Preparatório Caixa TI: Redes de Computadores e fundamentos de comunicação

Arquitetura de redes: LAN, WAN e conceitos básicos de comunicação

Uma rede de computadores é um conjunto de dispositivos (hosts) interligados para trocar dados. Em provas, é comum diferenciar redes pelo alcance e pela forma como os dados são encaminhados.

LAN, MAN e WAN

• LAN (Local Area Network): rede local (ex.: agência, andar de um prédio). Normalmente usa Ethernet e switches, com baixa latência e alta taxa.
• MAN (Metropolitan Area Network): cobre uma cidade/região (menos comum na cobrança direta, mas aparece como “rede metropolitana”).
• WAN (Wide Area Network): interliga LANs a longas distâncias (ex.: matriz e filiais). Usa roteadores e enlaces de operadoras (MPLS, links dedicados, VPN sobre Internet).

Comunicação: unicast, broadcast e multicast

• Unicast: 1 para 1 (ex.: seu PC acessando um servidor web).
• Broadcast: 1 para todos na mesma rede (ex.: ARP no IPv4; DHCP Discover).
• Multicast: 1 para muitos inscritos em um grupo (ex.: streaming interno, protocolos de roteamento).

Topologias e componentes: como a rede é montada

Topologias físicas e lógicas

• Estrela: a mais comum em Ethernet; todos conectam a um switch central. Falha no switch afeta todos.
• Barramento: legado (coaxial); colisões e difícil manutenção.
• Anel: legado/industrial; tráfego circula em anel.
• Malha: múltiplos caminhos (comum entre roteadores/links WAN); alta disponibilidade e custo maior.

Dispositivos e funções (visão de prova)

• Switch: comuta quadros na LAN com base em MAC (camada 2). Reduz colisões e segmenta domínios de colisão.
• Roteador: encaminha pacotes entre redes IP (camada 3). Separa domínios de broadcast.
• Access Point (AP): conecta clientes Wi‑Fi à LAN cabeada (ponte L2 na maioria dos cenários).
• Firewall: filtra tráfego por regras (pode atuar em L3/L4 e, em NGFW, até L7).

Meios de transmissão: cabeado e sem fio

Meios físicos (cabeados)

• Par trançado (UTP/STP): comum em LAN. Categorias (Cat5e, Cat6, Cat6A) influenciam taxa e distância. Padrão típico: até 100 m por segmento.
• Fibra óptica: maior alcance e imunidade a interferência eletromagnética. Pode ser monomodo (longas distâncias) ou multimodo (distâncias menores em datacenters/prédios).
• Coaxial: legado em LAN, ainda aparece em TV a cabo/alguns cenários específicos.

Sem fio (Wi‑Fi): noções cobradas

• Bandas: 2,4 GHz (maior alcance, mais interferência) e 5 GHz (mais canais, maior taxa, menor alcance).
• Interferência e canal: redes vizinhas e sobreposição de canais impactam desempenho.
• Segurança: preferir WPA2/WPA3; evitar WEP (inseguro).

Comutação e roteamento: como os dados atravessam a rede

Comutação (switching) na camada 2

O switch aprende quais endereços MAC estão em quais portas (tabela CAM/MAC). Quando recebe um quadro:

• Se o MAC de destino está na tabela, encaminha apenas para a porta correta.
• Se não está, faz flooding (envia para várias portas do mesmo domínio/VLAN).

VLAN (Virtual LAN) segmenta a rede em domínios de broadcast separados dentro do mesmo switch. Comunicação entre VLANs exige roteamento (roteador ou switch L3).

Roteamento (routing) na camada 3

O roteador decide o próximo salto com base na tabela de rotas. Conceitos típicos:

• Rota padrão (default route): usada quando não há rota mais específica.
• Métrica: critério para escolher entre rotas (custo, hops etc.).
• Rotas estáticas: configuradas manualmente.
• Rotas dinâmicas: aprendidas por protocolos (ex.: OSPF, RIP, BGP; em prova, saber que existem e o propósito).

Modelos OSI e TCP/IP: camadas, funções e protocolos

Modelo OSI (7 camadas)

• 7 Aplicação: serviços ao usuário/aplicações (ex.: HTTP, DNS, SMTP).
• 6 Apresentação: formato/codificação/criptografia (ex.: TLS/SSL é frequentemente associado aqui em visão didática).
• 5 Sessão: controle de sessão/diálogo (estabelecer, manter, encerrar).
• 4 Transporte: comunicação fim a fim, portas, confiabilidade (TCP, UDP).
• 3 Rede: endereçamento lógico e roteamento (IP, ICMP).
• 2 Enlace: quadros, MAC, acesso ao meio (Ethernet, 802.11, ARP no IPv4 é frequentemente cobrado como “entre L2/L3”).
• 1 Física: bits, sinais, cabos, rádio, conectores.

Modelo TCP/IP (camadas e mapeamento)

• Aplicação: engloba Aplicação/Apresentação/Sessão do OSI (HTTP, DNS, DHCP, TLS).
• Transporte: TCP/UDP.
• Internet: IP, ICMP, roteamento.
• Acesso à Rede: Enlace + Física (Ethernet, Wi‑Fi).

Exemplos de protocolos por camada (cobrança típica)

• Aplicação: DNS (53 UDP/TCP), DHCP (67/68 UDP), HTTP (80 TCP), HTTPS (443 TCP), SMTP (25 TCP), SSH (22 TCP).
• Transporte: TCP (confiável, orientado à conexão), UDP (não orientado à conexão, menor overhead).
• Internet: IPv4/IPv6, ICMP (diagnóstico, ex.: ping).
• Acesso à Rede: Ethernet (802.3), Wi‑Fi (802.11).

Endereçamento IP: IPv4, máscara, CIDR e sub-redes

IPv4: estrutura e máscara

IPv4 tem 32 bits, representados em 4 octetos (ex.: 192.168.10.25). A máscara define quantos bits são de rede e quantos são de host.

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• Notação decimal: 255.255.255.0
• CIDR: /24 (significa 24 bits de rede)

Regra prática: quanto maior o prefixo (ex.: /26), menor a quantidade de hosts por sub-rede.

Passo a passo: calcular rede, broadcast e faixa de hosts (IPv4)

Exemplo 1: IP 192.168.10.130/26

• 1) Identificar o tamanho do bloco: /26 significa 2^(32-26)=2^6=64 endereços por sub-rede.
• 2) Encontrar os blocos no último octeto: como /26 “corta” no 4º octeto, os blocos são 0, 64, 128, 192.
• 3) Descobrir em qual bloco o IP cai: 130 está entre 128 e 191.
• 4) Rede: 192.168.10.128
• 5) Broadcast: 192.168.10.191 (último do bloco)
• 6) Hosts válidos: 192.168.10.129 até 192.168.10.190
• 7) Quantidade de hosts: 64 endereços totais; em IPv4, normalmente 2 reservados (rede e broadcast) → 62 hosts utilizáveis.

Exemplo 2: IP 10.0.5.77/20

• 1) /20: 20 bits de rede; a máscara é 255.255.240.0 (porque no 3º octeto o incremento é 16).
• 2) Bloco no 3º octeto: 0,16,32,48,64,80,96,112,128,144,160,176,192,208,224,240.
• 3) 3º octeto do IP: 5 → cai no bloco 0 a 15.
• 4) Rede: 10.0.0.0
• 5) Broadcast: 10.0.15.255
• 6) Hosts válidos: 10.0.0.1 até 10.0.15.254

Sub-redes: VLSM (noção) e objetivo

Sub-redes são usadas para segmentar a rede, reduzir broadcast, organizar por departamentos e aplicar políticas (ACLs, firewall, QoS). Em cenários, pode-se usar VLSM (máscaras variáveis) para criar sub-redes de tamanhos diferentes conforme a necessidade de hosts.

IPv6: estrutura e conceitos essenciais

IPv6 tem 128 bits, escrito em hexadecimal (ex.: 2001:db8:10:1::25). Conceitos cobrados:

• Não existe broadcast (usa multicast e anycast).
• Prefixo: comum /64 em LAN (rede /64 e identificador de interface /64).
• Abreviação: remover zeros à esquerda e usar “::” uma vez para sequência de zeros.
• Tipos de endereço: global unicast (routable), link-local (fe80::/10), multicast (ff00::/8).

NAT: noções e impacto

NAT (Network Address Translation) traduz endereços IP (e, no caso do PAT, também portas) para permitir que múltiplos hosts privados acessem a Internet com um ou poucos IPs públicos.

• SNAT: altera o IP de origem (saída para Internet).
• DNAT/Port forwarding: altera o IP de destino (publicar serviço interno).
• PAT (NAT overload): muitos hosts internos compartilham um IP público usando portas diferentes.

Ponto de prova: NAT é comum em IPv4 por escassez de endereços; em IPv6, a ideia é reduzir a necessidade de NAT (embora existam cenários específicos).

Serviços e protocolos essenciais: DNS, DHCP, HTTP/HTTPS

DNS (Domain Name System)

O DNS resolve nomes para IPs (e outros registros). Elementos cobrados:

• Porta: 53 (UDP para consultas comuns; TCP para transferências de zona e respostas grandes).
• Registros: A (IPv4), AAAA (IPv6), CNAME (alias), MX (e-mail), NS (servidores autoritativos).
• Cache: reduz latência e tráfego; TTL controla tempo de validade.

Cenário típico: usuário acessa https://intranet.empresa.local; o cliente consulta DNS para obter o IP do servidor e então inicia a conexão TCP/TLS.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

O DHCP entrega configuração automática: IP, máscara/prefixo, gateway padrão, DNS, tempo de concessão (lease).

• Portas: 67/68 UDP.
• Fluxo DORA: Discover → Offer → Request → Acknowledge.
• DHCP Relay: permite que clientes em uma VLAN/sub-rede obtenham IP de um servidor DHCP em outra rede (roteador encaminha as mensagens).

HTTP e HTTPS

• HTTP: protocolo de aplicação para web; porta 80/TCP. É texto e não cifra o conteúdo.
• HTTPS: HTTP sobre TLS; porta 443/TCP. Garante confidencialidade e integridade; usa certificados digitais para autenticar o servidor (e opcionalmente o cliente).

Interpretação comum em prova: HTTPS não “troca o IP” nem “substitui DNS”; ele protege a comunicação após a conexão ser estabelecida.

QoS (Quality of Service): conceitos no nível cobrado

QoS é o conjunto de técnicas para priorizar tráfego e controlar congestionamento, garantindo melhor experiência para aplicações sensíveis (voz, vídeo, transações).

• Classificação e marcação: identificar tráfego (por porta, IP, DSCP) e marcar pacotes.
• Filas e priorização: dar preferência a tráfego crítico (ex.: voz) em momentos de congestionamento.
• Policiamento (policing): limita taxa, descartando ou remarcando excedentes.
• Shaping: suaviza o tráfego, enfileirando para respeitar uma taxa.

Em cenários, QoS aparece como solução para: “voz picotando”, “aplicação crítica lenta em horário de pico”, “necessidade de priorizar transações”.

Exercícios: interpretação de cenários e cálculos de sub-rede

Exercício 1 (cenário): switch x roteador

Situação: Em uma agência, há dois grupos: Atendimento (VLAN 10) e Administração (VLAN 20). Ambos estão no mesmo switch. Usuários da VLAN 10 não conseguem acessar um servidor na VLAN 20.

Perguntas:

• a) Qual equipamento/função é necessário para permitir comunicação entre VLANs?
• b) O que muda em termos de broadcast?

Resolução esperada:

• a) É necessário roteamento entre VLANs (roteador-on-a-stick ou switch camada 3 com SVIs).
• b) VLANs separam domínios de broadcast; o roteamento permite tráfego entre redes diferentes sem “misturar” broadcasts.

Exercício 2 (cenário): DHCP não funciona em outra sub-rede

Situação: O servidor DHCP está na rede 10.1.1.0/24. Clientes na rede 10.1.2.0/24 não recebem IP automaticamente.

Perguntas:

• a) Por que isso ocorre?
• b) Qual recurso resolve sem mover o servidor?

Resolução esperada:

• a) Mensagens DHCP iniciais são broadcast e não atravessam roteadores por padrão.
• b) Configurar DHCP Relay no roteador/switch L3 da rede 10.1.2.0/24.

Exercício 3 (cálculo): sub-rede a partir de /24

Enunciado: Você tem a rede 192.168.50.0/24 e precisa de sub-redes com pelo menos 50 hosts cada. Qual prefixo usar e quais são as duas primeiras sub-redes?

Passo a passo:

• 1) Calcular hosts necessários: pelo menos 50 hosts utilizáveis.
• 2) Encontrar bits de host: 2^h - 2 ≥ 50 → h=6 (2^6=64; 64-2=62).
• 3) Prefixo: 32 - 6 = /26.
• 4) Tamanho do bloco: 64 endereços por sub-rede.
• 5) Sub-redes dentro do /24: começam em 0, 64, 128, 192.
• 6) Duas primeiras sub-redes: 192.168.50.0/26 e 192.168.50.64/26.

Exercício 4 (cálculo): identificar rede e broadcast

Enunciado: Dado o host 172.16.33.200/27, determine rede, broadcast e faixa de hosts.

Passo a passo:

• 1) /27: 2^(32-27)=2^5=32 endereços por sub-rede.
• 2) Blocos no 4º octeto: 0,32,64,96,128,160,192,224.
• 3) 200 cai no bloco: 192 a 223.
• 4) Rede: 172.16.33.192
• 5) Broadcast: 172.16.33.223
• 6) Hosts válidos: 172.16.33.193 a 172.16.33.222

Exercício 5 (cenário + NAT): publicar um serviço interno

Situação: Um servidor web interno 192.168.1.10 deve ser acessado da Internet pelo IP público 200.200.200.10 na porta 443.

Perguntas:

• a) Qual tipo de NAT é usado?
• b) O que precisa ser liberado além do NAT para funcionar em produção?

Resolução esperada:

• a) DNAT/port forwarding (mapear 200.200.200.10:443 → 192.168.1.10:443).
• b) Regras de firewall permitindo a entrada na porta 443, e DNS público apontando para o IP público (se houver nome).