O que é rede de computadores?

A rede de computadores envolve conectar dois ou mais dispositivos de computação (por exemplo, desktops, notebooks, dispositivos móveis, roteadores, aplicações) para permitir a transmissão e o intercâmbio de informações e recursos.

Dispositivos em rede dependem de protocolos de comunicação — regras que descrevem como transmitir ou trocar dados em uma rede — permitindo que compartilhem informações por meio de conexões físicas ou sem fio.

As redes de computadores formam a espinha dorsal de praticamente toda experiência digital — desde a comunicação pessoal e entretenimento até operações empresariais nativas da nuvem e infraestrutura global. Projetadas para escalabilidade, velocidade e segurança de TI, as redes atuais suportam fluxos dinâmicos de dados tanto em sistemas locais quanto em ambientes de nuvem virtualizados.

Antes das práticas contemporâneas de redes, engenheiros de ciência da computação precisavam mover fisicamente computadores para compartilhar dados entre dispositivos — uma tarefa árdua numa época em que os computadores eram grandes e difíceis de manusear.

Para simplificar esse processo (especialmente para funcionários do governo), o Departamento de Defesa dos EUA financiou a criação da primeira rede de computadores funcional (eventualmente chamada de ARPANET) no final da década de 1960. Esse marco lançou as bases não apenas para a internet, mas também para o rede de nuvem, que hoje suporta infraestruturas e serviços de aplicações distribuídos globalmente.

Desde então, as práticas de rede e os sistemas computacionais que as impulsionam evoluíram muito. As redes de computadores atuais facilitam a comunicação em larga escala entre dispositivos para qualquer finalidade de negócios, entretenimento ou pesquisa. Internet, busca on-line, e-mail, compartilhamento de áudio e vídeo, comércio eletrônico, transmissões ao vivo e mídias sociais só existem graças aos avanços no campo das redes de computadores.

No ambiente corporativo, esse progresso deu origem a modelos de rede mais flexíveis, centrados em infraestrutura de nuvem. As organizações recorrem cada vez mais a estratégias de nuvem híbrida e multinuvem, em que aplicações e dados fluem perfeitamente entre a infraestrutura locais e os ambientes de nuvem fornecidos por provedores de serviços, como AWS, Microsoft Azure, IBM Cloud e Google Cloud Platform. Alguns provedores conhecidos são AWS, Microsoft Azure, IBM Cloud e plataforma de nuvem do Google. Essa estratégia com prioridade em nuvem permite que as empresas escalem recursos de forma dinâmica, reduzam custos de infraestrutura e acessem serviços avançados sem precisar manter hardware físico.

Hoje, inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML) estão transformando ainda mais as redes, permitindo sistemas mais inteligentes e adaptativos. Essas tecnologias ajudam a automatizar o gerenciamento de redes, reforçar a segurança por meio da detecção de anomalias e otimizar o desempenho ao prever e responder a padrões de tráfego em tempo real.

Usando o e-mail como um exemplo básico, veja como os dados se movem através de uma rede:

Quando um usuário deseja enviar um e-mail, ele primeiro escreve a mensagem e depois pressiona o botão “enviar”. Ao pressionar “enviar”, um protocolo SMTP ou POP3 usa o wi-fi do remetente para direcionar a mensagem do nó de origem através dos comutadores de rede. Aqui, ele é compactado e dividido em segmentos cada vez menores (e, finalmente, em bits ou sequências de uns e zeros).

Os gateways de rede direcionam o fluxo de bits para a rede do destinatário, convertendo dados e protocolos de comunicação conforme necessário. Quando o fluxo de bits chega ao computador do destinatário, os mesmos protocolos direcionam os dados do e-mail através dos comutadores de rede da rede receptora. Nesse processo, a rede reconstrói a mensagem original até que o e-mail chegue em formato legível para humanos na caixa de entrada do destinatário (o nó receptor).

Para compreender totalmente a rede de computadores, é essencial revisar os componentes de rede e suas funcionalidades, incluindo:

• Endereço IP: um endereço IP é um número exclusivo atribuído a cada dispositivo de rede em uma rede de Internet Protocol (IP). Cada endereço IP identifica a rede hospedeira do dispositivo e sua localização na rede. Quando um dispositivo envia dados para outro, os dados incluem um “cabeçalho” que contém os endereços IP dos dispositivos de envio e de recepção.

• Nós: um nó é um ponto de conexão da rede que pode receber, enviar, criar ou armazenar dados. Essencialmente, é qualquer dispositivo de rede (por exemplo, um computador, impressora, modem, bridge ou comutador) capaz de reconhecer, processar e transmitir informações para outro nó da rede. Cada nó requer algum tipo de identificação (como um endereço IP ou MAC) para ter acesso à rede.

• Roteadores: um roteador é um dispositivo físico ou virtual que envia pacotes de dados entre redes. Os roteadores analisam os dados dentro dos pacotes para determinar o caminho de transmissão ideal e usam algoritmos de roteamento sofisticados para encaminhar os pacotes até que alcancem o nó de destino pretendido.
  

• Comutadores: um comutador é um dispositivo que conecta dispositivos de rede e gerencia a comunicação nó a nó em uma rede, garantindo que os pacotes de dados cheguem aos destinos pretendidos. Diferente dos roteadores, que enviam informações entre redes, os comutadores enviam informações dentro de uma rede, entre os nós.

  Portanto, “comutação” refere-se a como os dados são transferidos entre dispositivos em uma rede. As redes dependem de três tipos principais de comutação:

  • Comutação de circuito estabelece um caminho dedicado de comunicação de dados entre nós em uma rede, de modo que nenhum outro tráfego possa atravessar o mesmo caminho. A comutação de circuito garante que toda a largura de banda esteja disponível durante cada transmissão.

  • Comutação de mensagens envia mensagens inteiras do nó de origem para o nó de destino, com a mensagem viajando de comutador em comutador até alcançar o destino.

  • Comutação de pacotes envolve a divisão dos dados em componentes independentes para tornar a transmissão menos exigente em termos de recursos da rede. Com a comutação de pacotes, os pacotes — em vez de fluxos inteiros de dados — percorrem a rede até o destino final.

     

• Portas: uma porta indica uma conexão específica entre dispositivos de rede, sendo que cada porta é identificada por um número exclusivo. Se um endereço IP é análogo a um endereço de hotel, então as portas seriam as suítes e números dos quartos. Os computadores usam números de porta para determinar qual aplicação, serviço ou processo deve receber quais mensagens.

• Gateways: gateways são dispositivos de hardware que facilitam a comunicação entre duas redes diferentes. Roteadores, firewalls e outros dispositivos gateway usam conversores de taxa, tradutores de protocolo e outras tecnologias para permitir a comunicação entre redes, mesmo quando os dispositivos seriam, de outra forma, incompatíveis.
  

Embora os componentes tradicionais de rede (por exemplo, roteadores, comutadores, portas, gateways) continuem sendo fundamentais para as operações de rede, os ambientes em nuvem transformaram a forma como esses elementos são implementados e gerenciados.

Em ambientes de nuvem, muitos desses componentes tradicionais são virtualizados e oferecidos como serviços gerenciados, permitindo que as organizações construam infraestruturas de rede robustas sem a necessidade de manter hardware físico. Os provedores de nuvem abstraem a complexidade subjacente, mas ainda dependem dos mesmos princípios fundamentais de rede — só que agora com maior escalabilidade, flexibilidade e alcance global.

As redes modernas dependem cada vez mais de componentes nativos da nuvem que estendem e aprimoram as capacidades tradicionais. Esses componentes incluem:

• Balanceadores de carga: balanceadores de carga distribuem o tráfego de entrada entre vários servidores ou serviços.

• Redes de entrega de conteúdo (CDNs): redes de entrega de conteúdo armazenam em cache conteúdo web estático e dinâmico mais próximo dos usuários, reduzindo a latência e melhorando o desempenho da aplicação.

• Nuvens privadas virtuais (VPCs): nuvens privadas virtuais fornecem ambientes de rede isolados dentro de uma infraestrutura de nuvem pública.

• Gateways de API: gateways de API gerenciam, roteiam e protegem o tráfego entre aplicações e suas interfaces de programação usando APIs, garantindo comunicação segura e confiável.

• Middleware: middleware atua como uma ponte entre aplicações, serviços e bancos de dados, facilitando a comunicação, a troca de dados e a integração em ambientes distribuídos ou nativos em nuvem.

• Malhas de serviço: malhas de serviço gerenciam a comunicação interna de serviço para serviço em aplicações modernas baseadas em microsserviços, lidando com tarefas como balanceamento de carga, roteamento de tráfego e segurança.

Normalmente, áreas geográficas definem redes de computadores. Uma rede local (LAN) conecta computadores dentro de um espaço físico definido, enquanto uma rede de longa distância (WAN) pode conectar computadores entre continentes. No entanto, as redes também são definidas pelos protocolos que usam para se comunicar, pela disposição física de seus componentes, por como gerenciam o tráfego de rede e pelo propósito que servem em seus respectivos ambientes.

Os tipos de redes de computadores mais comuns e amplamente utilizados se enquadram em três grandes categorias:

• Tipos de rede por área geográfica

• Tipos de rede por meio de transmissão

• Tipos de rede por tipo de comunicação

Os tipos de rede nesta categoria são diferenciados pela área geográfica que a rede cobre.

Os nós da rede podem enviar e receber mensagens usando conexões com fio ou sem fio.

As redes de computação podem transmitir dados usando diferentes dinâmicas de transmissão, incluindo:

A arquitetura de rede de computadores estabelece a estrutura teórica de uma rede, abrangendo princípios de design e protocolos de comunicação.

Os principais tipos de arquiteturas de rede incluem:

• Arquiteturas de ponto a ponto (P2P)

• Arquiteturas cliente-servidor

• Arquiteturas híbridas

Em uma arquitetura P2P (ponto a ponto), dois ou mais computadores estão conectados como “pares”, ou seja, eles têm igual poder e privilégios na rede. Uma rede P2P não exige um servidor central para coordenação. Em vez disso, cada computador na rede atua tanto como cliente (um computador que precisa acessar um serviço) quanto como servidor (um computador que fornece serviços aos clientes).

Cada peer na rede disponibiliza alguns de seus recursos para outros dispositivos de rede, compartilhando armazenamento, memória, largura de banda e poder de processamento em toda a rede.

Dentro de uma organização voltada à pesquisa, por exemplo, membros da equipe podem usar um sistema descentralizado de compartilhamento de arquivos para trocar grandes conjuntos de dados diretamente entre suas estações de trabalho, eliminando a necessidade de um servidor central.

Em uma rede cliente-servidor, um servidor central (ou um grupo de servidores) gerencia recursos e fornece serviços aos dispositivos clientes na rede. Os clientes nessa arquitetura não compartilham seus próprios recursos e interagem apenas por meio do servidor. As arquiteturas cliente-servidor são frequentemente chamadas de arquiteturas em camadas devido às suas múltiplas divisões.

Por exemplo, em um ambiente corporativo que utiliza uma arquitetura cliente-servidor, os funcionários (clientes) geralmente têm acesso a um sistema central de recursos humanos (servidor). Esse servidor permite que eles gerenciem dados pessoais, enviem pedidos de licença e visualizem documentos internos.

As arquiteturas híbridas incorporam elementos de ambos os modelos: P2P e cliente-servidor. Muitas empresas precisam tanto de serviços centralizados (como autenticação de usuários) quanto de recursos de ponto a ponto (como compartilhamento local de arquivos) para otimizar o desempenho e o uso de recursos.

Enquanto a arquitetura representa a estrutura teórica de uma rede, a topologia refere-se à implementação prática dessa estrutura. A topologia de rede descreve a disposição física e lógica dos nós e links em uma rede. Ela inclui todo o hardware (por exemplo, roteadores, comutadores, cabos), software (por exemplo, aplicativos, sistemas operacionais) e meios de transmissão (por exemplo, conexões com fio ou sem fio).

As topologias de rede mais comuns incluem:

• Topologia de rede de barramento

• Topologia de rede em anel

• Topologia de rede em estrela

• Topologia de rede de malha

Na topologia de barramento, cada nó da rede é ligado diretamente a um cabo principal.

Na topologia em anel, os nós se conectam em um círculo, de modo que cada dispositivo tem exatamente dois vizinhos. Pares adjacentes se ligam diretamente, e pares não adjacentes se conectam de forma indireta, por nós intermediários.

As topologias em estrela possuem um único hub central pelo qual todos os nós se conectam de forma indireta.

As topologias em malha são mais complexas, pois apresentam conexões sobrepostas entre os nós. Há dois tipos de redes em malha: malha completa e malha parcial.

Em uma topologia de malha completa, cada nó de rede se conecta a todos os outros nós de rede, proporcionando o mais alto nível de resiliência de rede. Em uma topologia de malha parcial, apenas alguns nós de rede se conectam, geralmente aqueles que trocam dados com mais frequência.

As topologias de malha completa podem ser caras e demoradas de operar, motivo pelo qual são frequentemente reservadas para redes que exigem alta redundância. No entanto, a malha parcial oferece menos redundância, mas é mais econômica e simples de operar.

Independentemente do subtipo, as redes em malha têm recursos de autoconfiguração e auto-organização, e automatizam o processo de roteamento, de modo que a rede encontra o caminho de dados mais rápido e confiável.

Seja o conjunto de protocolos da Internet (IP), Ethernet, LAN sem fio (WLAN) ou padrões de comunicação celular, todas as redes de computadores seguem protocolos de comunicação. Esses protocolos são conjuntos de regras que cada nó da rede deve seguir para compartilhar e receber dados.

O IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) — que define padrões globais para tecnologias de rede — desenvolve e gerencia muitos desses protocolos, incluindo Ethernet (IEEE 802.3) e Wi-Fi (IEEE 802.11). Os protocolos de rede também dependem de gateways para permitir que dispositivos incompatíveis se comuniquem (um computador Windows tentando acessar servidores Linux, por exemplo).

Muitas redes modernas funcionam em modelos TCP/IP, que incluem quatro camadas de rede:

• Camada de acesso à rede: também chamada de camada de enlace de dados ou camada física, a camada de acesso à rede de uma rede TCP/IP inclui a infraestrutura necessária para interagir com o meio de rede. Essa camada lida com a transmissão física de dados — usando Ethernet e protocolos como o protocolo de resolução de endereços (ARP) — entre dispositivos na mesma rede.

• Camada de internet: a camada de internet é responsável pelo endereçamento lógico, roteamento e encaminhamento de pacotes. Ela depende principalmente do protocolo de IP e do protocolo de mensagens de controle da internet (ICMP), que gerencia o endereçamento e o roteamento de pacotes entre diferentes redes.

• Camada de transporte: a camada de transporte do TCP/IP possibilita a transferência de dados entre as camadas superiores e inferiores da rede. Utilizando os protocolos TCP e UDP, também fornece mecanismos de verificação de erros e controle de fluxo. O TCP (protocolo de controle de transmissão) é um protocolo baseado em conexão, mais lento, porém mais confiável que o UDP. O UDP (protocolo de datagrama do usuário) é um protocolo sem conexão, mais rápido que o TCP, mas que não garante a entrega. O UDP é usado em transmissões de pacotes para aplicações sensíveis ao tempo (como streaming de vídeo e plataformas de jogos) e consultas ao sistema de nomes de domínio (DNS).

• Camada de aplicação: a camada de aplicação do TCP/IP utiliza protocolos como HTTP (protocolo de transferência de hipertexto), FTP (protocolo de transferência de arquivos), POP3 (protocolo dos correios 3), SMTP (protocolo de transferência de correio simples), DNS (sistema de nomes de domínio) e SSH (Secure Shell). Esses protocolos são usados para fornecer serviços de rede diretamente às aplicações. Ela também gerencia todos os protocolos que dão suporte às aplicações do usuário.

Embora o TCP/IP seja o conjunto de protocolos utilizado na maioria das redes hoje, o modelo Open Systems Interconnection (OSI) é um framework padronizado que define como os dados se movem em uma rede em sete camadas.

Cada camada tem um papel específico — desde o envio de bits brutos por cabos na camada física até o gerenciamento de aplicações na camada superior. Essa abordagem em camadas ajuda engenheiros de rede a projetar, solucionar problemas e padronizar a comunicação em sistemas diversos. Embora o modelo OSI não seja um conjunto de protocolos usado na prática, ele permanece fundamental para entender como diferentes tecnologias de rede funcionam em conjunto.

Das grandes empresas globais aos usuários comuns, as redes de computadores sustentam praticamente todas as experiências digitais, conectando dispositivos, dados, aplicações e pessoas em todo o mundo. Nos negócios, elas sustentam operações, possibilitando serviços em nuvem, colaboração em tempo real e troca segura de dados. Alguns dos casos de uso mais comuns de redes de computadores incluem:

• Transferência eficiente de dados

• Mais armazenamento de dados

• O compartilhamento de conhecimento otimizado

• Gerenciamento automatizado de redes e detecção de ameaças

• Segurança robusta de rede

A rede permite todas as formas de comunicação digital, incluindo e-mail, mensagens, compartilhamento de arquivos, videochamadas e streaming. A rede conecta todos os servidores, interfaces e mídias de transmissão que possibilitam a comunicação comercial.

Sem redes, as organizações teriam que armazenar dados em repositórios individuais, o que é insustentável na era do big data. As redes de computadores ajudam as equipes a manter repositórios centralizados que atendem toda a rede, liberando espaço de armazenamento valioso para outras tarefas.

Soluções comuns de armazenamento baseadas em rede incluem rede de área de armazenamento (SAN) e armazenamento conectado à rede. A SAN oferece armazenamento em bloco de alta velocidade, normalmente usado em aplicações de missão crítica, como bancos de dados e virtualização, enquanto o NAS fornece armazenamento de arquivos acessível por meio de uma rede padrão.

Leia mais sobre SAN versus NAS.

Usuários, administradores de rede e desenvolvedores se beneficiam de como a rede simplifica o compartilhamento de recursos e conhecimento. Os dados em rede são mais fáceis de solicitar e recuperar, permitindo que usuários e clientes obtenham respostas mais rápidas dos dispositivos de rede. Dados em rede também oferecem benefícios no lado comercial, facilitando a colaboração e o compartilhamento de informações pelas equipes à medida que as tecnologias e as empresas evoluem.

A IA e algoritmos ajudam a automatizar tarefas complexas, como monitoramento de rede, análise de tráfego, detecção de anomalias e resposta a incidentes, redução da intervenção manual e fortalecimento geral da segurança de rede.

Por exemplo, muitas organizações em setores como telecomunicações, serviços financeiros e manufatura contam com um centro de operações de rede (NOC) para monitorar e gerenciar constantemente o desempenho, a disponibilidade e a segurança da rede.

Além de serem mais resilientes, soluções de rede bem projetadas também oferecem mais opções de cibersegurança e segurança de rede para os negócios. A maioria dos provedores de rede oferece protocolos de criptografia integrados e controles de acesso (como autenticação multifator) para proteger dados sensíveis e manter agentes mal-intencionados fora da rede.