecta o dispositivo a um ponto de acesso sem fio e segue o protocolo sem fio (qual canal e frequência usar); e decodifica os sinais entrantes para o dispositivo. Dois dispositivos que podem conectar fisicamente trinta computadores com NICs: um switch ou um hub.

Um switch gigabit Ethernet de 5 portas sobre fundo branco, com cinco portas RJ-45 numeradas na frente e uma luz de alimentação
Um switch de rede: o cabo de cada dispositivo é conectado a uma de suas portas
Um cabo patch Ethernet preto sobre fundo branco, com plugue RJ-45 em cada extremidade mostrando contatos metálicos dourados e clipe de travamento
Um plugue RJ-45 em um cabo Ethernet par trançado
Um quadro endereçado ao computador C chega a um switch, que o encaminha apenas pela porta do C, deixando os cabos de A, B e D inativos
Um switch envia cada quadro apenas para a porta de seu destino
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
switch/swɪtʃ/ 交换机 jiāo huàn jī
hub/hʌb/ 集线器 jí xiàn qì
packet/ˈpækɪt/ 数据包 shù jù bāo
repeater/rɪˈpiːtə/ 中继器 zhōng jì qì
network interface card/ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ 网络接口卡 wǎng luò jiē kǒu kǎ
MAC address/mæk əˈdres/ MAC地址 MAC dì zhǐ
wireless network interface card/ˈwaɪələs ˈnetwɜːk ˈɪntəfeɪs kɑːd/ 无线网络接口卡 wú xiàn wǎng luò jiē kǒu kǎ
wireless access point/ˈwaɪələs ˈækses pɔɪnt/ 无线接入点 wú xiàn jiē rù diǎn
bridge/brɪdʒ/ 网桥 wǎng qiáo
2.1

Routers

Um router 路由器 conecta redes diferentes e encaminha dados entre elas — geralmente na fronteira de uma LAN e da internet. Ele faz:

  • encaminhamento — lê o endereço IP de destino IP地址 de cada pacote 数据包 e o envia pela porta correta, usando uma tabela de roteamento 路由表.
  • tradução de endereços de rede 网络地址转换 (NAT) — permite que muitos endereços privados de LAN compartilhem um único IP público.
  • DHCP 动态主机配置协议 — atribui endereços IP privados a dispositivos LAN.
  • firewall 防火墙 — bloqueia tráfego indesejado entrante.

Na comutação de pacotes 分组交换, uma mensagem é dividida em pacotes enviados independentemente. Cada router lê o endereço IP de destino de um pacote, consulta o próximo salto em sua tabela de roteamento e o encaminha, então os pacotes de uma mesma mensagem podem tomar rotas diferentes e são reagrupados na ordem correta no destino. Um router recebe pacotes, os encaminha entre redes e distribui endereços IP; ele não descobre o IP associado a uma URL (isso é feito pelo DNS) e não armazena páginas web. Um router doméstico também contém o modem e o ponto de acesso sem fio, então um único aparelho conecta a LAN à internet.

Uma LAN de três computadores e um servidor conectados a um switch, que se conecta através de um router tanto à internet quanto a outra LAN ou WAN
Um router conecta uma LAN à internet ou a outra rede
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
router/ˈruːtə/ 路由器 lù yóu qì
cloud computing/klaʊd kəmˈpjuːtɪŋ/ 云计算 yún jì suàn
scalability/ˌskeɪləˈbɪlɪti/ 可扩展性 kě kuò zhǎn xìng
public cloud/ˈpʌblɪk klaʊd/ 公有云 gōng yǒu yún
private cloud/ˈpraɪvət klaʊd/ 私有云 sī yǒu yún
DHCP/ˌdiː eɪtʃ siː ˈpiː/ 动态主机配置协议 dòng tài zhǔ jī pèi zhì xié yì
firewall/ˈfaɪəwɔːl/ 防火墙 fáng huǒ qiáng
packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ 分组交换 fēn zǔ jiāo huàn
2.1

Ethernet e CSMA/CD

Ethernet é o padrão (protocolo) para LANs cabeadas: dispositivos são unidos por cabo par trançado ou fibra, os dados são enviados em quadros que contêm endereços MAC de origem e destino, e um meio compartilhado usa CSMA/CD para lidar com colisões. Em meios compartilhados, uma colisão 冲突 pode ocorrer quando dois dispositivos transmitem simultaneamente. O protocolo é CSMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):

  1. detecção de portadora — escutar antes de enviar; esperar se o cabo estiver ocupado.
  2. acesso múltiplo — muitos dispositivos compartilham o meio.
  3. detecção de colisão — continuar escutando enquanto envia; um choque é uma colisão.
  4. em caso de colisão, ambos param, enviam um sinal de "jam" breve, depois esperam um tempo de backoff aleatório antes de tentar novamente.

As três tarefas, nas palavras do esquema: o dispositivo escuta (detecta a portadora) antes de transmitir; verifica continuamente por colisões durante a transmissão; em caso de colisão, para, envia um sinal jam, espera um tempo aleatório e retransmite.

A Ethernet comutada moderna usa enlaces ponto a ponto full-duplex 全双工, portanto colisões já não ocorrem.

Um fluxograma do processo CSMA/CD: montar quadro, verificar se a linha está ociosa, enviar, detectar colisões, enviar sinal jam, fazer backoff e tentar novamente até um limite máximo
O processo CSMA/CD para lidar com colisões em meios compartilhados
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
collision/kəˈlɪʒn/ 冲突 chōng tū
CSMA/CD/ˌsiː es em ˈeɪ ˌsiː ˈdiː/ 载波侦听多路访问/冲突检测 zài bō zhēn tīng duō lù fǎng wèn / chōng tū jiǎn cè
full-duplex/fʊl ˈdjuːpleks/ 全双工 quán shuāng gōng
2.1

Bit streaming

Bit streaming 流式传输 envia multimídia como um fluxo contínuo que o receptor reproduz à medida que chega, em vez de baixar o arquivo inteiro primeiro.

  • em tempo real (ao vivo): capturado e transmitido conforme acontece (esporte ao vivo, videochamadas). Não é possível rebobinar; baixa latência é vital.
  • sob demanda: pré-gravado em um servidor (YouTube, Netflix). É possível pausar e rebobinar; o servidor pode bufferizar 缓冲 adiante.

O streaming em tempo real funciona como um curto pipeline:

  1. capturar e amostrar a fonte (câmera ou microfone).
  2. codificar, usando compressão 压缩 para reduzir os dados.
  3. enviar pela rede em pacotes.
  4. o receptor bufferiza um pouco, depois reproduz ao vivo — descartando qualquer pacote que chegue atrasado, pois um stream ao vivo não pode esperar por ele.

Compressão com perda 有损 compression é usada aqui: imagens em movimento ocultam pequenas perdas, e o stream deve ser pequeno o suficiente para caber na largura de banda.

Por que um vídeo é comprimido antes do streaming em tempo real: o stream sem compressão precisaria de mais largura de banda do que a conexão oferece, fazendo com que os frames chegassem atrasados e a reprodução travasse. A compressão reduz o número de bits, mantendo a taxa de bits 比特率 abaixo da velocidade da banda larga, o atraso pequeno e menos armazenamento e custo em ambas as extremidades. A taxa de bits deve ser menor que a velocidade da conexão: uma taxa mais alta dá melhor qualidade, mas exige conexão mais rápida; se os dados chegarem mais devagar do que são reproduzidos, o buffer esvazia e o vídeo congela. O streaming sob demanda pode bufferizar mais do arquivo adiante, lidando bem com conexões lentas; o streaming em tempo real não consegue.

Dados fluem do servidor de origem para um buffer que enche entre uma marca baixa e uma alta, e o player de mídia lê do buffer
Dados fluem do servidor para um buffer antes do player de mídia ler
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
bit streaming/bɪt ˈstriːmɪŋ/ 流式传输 liú shì chuán shū
buffer/ˈbʌfə/ 缓冲 huǎn chōng
compression/kəmˈpreʃn/ 压缩 yā suō
lossy/ˈlɒsi/ 有损 yǒu sǔn
bit rate/bɪt reɪt/ 比特率 bǐ tè lǜ
2.1

A internet e a World Wide Web

A internet 互联网 é uma rede de redes global usando um conjunto comum de protocolos 协议 (TCP/IP). A World Wide Web 万维网 (WWW) é um serviço que roda sobre ela: documentos hiperlinkados identificados por URLs, visualizados em navegadores via HTTP/HTTPS. E-mail e transferência de arquivos são outros serviços da internet que não fazem parte da WWW.

Webmail usa ambos: a WWW, porque a caixa de entrada é uma página web acessada por uma URL em um navegador via HTTP; e a internet, porque o próprio e-mail viaja pela rede de redes (e-mail é um serviço separado da internet em relação à web).

A World Wide Web é um serviço rodando sobre a Internet
A Web é um serviço rodando sobre a Internet

Hardware que suporta a internet

  • modem 调制解调器 — converte o sinal digital do computador em sinal analógico para uma linha telefônica, e vice-versa na outra extremidade (modulação e demodulação).
  • PSTN — a rede telefônica pública de centrais e linhas; uma conexão dial-up ou DSL transporta dados da internet por ela.
  • linha dedicada 专线 — uma linha alugada entre uma organização e seu ISP: sempre ativa, com largura de banda fixa que não é compartilhada, sendo mais rápida e confiável, mas cara.
  • rede de celular 蜂窝网络 — o telefone envia dados por rádio para a torre celular mais próxima (estação base); as torres estão ligadas à rede da operadora, que roteia os dados para a internet; à medida que o telefone se move, ocorre handover de uma célula para a próxima.
Três faixas, uma por forma de acessar a internet: um computador doméstico através de um modem e a rede telefônica comutada pública; uma LAN de escritório por uma linha dedicada alugada; um smartphone por rádio para uma torre celular e através da rede de celulares; todos terminam no ISP
Três formas de acessar a internet: modem e PSTN, linha dedicada e rede de celulares
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
internet/ˈɪntənet/ 互联网 hù lián wǎng
local area network/ˈləʊkl ˈeərɪə ˈnetwɜːk/ 局域网 jú yù wǎng
latency/ˈleɪtənsi/ 延迟 yán chí
wide area network/waɪd ˈeərɪə ˈnetwɜːk/ 广域网 guǎng yù wǎng
protocol/ˈprəʊtəkɒl/ 协议 xié yì
IP address/ˌaɪ ˈpiː əˈdres/ IP地址 IP dì zhǐ
routing table/ˈraʊtɪŋ ˈteɪbl/ 路由表 lù yóu biǎo
network address translation/ˈnetwɜːk əˈdres trænˈsleɪʃn/ 网络地址转换 wǎng luò dì zhǐ zhuǎn huàn
modem/ˈməʊdem/ 调制解调器 tiáo zhì jiě tiáo qì
World Wide Web/wɜːld waɪd web/ 万维网 wàn wéi wǎng
dedicated line/ˈdedɪkeɪtɪd laɪn/ 专线 zhuān xiàn
2.1

Endereços IP

Um endereço IP identifica unicamente um dispositivo.

  • IPv4 — 32 bits, quatro números decimais de 0 a 255 (192.168.1.10); cerca de $4.3 \times 10^{9}$ endereços (agora esgotados).
  • IPv6 — 128 bits, oito grupos de quatro dígitos hexadecimais; cerca de $3.4 \times 10^{38}$ endereços.

O IPv4 é escrito como quatro grupos de números decimais separados por pontos; cada grupo é um número de 8 bits, variando de 0 a 255. O IPv6 é escrito como oito grupos de quatro dígitos hexadecimais separados por dois-pontos, 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329, e uma sequência de grupos nulos pode ser abreviada para ::. Portanto, 192.168.3.2 não é IPv6: tem quatro grupos, não oito, separados por pontos em vez de dois-pontos, e seus grupos são decimais, não hexadecimais. 256.0.0.A não é um endereço válido de nenhum dos tipos: um grupo IPv4 não pode exceder 255 nem conter letras, e o IPv6 precisaria de dois-pontos e oito grupos.

Sub-redes

Uma rede pode ser dividida em sub-redes 子网. O endereço IP divide-se em uma parte de rede e uma parte de host, definidas por uma máscara de sub-rede 子网掩码 (ex. 255.255.255.0 = os primeiros 24 bits são da rede). A subdivisão melhora a gestão, reduz o tráfego de broadcast e aumenta a segurança.

As duas partes de um endereço numa sub-rede: o ID de rede (os primeiros bits, os mesmos para todos os dispositivos naquela sub-rede, dados pelos uns na máscara) e o ID de host (os bits restantes, únicos para cada dispositivo). Benefícios da subdivisão, para "descrever dois benefícios": menos tráfego em cada parte, pois as transmissões permanecem dentro da sua sub-rede; melhor segurança, porque o tráfego de um departamento é mantido fora dos outros; gestão mais fácil e diagnóstico de falhas; uso mais eficiente dos endereços. Dois dispositivos com a máscara 255.255.255.0 estão em sub-redes diferentes quando seus três primeiros grupos diferem.

Seis sub-redes departamentais, cada uma com seu próprio ID de rede /24, todas conectadas através de um roteador central que também alcança a internet
Dividir uma rede em sub-redes, um ID de rede por departamento

Endereços públicos vs privados

  • endereços privados são usados dentro de uma LAN e não são roteáveis na internet (ex. 192.168.0.0/16).
  • um endereço IP público é globalmente único e roteável, atribuído por um ISP 互联网服务提供商.

Dispositivos atrás do NAT com endereços privados não são diretamente acessíveis pela internet, oferecendo alguma proteção.

As descrições que as tabelas pedem: um endereço público é visível na internet e único nela, alocado pelo ISP; um endereço privado é visível apenas dentro da LAN, é reutilizado por muitas LANs e precisa de NAT para alcançar a internet. Um endereço estático nunca muda (definido manualmente ou reservado, como um servidor precisa); um endereço dinâmico é alocado pelo DHCP toda vez que o dispositivo se conecta e pode mudar.

Estático vs dinâmico

  • um endereço IP estático é fixo; usado para servidores que devem ser encontrados em um endereço conhecido.
  • um endereço IP dinâmico é atribuído pelo DHCP e pode mudar; mais fácil para dispositivos clientes e usa eficientemente um pool de endereços limitado.

Exemplo resolvido. Um host tem endereço IP 192.168.10.130 com máscara de sub-rede 255.255.255.192. Em qual rede ele está, e 192.168.10.200 está na mesma? O último octeto da máscara, 192, é 11000000 em binário, então os primeiros 26 bits são a parte da rede e os últimos 6 bits endereçam o host. Isso faz com que as sub-redes avançam em blocos de $256 - 192 = 64$: .0, .64, .128, .192. O endereço 130 cai no bloco que começa em .128, então o host está na rede 192.168.10.128/26, cujos hosts utilizáveis vão de .129 a .190 (.191 é o endereço de broadcast). 200 cai no bloco seguinte (.192), então está em uma sub-rede diferente e o tráfego entre os dois deve passar por um roteador. Obtenha o tamanho do bloco primeiro a partir da máscara ($256$ menos o octeto da máscara) — adivinhar pelos três primeiros octetos é o que causa erros nestes exercícios.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
ISP/ˌaɪ es ˈpiː/ 互联网服务提供商 hù lián wǎng fú wù tí gōng shāng
cell phone network/sel fəʊn ˈnetwɜːk/ 蜂窝网络 fēng wō wǎng luò
subnets/ˈsʌbnets/ 子网 zi wǎng
subnet mask/ˈsʌbnet mæsk/ 子网掩码 zi wǎng yǎn mǎ
2.1

URL e DNS

Uma URL 统一资源定位符 (Uniform Resource Locator) localiza um recurso na WWW:

https://www.example.com/about/contact.html
protocol     domain name        path
  • protocolo: http, https, etc.
  • nome de domínio 域名: um endereço de servidor legível.
  • caminho: o recurso naquele servidor.

O Sistema de Nomes de Domínio 域名系统 (DNS, também chamado de Serviço de Nomes de Domínio) é um conjunto distribuído de servidores que converte nomes de domínio em endereços IP. Quando você digita uma URL, o navegador pede ao resolveror DNS o IP, que consulta servidores DNS (raiz → nível superior → autoritativo) até encontrá-lo; o navegador então se conecta a esse IP e solicita o caminho. O DNS poupa os humanos de memorizar endereços IP e permite que um site mude de servidor sem mudar seu nome.

Para "explique como o navegador usa a URL": o navegador divide a URL em protocolo, nome de domínio e caminho; envia o nome de domínio a um servidor DNS, que retorna o endereço IP correspondente (um cache no computador ou no ISP pode responder primeiro); abre uma conexão com esse endereço IP usando o protocolo (HTTPS na porta 443); envia uma solicitação para o caminho; e o servidor web retorna a página, que o navegador renderiza. Se a consulta DNS falhar, o navegador relata que o servidor não pôde ser encontrado.

Numerado de um a cinco: o computador pede ao resolveror DNS o IP, o resolveror consulta outro servidor DNS, o IP é retornado ao resolveror e depois ao computador, e o navegador se conecta ao servidor do site *Como o DNS encontra o IP de um site antes que o navegador se conecte

Explorar

Como o DNS localiza um site

Passo a passo de uma consulta DNS. A rede roteia por IP, não por nome — então, antes de qualquer coisa carregar, o DNS deve converter o nome de domínio em um endereço IP.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
URL/ˌjuː ɑː ˈel/ 统一资源定位符 tǒng yī zī yuán dìng wèi fú
domain name/dəˈmeɪn neɪm/ 域名 yù míng
Domain Name System/dəˈmeɪn neɪm ˈsɪstəm/ 域名系统 yù míng xì tǒng
2.1

Definições aceitas pelo examinador

Uma questão de definição é marcada contra texto fixo. Aprenda estes exatamente.

Termo Definição
LAN uma rede cobrindo uma pequena área geográfica, geralmente um local, cujo hardware é propriedade da organização
WAN uma rede cobrindo uma grande área geográfica, conectando LANs através de enlaces de terceiros (alugados ou públicos)
cliente-servidor um modelo em que computadores clientes solicitam serviços de um servidor central mais poderoso que os fornece
par-a-par um modelo em que cada computador é igual e pode atuar tanto como cliente quanto como servidor, sem servidor central
" thin client
" thick client
topologia mesh uma topologia em que cada dispositivo está conectado diretamente a muitos outros, proporcionando mais de uma rota entre dois dispositivos
computação em nuvem serviços de computação sob demanda (armazenamento, processamento, software) fornecidos pela internet por um terceiro
Ethernet o protocolo padrão para LANs cabeadas, enviando dados em quadros e usando CSMA/CD em um meio compartilhado
interruptor um dispositivo que encaminha cada quadro apenas para a porta do seu endereço MAC de destino, dentro de uma LAN
roteador um dispositivo que conecta redes e encaminha pacotes entre elas pelo seu endereço IP de destino
streaming de bits enviar um fluxo contínuo de bits para que o receptor reproduza a mídia conforme chega, sem baixar todo o arquivo primeiro
internet a rede global de redes que usa os protocolos TCP/IP
World Wide Web a coleção de páginas web hiperligadas, identificadas por URLs e acessadas sobre a internet através de um navegador
URL o endereço que localiza um recurso na web: protocolo, nome de domínio e caminho
DNS o serviço que traduz um nome de domínio no endereço IP do servidor que detém o recurso
Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
thick client/θɪk ˈklaɪənt/ 胖客户端 pàng kè hù duān
thin client/θɪn ˈklaɪənt/ 瘦客户端 shòu kè hù duān
2.1

Dicas de prova

  • Distinguir LAN vs WAN e cliente-servidor vs par-a-par por quem armazena e controla os recursos.
  • Correspondar cada topologia (barra, estrela, malha) a suas vantagens e desvantagens (custo, confiabilidade, colisões).
  • Conhecer a função de cada dispositivo: um interruptor direciona dentro de uma LAN pelo endereço MAC, um roteador roteia entre redes pelo IP.
  • Explicar streaming de bits e por que o buffer é necessário (os dados chegam a uma taxa diferente da reprodução).
  • Distinguir IPv4 vs IPv6 e endereços públicos vs privados; DNS transforma uma URL em um endereço IP.

Erros comuns

  • Dizer que um switch funciona por endereço IP. Um switch encaminha por endereço MAC dentro da LAN; o roteador encaminha por endereço IP entre redes.
  • Tratar a internet e a World Wide Web como a mesma coisa. A web é um serviço que roda sobre a internet; email e transferência de arquivos são outros.
  • Dar "mais rápido" como a única comparação entre cabeadas e sem fio. Diga mais rápido e mais confiável e mais seguro, e dê o lado sem fio (mobilidade, sem fiação) quando a pergunta pedir uma comparação.
  • Escrever que um roteador encontra o endereço IP para uma URL. O DNS faz isso; o roteador encaminha pacotes para ele.
  • Descrever o IPv6 com pontos e grupos decimais. Oito grupos de quatro dígitos hexadecimais, separados por dois-pontos.
  • Desenhar uma topologia estrela como um anel ou corrente. Cada dispositivo tem sua própria linha para o switch no meio.

Aulas interativas sobre este tópico

Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.

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