Uma LAN proporciona: Topologias. Tipos de rede: - PDF
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Edison Aldeia Arruda
1 Tipos de rede: Estritamente falando, uma rede local ou LAN (Local Area Network) é um grupo de computadores que estão conectados entre si dentro de uma certa área. As LANs variam grandemente em tamanho. Você pode formar uma LAN a partir de 2 computadores colocados um ao lado do outro na mesma sala, ou milhares de usuários no mesmo edifício. A parte-chave da definição de uma LAN é que todos os computadores na rede estejam conectados e agrupados entre si de alguma maneira. Uma rede que se estenda sobre uma grande área, tal como um quarteirão, ou por um país, é conhecida como uma WAN Rede de longa distancia (Wide Area Network). Embora discorra sobre as abreviações MAN (Metropolitan Area Network Rede de área metropolitana) e CAN (Citywide Area Network Rede de área de cidade), não tenho visto estes termos freqüentemente e você provavelmente verá que estas redes de dimensão de cidade normalmente são chamadas de WANs. Uma LAN proporciona: Gerenciamento de arquivos Compartilhar arquivos Transferir arquivos Compartilhar aplicativos Compartilhar dispositivos periféricos Impressoras CD-ROMs Scanners Fax/modems Unidades de fita Interagir com outros usuários na rede. Gerenciar agendas de grupo Enviar e receber correio eletrônico Viabilizar reuniões eletrônicas Jogar Games em rede Compartilhar Arquivos Compartilhar, transferir e proteger informações entre computadores em uma rede é geralmente conhecido como gerenciamento de arquivos. Você pode compartilhar unidades inteiras e diretórios você não está limitado a compartilhar arquivos individuais. Topologias Topologias físicas Versus topologias lógicas. Antes de começarmos a discutir a respeito de topologias lógicas ou fisicas é importante fazer a distinção de cada uma delas. (EM redes existem dois tipos diferentes de topologias a física e a lógica ou elétrica. Página 1
2 As topologias fisicas descrevem como os computadores se conectam entre si e e como eles pareceriam se fizesse uma tomada de aérea deles. As topologias lógicas por outro lado descrevem como os sinais passam entre os computadores ligados em rede ou como as informações passam do nó A para o B. Topologia em Estrela Neste tipo de topologia cada nó é interligado a um nó central(mestre), através do qual todas as mensagens devem passar. Tal nó age, assim, como centro de controle da rede, interligando os demais nós(escravos) que usualmente podem se comunicar apenas com um outro nó de cada vez. Isto não impede que haja comunicações simultâneas, desde que as estações envolvidas sejam diferentes. CENTRAL Várias redes em estrela operam em configurações onde o nó central tem tanto a função de gerência de comunicação como facilidades de processamento de dados. Em outras redes o nó central tem como única função o gerenciamente das comunicações. Esta topologia não necessita de roteamento, uma vez que concentram todas as mensagens no nó central. O gerenciamento das comunicações por este nó pode ser por chaveamento de pacotes ou chaveamento de circuitos. No primeiro caso, pacotes são enviados do nó fonte para o nó central que o retransmite então ao nó de destino em momento apropriado. Já no caso de chaveamento de circuitos, o nó cantral, baseado em informações recebidas, estabelece uma conexão elétrica ou realizada por software, entre o nó fonte e nó de destino, conexão esta que existirá durante toda a conversação. Neste último caso, se já existir uma conexão ligando duas estações, nenhuma outra conexão pode ser extabelecida para estes nós. Redes de chaveamentos computadorizadas - CBX( Computerized Branch Exchange ) - são exemplos deste último tipo de rede, onde a função de chaveamento é realizada por um PABX( Privat Automatic Branch Exchange ). Página 2
3 OBS: As CBX s são apropriadas tanto para o tráfego de voz quanto para o de dados entre terminais e terminais e computadores. Como mencionado, nó central pode realizar funções além das de chaveamento e processamento normal. Por exemplo, o nó central pode realizar a compatibilidade da velocidade de comunicação entre o transmissor e o receptor. Os dispositivos fonte e destino podem até operar com protocolos e/ou conjunto de caracteres diferentes. O nó central atuaria neste caso como um conversor de protocolos permitindo a um sistema de um fabricante trabalhar satisfatoriamente com um outro sistema de um outro fabricante. Poderia ser também função do nó central fornecer algum grau de proteção de forma a impedir pessoas não autorizadas de utilizar a rede ou ter acesso a determinados sistemas de computação. Outras, como operações de diagnósticos de rede, por exemplo, poderiam também fazer parte dos serviços realizados pelo nó mestre. A configuração em estrela é em alguns aspectos parecida com os sistemas de barra comum centralizados os requisitos de comunicação são entretanto menos limitados, uma vez que a estrela permiti mais de uma comunicação simultânea. A confiabilidade das ligações também é maior, pois uma falha na barra de comunicação em uma estrela só colocaria a estação escrava correspondente fora de operação. Por outro lado, o nó central é mais complexo, uma vez que deve controlar vários caminhos de comunicação concorrentemente. Confiabilidade é um problema nas redes em estrela. Falhas em um nó escravo apresentam um problema mínimo de confiabilidade, uma vez que o restante da rede ainda continua em funcionamento. Falhas no nó central, por outro lado, podem ocasionar a parada total do sistema. Outro problema da rede em estrela é relativo a modularidade. A configuração pode ser expandida até um certo limite imposto pelo nó central: em termos de capacidade de chaveamento, números de circuitos concorrentes que podem ser gerenciados e número total de nós que podem ser servidos. Embora não seja freqüentemente encontrado é possível a utilização de diferentes meios de transmissão para ligação de nós escravos ao nó central. O desempenho obtido em uma rede em estrela depende da quantidade de tempo requerido pelo nó central para processar e encaminhar uma mensagem, e da carga de tráfego na conexão, isto é, o desempenho é limitado pelo capacidade de processamento do nó central. Um crescimento modular visando o aumento do desempenho torna-se a partir de certo ponto impossível, tendo como única solução a substituição do nó central. Importante notar que o funcionamento da topologia em estrela depende do periférico concentrador utilizado, se for um hub ou um switch. No caso da utilização de um hub, a topologia fisicamente será em estrela, porém logicamente ela continua sendo uma rede de topologia linear. O hub é um periférico que repete para todas as suas portas os pacotes que chegam, assim como ocorre na topologia linear. Em outras palavras, se a estação 1 enviar um pacote de dados para a estação 2, todas as demais estações recebem esse mesmo pacote. Portanto, continua havendo problemas de colisão e disputa para ver qual estação utilizará o meio físico. Já no caso da utilização de um switch, a rede será tanto fisicamente quanto logicamente em estrela. Este periférico tem a capacidade de analisar o cabeçalho de endereçamento dos pacotes de dados, enviando os dados diretamente ao destino, sem replicá-lo desnecessariamente para todas as suas portas. Desta forma, se a estação 1 enviar um pacote de dados para a estação 2, somente esta recebe o pacote de dados. Isso faz com que Página 3
4 a rede torne-se mais segura e muito mais rápida, pois praticamente elimina problemas de colisão. Além disso, duas ou mais transmissões podem ser efetuadas simultaneamente, desde que tenham origem e destinos diferentes, o que não é possível quando utilizamos topologia linear ou topologia em estrela com hub. Topologia em Anel Uma rede em anel consiste de estações conectadas através de um caminho fechado, evitando os problemas de confiabilidade de uma rede em estrela. O anel não interliga as estações diretamente, mas consiste de uma série de repetidores ligados por um meio físico, sendo cada estação ligada a estes repetidores. Redes em anel são capazes de transmitir e receber dados em qualquer direção. As configurações mais usuais, no entanto, são unidirecionais o projeto dos repetidores mais simples e tornar menos sofisticados os protocolos de comunicação que asseguram a entrega da mensagem corretamente e em seqüência ao destino, pois sendo unidirecionais evita o problema do roteamento. Os repetidores são em geral projetados de forma a transmitir e receber dados simultaneamente, diminuindo assim o retardo de transmissão e assegurando um funcionamento do tipo full-duplex. Fonte de Alimentação Estação Monitora Fonte de Alimentação Quando uma mensagem é enviada por um nó, ela entra no anel e circula até ser retirada pelo de nó de destino, ou então até voltar ao nó fonte, dependendo do protocolo empregado. Os maiores problemas com topologia em anel são sua vulnerabilidade a erros e pouca tolerância a falhas. Qualquer que seja o controle de acesso empregado, ele pode ser Página 4
5 perdido por problemas de falhas e pode ser difícil determinar com certeza se este controle foi perdido ou decidir qual nó deve recriá-lo. Erros de transmissão e processamento podem fazer com que uma mensagem continue eternamente a circular no anel. A topologia em anel requer que cada nó seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las à frente para o próximo nó. Isto vai requerer um repetidor ativo em cada nó e a rede não poderá ser mais confiável do que estes repetidores. Uma quebra em qualquer dos enlaces entre os repetidores irá parar toda a rede até que problema seja isolado e um novo cabo instalado. Falhas no repetidor ativo também podem causar a parada total do sistema. Uma outra solução seria considerar a rede local como consistindo de vários anéis, e o conjunto dos anéis conectados por uma ponte( bridge ). Esta encaminha os pacotes de dados de uma sub-rede a outra com base nas informações de endereçamento do pacote. Do ponto de vista físico, cada anel operaria independentemente. Desconectado Concentrador PONTE GATEWAY Ativo A modularidade de uma rede em anel é bastante elevada devido ao fato de os repetidores ativos regenerarem as mensagens. Redes em anel podem atingir grandes distâncias(teoricamente o infinito). Existe, no entanto, uma limitação prática do número de estações em um anel. Este limite é devido aos problemas de manutenção e confiabilidade citados anteriormente e ao retardo cumulativo do grande número de repetidores. Por serem geralmente unidirecionais, redes com esta topologia são ideais para utilização de fibra ótica. Existem algumas redes que combinam seções de diferentes meios de transmissão sem nenhum problema, como é o caso do ANEL DE CAMBRIDGE. Página 5
6 Topologia em Barra Topologia em barra comum se caracteriza pela ligação de estações (nós) ao mesmo meio de transmissão. A barra é geralmente compartilhada no tempo ou na freqüência, permitindo a transmissão de informação. Ao contrário das outras topologias que são configurações ponto a ponto (isto é, cada enlace físico de transmissão conecta apenas dois dispositivos), a topologia em barra tem uma configuração multiponto (isto é, mais do que dois dispositivos estão conectados ao meio de comunicação). Nas redes em barra comum cada nó conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas. Existe uma variedade de mecanismos para o controle de acesso à barra, que pode ser centralizado ou descentralizado. A técnica adotada para cada acesso à rede (ou a banda de freqüência de rede no caso de redes em banda larga) é a multiplexação no tempo. Em um controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma estação especial da rede. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade é distribuída entre todos os nós. Diferente da topologia em anel, topologias em barra podem empregar interfaces passivas, nas quais falhas não causam a parada total do sistema. A confiabilidade deste tipo de topologia vai depender em muito da estratégia de controle. O controle centralizado oferece os mesmos problemas de confiabilidade de uma rede em estrela, com atenuante de que, aqui a redundância de um nó pode ser outro nó comum da rede. Mecanismos de controle descentralizados semelhantes aos empregados na topologia em anel podem também ser empregados neste tipo de topologia, acarretando os mesmos problemas quanto a detecção da perda do controle e sua recriação. A ligação ao meio de transmissão é um ponto crítico no projeto de uma rede local em barra comum. A ligação deve ser feita de forma a alterar o mínimo possível as características elétricas do meio. O meio por sua vez deve terminar em seus dois extremos por uma carga igual a sua impedância característica, de forma a evitar reflexões exporias que interfiram com o sinal transmitido. O poder de crescimento, tanto no que diz respeito Página 6
7 a distância máxima entre dois nós da rede quanto ao número de nós que a rede pode suportar, vai depender do meio de transmissão utilizado, da taxa de transmissão e da quantidade das ligações ao meio. Conforme se queira chegar a distâncias maiores que a máxima permitida em segmento de cabo, repetidores serão necessários para assegurar a qualidade do sinal. Tais repetidores, por serem ativos, apresentam um ponto de possível diminuição da confiabilidade da rede. O desempenho de um sistema em barra comum é determinado pelo meio de transmissão, número de nós conectados, controle de acesso, tipo de tráfego e outros fatores. Por empregar interfaces passivas, a inexistência de armazenamento local de mensagens e a inexistência de retardos no repetidor não vão degradar o tempo de resposta, que contudo, pode ser altamente dependente do protocolo de acesso utilizado. Outras Topologias Dentre ouras topologias ainda podemos citar as topologias em árvore e a estrutura de grafos ou parcialmente ligadas. A topologia em árvore é essencialmente uma série de barras interconectadas. Geralmente existe uma barra central onde outros ramos menores se conectam. Esta ligação é realizada através de derivadores e as conexões das estações realizadas do mesmo modo que no sistema de barra padrão. Cuidados adicionais devem ser tomados nas redes em árvores, pois cada ramificação significa que o sinal deverá se propagar por dois caminhos diferente. A menos que estes caminhos estejam perfeitamente casados, os sinais terão velocidades de propagação diferentes e refletirão os sinais de diferente maneiras. Em geral, redes em árvore, vão trabalhar com taxa de transmissão menores do que as redes em barra comum, por estes motivos. Barra Derivador A topologia mais geral de redes locais é a estrutura de grafos. Desta derivam as redes completamente ligadas, as redes parcialmente ligadas, em estrela e as redes em anel. Página 7
8 Redes interligadas ponto a ponto crescem em complexidade com o aumento do número de estações conectadas. Neste sistemas não é necessário que cada estação esteja ligada a todas as outras (sistemas completamente ligados). Devido ao custo das ligações é mais comum o uso de sistemas parcialmente ligados baseados em chaveamento de circuitos de mensagens ou de pacotes. O arranjo das ligações são normalmente baseados no tráfego da rede. A generalidade introduzida neste tipo de topologia visa a otimização do custo do meio de transmissão. Devido a isto tal topologia é normalmente empregada em redes de longas distância (geograficamente distribuídas). Em redes locais meios de transmissão de alta velocidade e privados podem ser utilizados, pois têm um custo baixo, devido as limitações das distâncias impostas. Tal topologia não tem tanta aplicação neste caso, por introduzir mecanismos complexos de decisões de roteamento em cada nó da rede, causado por sua generalidade. Tais mecanismos iriam introduzir um custo adicional nas interfaces de rede que tornariam seu uso proibitivo quando comparado com o custo das estações. Estruturas parcialmente ligadas têm o mesmo problema de confiabilidade das estruturas em anel. O problema, no entanto, é aqui atenuado devido a existência de caminhos alternativos em caso de falha de um repetidor. A modularidade desta topologia é boa desde que os dois ou mais nós com os quais um novo nó a ser incluído se ligaria possam suportar o aumento do carregamento. Qual topologia devemos usar? Em redes pequenas e médias, geralmente usamos somente um tipo de topologia, como a topologia linear para redes pequenas e a topologia em estrela com hub para redes médias. Dica: a rede de topologia linear é recomendada para redes pequenas com poucas máquinas. Se no projeto dessa rede você decidir que ela poderá algum dia aumentar de tamanho, o melhor a ser feito é instalar uma rede de topologia em estrela com hub logo de uma vez, economizando dinheiro no futuro. Você deve ter percebido que talvez a "melhor" topologia seja a estrela usando switches. Acontece que o switch é um periférico extremamente caro e talvez esse projeto não seja financeiramente viável por não haver custo/benefício para a empresa. Portanto, no Página 8
9 caso de redes maiores (ou menores com possibilidade de expansão), podemos utilizar redes mistas, onde utilizamos diversos tipos de solução misturadas. É muito comum em redes corporativas a utilização de um backbone de alta velocidade utilizando fibra ótica conectando os diversos setores da empresa. No setor propriamente dito, um switch com "uplink" para fibra é responsável por distribuir as diversas estações em par trançado. Além disso, como switches são bem mais caros do que hubs, podemos fazer uma topologia mista utilizando, na porta dos switches, hubs para aumentar o número de máquinas por porta do switch. É claro que isso faz o desempenho cair, porém é bem melhor do que montar uma rede grande formada apenas por hubs. Enfim, a possibilidade de conexões é imensa. Tudo depende do projeto da rede, levando em conta principalmente o estudo de como essa rede irá crescer e a relação custo/benefício Quadro comparativo das diversas topologias TOPOLOGIA / CARACTERÍSTICAS ESTRELA ANEL BARRA COMUM GRAFOS SIMPLICIDADE FUNCIONAL A MELHOR DE TODAS RAZOÁVEL RAZOÁVEL, UM POUCO MELHOR DO QUE O ANEL ROTEAMENTO INEXISTENTE INEXISTENTE NO ANEL UNIDIRECIONA, SIMPLES NOS OUTROS TIPOS CUSTO DE CONEXÃO CRESCIMENTO INCREMENTAL APLICAÇÃO ADEQUADA DESEMPENHO ALTO (INCLUINDO O CUSTO DO CENTRAL) LIMITADO A CAPACIDADE DO CENTRAL AQUELAS ENVOLVENDO PROCESSAMENTO CENTRAL DE TODAS AS MENSAGENS BAIXO, TODAS AS MENSAGENS TÊM DE PASSAR PELO CENTRAL INEXISTENTE EXTREMAMENTE COMPLEXA BASTANTE COMPLEXO BAIXO PARA MÉDIO BAIXO MUITO ALTO TEORICAMENTE INFINITO ALTO ALTO SEM LIMITAÇÃO SEM LIMITAÇÃO SEM LIMITAÇÕES AUTO, POSSIBILIDADE DE MAIS DE UMA MENSAGEM SER TRANSMITIDA AO MESMO TEMPO CONFIABILIDADE POUCA CONFIABILIDADE BOA, DESDE QUE SEJAM TOMADOS CUIDADOS ADICIONAIS RETARDO DE TRANSMISSÃO LIMITAÇÃO QUANTO AO MEIO DE TRANSMISSÃO MÉDIO NENHUMA. LIGAÇÃO PONTO A PONTO BAIXO, PODENDO CHEGAR A NÃO MAIS QUE 1 BIT POR NENHUMA. LIGAÇÃO PONTO A PONTO MÉDIO A MELHOR DE TODAS. INTERFACE PASSIVA COM O MEIO O MAIS BAIXO DE TODAS POR TER A LIGAÇÃO MULTIPONTO SUA LIGAÇÃO AO MEIO DE TRANSMISSÃO PODE SER DE CUSTO ELEVADO, COMO É O CASO DA FIBRA ÓTICA ALTO. PODE SE ADAPTAR AO VOLUME DE TRÁFEGO EXISTENTE BOA, DEVIDO A EXISTÊNCIA DE CAMINHOS ALTERNATIVOS ALTO NENHUMA. LIGAÇÃO PONTO A PONTO Página 9
Redes de Computadores. (Lan s, Man s, Wan s)
Redes de Computadores (Lan s, Man s, Wan s) Sumário Introdução 1. Tipos de Aplicações 2. Topologia 2.1. Topologia em Estrela 2.2. Topologia em Anel 2.3. Topologia em Barra 2.4. Outras Topologias 2.5 Quadro