Terminologia de Rede

O que é isto

Glossário do vocabulário usado no resto da subárea: quem é host, o que viaja no cabo, como uma mensagem ganha envelopes e o que significam unicast, broadcast, multicast, largura de banda e throughput.

Camadas OSI, topologias e o detalhe de hub versus switch não se reensinam aqui. Um host usa um endereço IP; a tabela de sete funções e o desenho estrela/anel ficam em outras páginas desta subárea.

Ideia central

Uma rede é um conjunto de dispositivos ligados por enlaces que trocam dados segundo protocolos. O dado não viaja "inteiro": é fatiado e cada fatia carrega endereços.

Sem nomes estáveis para essas fatias, a mesma frase ("o pacote chegou") mistura três camadas.

Host e nó

• Nó: qualquer dispositivo que envia, recebe ou encaminha dados — host, roteador, switch, repetidor.
• Host (estação): nó de ponta que gera ou consome dados e em geral não encaminha o tráfego de terceiros. PC, celular, servidor web, impressora de rede.

Todo host é um nó; a recíproca é falsa. Encaminhar o tráfego de terceiros não faz o equipamento ser host daquela conversa.

O roteador da casa é nó da rede e só encaminha a conversa HTTP — não participa dela como host. Um switch no armário também é nó e só encaminha; tampouco é host.

Se $A$ pede uma página a $B$, os hosts da conversa são $A$ e $B$. Tudo que no caminho só copia, comuta ou roteia o tráfego de terceiros é nó sem ser host daquele diálogo.

Hub (só física, espalha o sinal), switch (enlace, escolhe a porta pelo MAC) e roteador (rede, escolhe o próximo salto pelo IP) ficam na página de dispositivos. Aqui basta o contraste host $\subset$ nó.

Pacote e quadro

O nome da unidade muda com a camada. A literatura chama isso de PDU (protocol data unit): é a fatia que aquela camada de fato lê.

Na fala cotidiana "pacote" mistura tudo; na análise por camada, quadro $\neq$ pacote. O switch encaminha o quadro. O roteador encaminha o pacote e gera outro quadro.

Se os dois nomes colapsam, some a razão de o MAC mudar a cada salto e o IP de destino, em geral, não. O envelope de fora é do vizinho; o de dentro, do destino final.

Encapsulamento

Cada camada envolve a PDU da de cima com o próprio cabeçalho (e, no enlace, muitas vezes um trailer com CRC). No destino, o processo se inverte: quem não reconhece o endereço daquela camada descarta; quem reconhece tira o envelope e entrega para cima.

Cada salto só precisa do envelope da camada em que opera; um cabeçalho único obrigaria todo nó a interpretar tudo.

O switch não interpreta HTTP. O roteador não precisa do MAC do PC de origem depois de montar o quadro de saída.

Duas consequências:

1. Quem encaminha na LAN olha o quadro (MAC).
2. Quem encaminha entre redes olha o pacote (IP) e gera um quadro novo — os MACs do salto anterior não atravessam o roteador.

Encapsular empilha metadados ao redor dos dados. A carga útil fica no miolo; o CRC do quadro não substitui o endereço IP, e o IP não diz em qual porta Ethernet o vizinho está.

Unicast, broadcast, multicast

• Unicast: um origem, um destino. Quadro Ethernet com MAC unicast; pacote IP com um host destino.
• Broadcast: um origem, todos no domínio. MAC ff:ff:ff:ff:ff:ff; IPv4 limitado (ex.: 255.255.255.255 ou o broadcast da sub-rede). ARP "quem tem este IP?" é o exemplo clássico: o remetente ainda não sabe o MAC.
• Multicast: um origem, um grupo. Nem todos os nós processam; só quem aderiu ao grupo (IPv4 $224.0.0.0/4$). Streaming interno e alguns roteamentos usam isso.

Broadcast na LAN é barato de entender e caro de escalar: cada estação gasta tempo com um quadro que talvez não lhe sirva. Por isso o switch quebra o domínio de colisão, mas não o de broadcast — a menos que haja VLAN.

Os três modos diferem no alcance: unicast atinge um destino; broadcast, todo o domínio; multicast, um grupo. Um filme para 50 alunos em unicast são 50 cópias; em multicast, um grupo e uma cópia por segmento interessado.

Largura de banda e throughput

• Largura de banda (capacidade do canal): taxa máxima que o meio/protocolo admite, em bit/s. Um enlace "1 Gbps" pode inserir $10^9$ bits por segundo no fio.
• Throughput: taxa útil observada — bits de dados que de fato chegaram, descontando cabeçalhos, retransmissões, contenção e silêncio.

Throughput $\le$ largura de banda. O canal anuncia o teto; o que o usuário vê é o que sobrou depois dos envelopes e das perdas.

Um enlace de 1 Gbps com Wi-Fi compartilhado, TCP em recuperação ou muitos broadcasts entrega bem menos. Latência é outra grandeza: tempo de ponta a ponta, não taxa.

Um canal largo e longo (fibra intercontinental) pode ter throughput alto e latência de dezenas de milissegundos. Não se infere uma pela outra.

Três caixas no armário

PC, switch e roteador no mesmo rack. O PC gera o GET: é host (e portanto nó). O switch só encaminha quadros pelo MAC e conta como nó da rede. O roteador só encaminha pacotes pelo IP e também é nó; nenhum dos dois é host da conversa HTTP.

Na mesma LAN, o GET de $A$ a $B$ desce em quatro nomes, num fôlego: mensagem HTTP, segmento TCP, pacote IP, quadro Ethernet. O switch lê o quadro; não precisa abrir o pacote.

GET, depois ARP

O host $A$ ($192.168.1.10$, MAC $aa:aa:aa:aa:aa:aa$) pede GET / ao servidor $B$ ($192.168.1.20$, MAC $bb:bb:bb:bb:bb:bb$) na mesma LAN. $A$ ainda não conhece o MAC de $B$.

Sem MAC destino, o enlace não monta o quadro do GET. A descoberta vem antes da página.

1 Gbps no papel, menos no fio

Um enlace Ethernet anuncia 1 Gbps. Essa é a largura de banda: o teto. Num segundo, $A$ tenta enviar um arquivo de 100 MB, ou $8\cdot 10^8$ bits, para $B$.

Cabeçalhos Ethernet/IP/TCP, intervalos entre quadros e uma retransmissão consomem cerca de 20% do tempo. Bits úteis no segundo: $0{,}8\cdot 10^9$. Throughput observado: $800$ Mbps.

A largura de banda continua 1 Gbps — o teto não baixou; o útil é que ficou menor. Se o canal fosse Wi-Fi compartilhado com outro fluxo, o throughput cairia de novo, ainda com o mesmo anúncio de capacidade.

Não se lê throughput no rótulo da placa; mede-se o que de fato passou.