Tecnologias de LAN e Topologias de REDE. - PUC-SP

Tecnologias de LAN e Topologias de REDE.
- Introdução.
- Comunicação Direta Ponto a Ponto.
- Canais de Comunicação Compartilhados.
- Importância das LANs e Localidade de Referência.
- Topologias de LAN.
- Exemplo de Rede de Barramento: Ethernet.
- Detecção de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo.
- Detecção de Colisões e Backoff com CSMA/CD.
- LANs Sem-Fio e CSMA/CA.
- Outro Exemplo de Rede de Barramento.
- Exemplo de Rede em Anel: IBM Token Ring.
- Outro Exemplo de Rede em Anel:FDDI.
- Exemplo de Rede Estrela: ATM.
Introdução.
As Redes de Computadores, são as maneiras utilizadas para a
Transmissão de Dados e Compartilhamento de Recursos.
A Comunicação através de uma Rede pode ser feita a uma
longa distância ou em sua maioria em Redes Locais.Por
Exemplo, uma Rede Local pode conectar dois Computadores a
uma Impressora, permitindo que os dois Computadores
utilizem a mesma Impressora.
As Redes podem ser feitas em Edifícios ou apenas em uma
sala. Redes Locais não utilizam Modems separados, pois são
projetadas apenas para compartilhamentos. A seguir
estaremos discutindo alguns tipos de Redes Locais.
Comunicação Direta Ponto a Ponto.
Conhecida também como Rede Ponto a Ponto ou Rede de
Malha (Mesh Network ),tem três propriedades úteis:
- Primeiro: Pode utilizar Hardware apropriado, porque
cada conexão está independentemente instalada.
- Segundo: Como possuem acesso exclusivo,os
computadores podem decidir exatamente como enviar
dados através da conexão.
IMPORTANTE “JÁ QUE CADA CONEXÃO É
INDEPENDENTE DAS DEMAIS, OS DETALHES PODEM SER
MUDADOS SEMPRE QUE OS PROPRIETÁRIOS
CONCORDAREM EM REALIZAR MUDANÇAS”.
- Terceiro: Como apenas dois computadores tem
acesso ao canal, é fácil reforçar segurança e
privacidade.
Comunicação Direta Ponto a Ponto.
DESVANTAGEM.
A principal desvantagem torna-se visível, quando mais de
dois computares precisarem se comunicar um com o
outro.Em um esquema Ponto a Ponto que fornece um canal
de comunicação separado para cada par de computadores,
o número de conexões cresce depressa ao se aumentar a
quantidade de computadores.
Comunicação Direta Ponto a Ponto.
DESVANTAGEM.
Dessa maneira podemos observar a desvantagem nesse tipo
de comunicação quando adicionado um computador a mais na
rede, pois a cada novo computador adicionado, deve-se
conecta-lo a todos os outros computadores da rede
ocasionando um custo alto.
Por exemplo: Imagine uma empresa onde existem mais de
dois computadores em Rede e em localizações diferentes.
Canais de Comunicação Compartilhados.
A Ligação de computadores em rede mudou drasticamente
durante o final dos anos 60 e início dos 70 quando alguns
investigadores desenvolveram formas de comunicação entre
computadores conhecida como Redes Locais ( Local Area
Network, LANs )
As LANs, vieram como uma alternativa contra as caras
conexões Ponto a Ponto, onde esse tipo de conexão consiste
em um meio de compartilhamento único, onde vários
computadores fazem uma acoplagem em um único cabo.
Dessa maneira os computadores se alternam para o envio de
Pacotes.
Importante: “Esse tipo de compartilhamento reduz os
gastos, mas não é aconselhavel para longas distâncias, pois
como existe um compartilhamento, também existe uma
coordenação no envio dos pacotes, e coordenação exige
comunicação e a comunicação o tempo e o tempo implica na
distância e quanto mais longe, mais demorado vai ser para
enviar os pacotes e demora é ineficiente”.
Importância das LANs e localidade de Referência.
Uma das importâncias é a econômica, pois elas são baratas
e facilmente encontradas.Mas a razão principal pode ser
atribuída ao principio fundamental de computadores em rede
conhecido como Localidade de Referência.
A Localidade de Referência, especifica que a comunicação
entre um conjunto de computadores segue dois padrões.
Primeiro, se um par de computadores se comunica uma vez,
é provável que o par se comunique novamente em um futuro
próximo. Esse padrão é chamado de Localidade Temporal
de Referência ( Temporal Locality Of reference ).
Segundo, um computador tende a se comunicar mais
freqüentemente com outros computadores que estão
próximos. Esse padrão é chamado de Localidade Física
de Referência ( Physical Locality Of Reference ).
Topologias de LAN.
Já que muitas tecnologias de LAN tem sido inventadas, é
importante conhecer como as tecnologias especificas são
semelhantes e como elas diferem. A seguir algumas das
topologias usadas com mais freqüência.
Topologia de Estrela.
A topologia em Estrela, consiste em vários computadores
conectados a um ponto central. Esse ponto central é
conhecido como HUB.
O HUB consiste em um dispositivo eletrônico que aceita
dados de um computador remetente e os entrega para o
destino apropriado.
Topologia em Anel.
A topologia em Anel, consiste em computadores conectados
em Loop fechado, onde o cabo do primeiro conecta o
segundo computador, o cabo do segundo conecta o terceiro
computador, até que o último computador faça a conexão
com o primeiro computador fechando o ciclo.
Importante: “Vale lembrar que tanto para a topologia em
Estrela como para a topologia em Anel, as conexões tem
como referência a lógica e não física”.
Topologia de Barramento.
A topologia de Barramento consiste em um único cabo onde
os computadores são acoplados, qualquer computador
acoplado pode enviar e receber sinais através do cabo.
Como para esse tipo de comunicação todos os computadores
podem enviar e receber sinal, eles se coordenam para que
não ocorra um caos nas transmissões de dados.
A razão para topologias Múltiplas.
Importante.
Cada topologia tem a sua vantagem e a sua desvantagem,
por exemplo: Uma topologia em Anel é boa na coordenação
da rede e também faz a verificação se ela está operando
corretamente, porém uma rede em Anel pode ser inteira
desativada se por exemplo um cabo for cortado.
Uma topologia em Estrela já não ocorre esse problema, pois
cada máquina tem a sua conexão, já em Barramento exige
menos fios que em uma Estrela, mas pode ocorrer o mesmo
problema da topologia em Anel
Exemplo de Rede de Barramento: Ethernet.
História da Ethernet.
Ethernet é uma tecnologia de rede bem conhecida e
extensamente usada, que emprega topologia de barramento.
A Ethernet em sua versão original, consistia em uma cabo
coaxial único, chamado de Éter, ao qual múltiplos
computadores se conectam.
Originalmente operava como uma largura de 10 Megabits
por segundo (Mbps ), uma versão posterior conhecida como
Fast Ethernet operava com 100 ( Mbps ) e a mais recente
conhecida como Gibabit Ethernet, opera com 1000 ( Mbps )
ou 1 Gigabit por segundo (Gbps ).
Compartilhamento em uma Ethernet.
O padrão Ethernet, especifica todos os detalhes inclusive
formato dos quadros que são enviados através do Éter,
voltagem e método para modular um sinal.
Como a Ethernet é baseada na topologia de Barramento,
vários computadores devem compartilhar o acesso a um meio
único. Assim um remetente transmite o sinal em direção as
extremidades do cabo.
Importante:”Em quanto um computador está enviando sinais,
os demais esperam, assim que ele terminar, o próximo pode
começar a enviar os sinais”.
Detecção de Portadora em Redes de Acesso Múltiplo
( Carrier Sence On Multi-Acess Network, CSMA ).
O modo de coordenação da transmissão de dados pela
Ethernet ocorre através do CSMA que consiste no
seguinte:
A Ethernet não tem uma controladora centralizada
dizendo quando o computador pode usar o cabo. Em vez
disso todos computadores participam pelo esquema do
CSMA ( Carrier Sence Multiple Acess ) onde é usado
uma atividade elétrica no cabo para determinar o
estado.
Quando nenhum computador estiver enviando um quadro,
o éter não contém sinais elétricos, esses sinais são
informalmente chamado de Portadora, porém para
verificar se o cabo está em uso, ele verifica se há uma
Portadora, se não houver, o computador pode transmitir
o quadro desejado, caso tenha uma Portadora, esse
deve espera até que o remetente termine de enviar o
quadro, para depois continuar.
Detecção de Colisões e Backoff com CSMA/CD.
Computadores ligados a uma Ethernet usam CSMA/CD
na qual um computador espera pela inatividade do éter
antes de transmitir um quadro. Se dois computadores
transmitirem simultaneamente, acontece uma colisão; os
computadores usam backoff exponencial para escolher
que computador prosseguirá. Cada computador demora
um tempo aleatório antes de tentar transmitir novamente
e então dobra a demora para cada colisão sucessiva.
LANs Sem-Fio e CSMA/CA.
Em vez de transmitir sinais através de um cabo, o
hardware de LAN sem fio usa antenas para transmitir
sinais RF através do ar. Embora a energia
eletromagnética se irradia em todas direções, os
transmissores sem-fio usam pouca energia o que significa
que uma transmissão tem energia suficiente somente
para viajar uma distância pequena. Além disso
obstruções metálicas podem bloquear o sinal
A falta de comunicação completa significa que as LAN
sem-fio não podem usar o mesmo mecanismo de
CSMA/CD que a Ethernet usa. Para entender por quê,
considere três computadores com hardware de LAN semfio posicionados longe um do outro como mostra a figura.
LANs Sem-Fio e CSMA/CA.
Na figura, dois computadores de fora estão muito longe um
do outro para receber suas transmissões. Para assegurar
que eles compartilham os meios de transmissão
corretamente, as LANs sem-fio usam um esquema
modificado conhecido como CSMA/CA, que ativa uma breve
transmissão do receptor pretendido antes de transmitir um
pacote, como estas mensagens de controle são muito
menores que os quadro de dados , a propabilidade de uma
colisão é muito mais baixa do que com Ethernet convencional.
Outro Exemplo de Rede de Barramento.
A Aple inventou uma LAN que emprega a topologia de
barramento chamada de LocalTalk, assim como em
LAN sem-fio, um computador envia uma pequena
mensagem de controle para reservar o barramento. O
hardware de rede do LocalTalk pode enviar a 2,3
Mbps bem inferior a largura de banda disponível em
uma rede Ethernet de 10 Mbps. A vantagen principal
é o preço que é quase grátis porque a maioria do
hardware necessário para conectar um computador a
uma rede de LocalTalk é incluída com o computador,
também disponível em muitas impressoras,
possibilitando liga-la a uma rede
Exemplo de Rede em Anel: IBM Token Ring.
Uma token ring opera com um meio único,
compartilhado. Quando um computador precisa enviar
dados, o computador deve esperar uma permissão
antes de poder acessar a rede. Uma vez que ele
obtém permissão, o computador remetente tem
completo controle do anel - nenhuma outra
transmissão acontece simultaneamente. Quando o
computador remetente transmite um quadro, os bits
passam do remetente para o próximo, então para o
próximo e assim por diante, até que os bits passem
completamente em torno do anel e volte ao
remetente.
Exemplo de Rede em Anel: IBM Token Ring.
Computadores acoplados a uma rede de token ring
usam uma mensagem especial pequena chamada de
token para coordenar o uso do anel. Apenas um token
existe no anel a qualquer momento. Para enviar dados,
um computador deve esperar pelo token chegar,
transmitir exatamente um quadro e então transmitir
o token para o próximo computador. Quando nenhum
computador tiver dados para enviar, o token circula
em torno do anel em alta velocidade.
Outro Exemplo de Rede em Anel: FDDI.
A rede em anel (FDDI) foram projetadas para superar
falhas sérias é uma tecnologia de token ring que pode
transmitir dados a uma taxa de 100 Mbits, ela usa fibras
ópticas para interconectar computadores em vez de fio de
cobre.
Na figura acima mostra as direções em que os dados podem
viajar nos anéis em rotação contrária, somente um dos
anéis é normalmente usado. Na figura mostra o caminho
dos dados após uma falha
Outro Exemplo de Rede em Anel: FDDI.
Uma rede FDDI possui autocura (self healing) porque o
hardware pode detectar uma falha catastrófica e se
recuperar automaticamente. Para fazer isso, a FDDI usa
um par de anéis em rotação contrária. Um anel é usado
para transmitir dados. Quando acontece um defeito que
desliga o anel, as estações adjacentes ao defeito se
reconfiguram automaticamente, usando o segundo anel para
circundar a falha.
Exemplo de Rede Estrela: ATM
As companhias telefônicas desenvolveram uma tecnologia em
rede conhecida como Modo de Transferência Assíncrona
(Asynchronous Transfer Mode, ATM). O elemento básico
de uma rede ATM é um switch eletrônico ao qual vários
computadores podem se conectar.
Note que a topologia em estrela torna uma rede ATM
menos dependente das conexões com computadores
individuais que uma rede que usa uma topologia em anel. Se
a conexão entre um computador e o switch é perdida,
somente aquele computador é afetado.
Exemplo de Rede Estrela: ATM
Uma conexão típica entre um computador e um switch ATM
opera em uma velocidade de 155 Mbps ou mais, por isso a
necessidade de utilizar fibra óptica em vez de fios de
cobre.
Conforme figura acima detalhes de uma conexão entre um
switch ATM e um computador. Cada conexão consiste em
um par de fibras ópticas. Uma fibra carrega dados para o
switch, e a outra carrega dados para o computador.
Questões.
O que são LAN´s?
Comente sobre algum dos tipos de Topologia em LAN.
Do que é Formada uma Rede ATM?
Tecnologia e Mídias Digitais.
Turma T2B1
Componentes.
Marcio
Mauro