Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

Apresentação em tema: "Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238"— Transcrição da apresentação:

1 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Redes de Computadores Fundamentos de Redes de Computadores, Transmissão de Dados Cabeamento Camada de Enlace Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

2 Representação de Sinais A/D
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3 Quantisation e Sampling
Quantisation: “incerteza” introduzida na conversão de uma valor analógico em número digital Sampling (amostragem): intervalo de aquisição dos dados analógicos Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Quantisation Resolução da conversão depende do número de bits: quanto mais bits, melhor a resolução. O número de bits determina o número de divisões uma faixa de “inputs” pode ser dividida para aproximar um “input” analógico. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Quantisation Exemplo valores de 8 bits para representar voltagens de 0-10 V. 8 bits: 256 valores distintos 10 V / 256 = V ! 0 V = V = Cada mudança de 0.039, indica um novo binário. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Sampling Para representar som digital de forma autêntica é preciso capturar uma amostra de som (sampling) cerca de vezes por segundo ! A gravação de um som autêntico por 1 segundo requer 1.5 milhões de bits (quantização de 32 bits, por exemplo). Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

7 Convertendo tipos de sinais
Modem: recebe dados digitais e converte-os para a forma analógica, para transmissão sobre um meio, por exemplo, linha telefônica. MOdulator: digital para analógico. DEModulator: Analógico para digital. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Esquema de um MoDem Digital Analógico Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Modem externo ligado ao computador. via RS-232 e fiação para linha telefônica com conector RJ-11. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Sinais digitais Representam apenas 0´s e 1´s. Variam menos que sinais analógicos. mais fáceis para decodificar, mesmo que tenham sofrido interferência. As redes que transportam sinais digitais são conhecidas por baseBand Networks. Redes coaxial 50 ohm / ethernet (utp) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Sinais analógicos Sofrem menos Atenuações que sinais digitais em longas distâncias. Equipamentos digitais lidam com 0´s e 1´s. O que acontece se o sinal se torna fraco a ponto de não permitir diferenciação? As redes que transportam sinais analógicos são conhecidas por broadBand Networks. Cabo coaxial 75ohm (TV) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Analógico x Digital Digital Mais fácil de regenerar menos infestado de interferências Pode ser gravado diretamente em computador CODEC: Coder/DECoder Analógico  Digital (Transmissão)  Analógico Linhas ISDN: totalmente digital Integrated Services Digital Network (1998) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

13 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
ADSL ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) Linha digital assimétrica p/ assinantes 8 Mbps (do roteador do ISP p/ casa) 1 Mbps (da casa p/ o roteador do ISP) Transmissão FDM (multiplexação por divisão de freqüência) 1 canal alta velocidade na direção do usuário: 50 kHz - 1 MHz 1 canal de velocidade média na direção da rede: 4kHz - 50 kHz 1 canal telefônico de duas vias: 4 kHz. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Padrão RS-232 conexão: comprimento max. : 15 metros voltagens: +3V e -3V. comunicação serial e assíncrona especifica transmissão de caracteres transmissão de bits sem delay entre eles nunca deixa voltagem Zero na linha. Por que comunicação Assíncrona ? não há necessidade de sincronização emissor-receptor não há “clock” Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

15 Voltagem no fio usando RS-232
+3 -3 Tempo idle start 1 1 1 1 stop Acordo entre emissor e receptor no tempo de transmissão de cada bit bit de início 0: emissor pode distinguir entre idle e início de caracter. padrão determina que emissor deve deixar a linha idle por um tempo mínimo -> bit de parada 1. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

16 Conector RS-232 Conector de 25 pinos, com 3 fios para comunicação full-duplex. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

17 Comunicação Assíncrona full duplex
transmissão full duplex: fluxo de dados em ambas direções R: receiver (receptor) - modem, pino 3. Computador, pino 2 T: transmitter (transmissor) - modem, pino 2. Comput, pino 3 G: ground (terra) - pino 7 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

18 Largura da Banda - Bandwidth
O nro de freqüências que pode ser acomodado num canal de transmissão. A diferença entre a freqüência mais alta e a mais baixa que pode ser acomodada num único canal. Quanto maior a faixa, maior a bandwidth do canal e maior a capacidade de transmissão! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

19 Time-Division Multiplexing (TDM)
Sinais de velocidades baixas são colocados em um canal de transmissão de mais alta velocidade. Canal de N nós com R bps cada nó terá taxa de transmissão de R/N Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Observações TDM Os MUX´s alocam tempo para um sinal s mesmo se a fonte não tem nada p/ transmitir Há MUX´s mais inteligentes que alocam fatias de tempo só qd necessário: ambos MUX´s precisam conversar. Técnica para redes BaseBand (digitais) e BroadBand (analógica), para uma única freqüência. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

21 Frequency-Division Multiplexing - FDM
A bandwidth total do cabo é dividida em bandwidth menores que transportam vários dados. Canal de N nós com R bps Cada nó terá taxa de transmissão de R/N Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

22 Enlaces de Acesso Múltiplo e Protocolos
Três tipos de enlaces: ponto-a-ponto (fio único, ex. PPP, SLIP) broadcast (fio ou meio compartilhado; ex, Ethernet, etc.) switched (ex., switched Ethernet, ATM etc) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

23 Protocolos de Acesso Múltiplo
canal de comunicação único e compartilhado duas ou mais transmissões pelos nós: interferência apenas um nó pode transmitir com sucesso num dado instante de tempo protocolo de múltiplo acesso: algoritmo distribuído que determina como as estações compartilham o canal, isto é, determinam quando cada estação pode transmitir comunicação sobre o compartilhamento do canal deve utilizar o própro canal! o que procurar em protocolos de múltiplo acesso: síncrono ou assíncrono informação necessária sobre as outras estações robustez (ex., em relação a erros do canal) desempenho Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

24 Protocolos MAC: uma taxonomia
Três grandes classes: Particionamento de canal dividem o canal em pedaços menores (compartimentos de tempo, freqüência) aloca um pedaço para uso exclusivo de cada nó Acesso Aleatório permite colisões “recuperação” das colisões Passagem de Permissão compartilhamento estritamente coordenado para evitar colisões Objetivo: eficiente, justo, simples, descentralizado Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

25 Protocolos MAC com Particionamento de Canal: TDMA
TDMA: acesso múltiplo por divisão temporal acesso ao canal é feito por ”turnos" cada estação controla um compartimento (“slot”) de tamanho fixo (tamanho = tempo de transmissão de pacote) em cada turno compartimentos não usados são disperdiçados exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, compartimentos 2,5,6 ficam vazios TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

26 Protocolos MAC com Particionamento de Canal: FDMA
FDMA: acesso múltiplo por divisão de freqüência o espectro do canal é dividido em bandas de freqüência cada estação recebe uma banda de freqüência tempo de transmissão não usado nas bandas de freqüência é desperdiçado exemplo: rede local com 6 estações: 1,3,4 têm pacotes, as bandas de freqüência 2,5,6 ficam vazias TDM (Time Division Multiplexing): channel divided into N time slots, one per user; inefficient with low duty cycle users and at light load. FDM (Frequency Division Multiplexing): frequency subdivided. tempo bandas de freqüência Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

27 Particionamento de Canal (CDMA)
CDMA (Acesso Múltiplo por Divisão de Códigos) um código único é atribuído a cada usuário, isto é, o código define o particionamento muito usado em canais broadcast, sem-fio (celular, satelite,etc) todos os usuários usam a mesma freqüência, mas cada usuário tem a sua própria maneira de codificar os dados. Esta codificaçaõ é definida pelo código que o usuário recebe (“chipping sequence”) sinal codificado = (dados originais) X (chipping sequence) decodificação: produto interno do sinal codificado e da seqüência de codificação (“chipping sequence”) permite que múltiplos usuários “coexistam” e transmitam simultaneamente com mínima interferência (os códigos que minimizam a interferência são chamados “ortogonais”) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

28 CDMA Codificação e Decodificação
transmissor receptor Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

29 CDMA: interferência de dois transmissores
receptor 1 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

30 Protocolos de Acesso Aleatório
Quando o nó tem um pacote a enviar: transmite com toda a taxa do canal R. não há uma regra de coordenação a priori entre os nós dois ou mais nós transmitindo -> “colisão”, Protocolo MAC de acesso aleatório especifica: como detectar colisões como as estações se recuperam das colisões (ex., via retransmissões atrasadas) Exemplos de protocolos MAC de acesso aleatório: slotted ALOHA ALOHA CSMA e CSMA/CD Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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4 - Meios de Transmissão Fio de cobre Fibras Ópticas Ondas Eletromagnéticas Microondas Infravermelho Laser Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

32 Fios de Cobre - Par trançado
Par trançado: O trançamento dos fios tem a função de reduzir interferência. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

33 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Par trançado - Tipos STP: Shielded Twisted Pair dois pares: Um para enviar, outro para receber Empregados em redes Token Ring. Conector type-1 UTP: Unshielded Twisted Pair de 2 a 4 pares de fios ethernet (10 Base T) e Token Ring típico conector: RJ-45 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

34 Par trançado - STP IBM Token Ring, dois pares de fios (send e receive), conector IBM tipo-1. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

35 Par trançado - UTP Ethernet e Token Ring, existente em vários níveis,
conector típico: RJ-45 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

36 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Par Trançado - UTP Par trançado 10BaseT, com conector RJ-45 (patch cord) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Fios de Cobre - Coaxial Cabo Coaxial: O dado é transmitido no fio mais interno. A proteção de metal protege contra campos eletro-magnéticos externos e evita que a radiação da energia eletro-magnética do fio interno interfira com outros fios Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Cabos Coaxiais - Tipos Thick Ethernet 10Base5, RG-11, “trunk” Conector: N-Series Caro Thin Ethernet 10Base2, RG-58. Conector: Bayonet Nut Connector (BNC) Barato. (fora de moda!) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

39 Cabos Coaxiais - Conectores
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Coaxiais Thin ethernet - 10Base2 Thick ethernet - 10Base5 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Cabo Coaxial - fino Um adaptador AUI-para-10BaseT, usado para conectar uma NIC com um conector AUI ao cabeamento Thin Ethernet. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

42 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
AUI, MAU,NIC. NIC: Network Computer Interface. Placa de Rede, Interface de Rede. MAU: Media Attachment Unit: Transceiver conversor analógico-digital AUI: Attachment Unit Interface Cabo que conecta a NIC ao Transceiver. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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NIC - Placa de Rede NIC - Placa de Rede com conector AUI do lado direito da placa Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

44 Transceiver - Cabo Fino
MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10Base2 com conector BNC. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

45 Transceiver - Par trançado
MAU ligado diretamente à NIC sem o cabo AUI. Rede usa cabeamento Ethernet 10BaseT com conector RJ-45. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

46 Esquema de fios (10BaseT)
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47 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Fibra Óptica Cara Usada em backbones ou redes anel FDDI (100 Mbps) Alta capacidade Imune a interferências eletro magnéticas Baixa perda Dificuldade para fazer junções. ($$$) Longas distâncias Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Fibra Óptica Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

49 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Fibras Ópticas LEDs (Light-Emitting Diodes) ILDs (Injection Laser Diodes). Fibras Multimodo: 5 GBPS transporta múltiplos raios de luz concorrentemente distâncias relativamente curtas, devido a dispersão 50 a 100 microns Fibras Single Mode: GBPS Transporta um único raio de luz. Distâncias mais longas. (50x) Maior banda, embora (8.3 a 10 microns) 10 bilhões de bits por segundo ! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Radio Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Infravermelho 16 Mbps Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

52 Pacotes, Frames e Detecção de Erros
Pacotes: pequenos blocos de dados enviados individualmente pelo sistema de rede. Por que? coordenação na transmissão entre emissor e receptor. acesso compartilhado de vários computadores à rede. Frames: “pacote” especifico para uma determinada tecnologia de rede (frame ethernet, frame ATM) Detecção de Erros Bits de Paridade Checksum Cyclic Redundancy Check Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

53 Tecnologias e Topologias de Redes
Tecnologias: como computadores enviam pacotes pela rede. (ethernet, token ring, FDDI, ATM, LocalTalk) Topologias: distribuição física e lógica dos computadores em uma determinada rede. (barramento, estrela, anel) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

54 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Tecnologia Ethernet Hoje a mais utilizada balanço entre velocidade, custo e facilidade de instalação. aceitação no mercado de computadores e existência de bom suporte. Padrão definido pelo IEEE. A que topologia pertence ? Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

55 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Ethernet - Barramento Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

56 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Ethernet - Estrela Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

57 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Ethernet - Mista Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

58 Como funciona: Ethernet
Não há uma “central” de coordenação. Xerox - início anos 70 ( Bob Metcalf) Ethernet: 10Mbps Fast Ethernet: 100Mbps. Pode haver colisão. Como controlar ? Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

59 Fluxo de dados na Ethernet
Comprimento máximo da ethernet: 2500 m distância max. percorrida por 64 bits (10Mbps) sem colisão Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

60 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
CSMA Carrier Sense with Multiple Access esquema de coordenação distribuída Atividade elétrica no cabo determina status. Se nenhum computador envia frames: não há portadora (carrier). Se algum computador transmite: há portadora. Se não há portadora, a placa transmite um frame! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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CSMA Se há uma portadora, a placa espera p/ enviar seu frame. Tecnicamente: Verificar a presença de uma portadora chama-se: carrier sense ! Usar a presença de sinal para transmissão por vários computadores: Carrier Sense with Multiple Access Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

62 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Colisão O que acontece se, na ausência de portadora, dois computadores decidem transmitir simultaneamente? Colisão (interferência) ! Qual o mecanismo de Recuperação ? CSMA/CD CD: Colision Detection (and BackOff) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

63 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Tratando a colisão Ao sentir a colisão (alteração anormal na voltagem, pela placa), o computador espera. Mas se ambos computadores esperarem o mesmo tempo para retransmitir: nova colisão ! Usar um delay de no máximo d. Selecionar um valor randômico! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

64 Evitar colisões múltiplas
Se houver nova colisão, duplica-se o tempo de delay ! Binary exponential Backoff : ato de dobrar o tempo de delay a cada colisão Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

65 2 - Endereçamento de Hardware e Frames
Meio físico compartilhado por muitos computadores. Sinal chega a vários, além daquele a qual é especificamente destinado. Como identificar este computador específico? Frames ! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Endereçamento físico Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

67 Formato de Endereços Físicos
Estáticos: pré-estabelecido pelo fabricante. Configuráveis: manual, na EPROM. Dinâmicos Endereço determinado quando a estação é ligada. Pode tentar valores aleatórios até encontrar algum que não seja usado por outro computador na rede. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

68 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Frames Permitem a identificação do conteúdo do dado a ser transmitido. Composto por “campos” Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Frame Ethernet Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

70 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Tipos de Frames Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

71 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Erros de Transmissão Raios, variações na corrente elétrica, interferências eletro-magnéticas, etc. Alteram o valor do dado. Interpretação errada. Mecanismos de verificação de erros Paridade CheckSum CRC Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

72 Verificando a Paridade
Bit de paridade Paridade Par: O transmissor configura o bit de paridade para 0 ou 1 de forma que o nro total de bits 1 (incluindo o próprio bit de paridade) seja par o bit de parid. para é 1. Paridade Ímpar: análoga. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

73 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
CheckSum Dados são tratados como uma seqüência de inteiros sobre os quais é calculada uma soma. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

74 Limitações do CheckSum
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75 CRC - Cyclic Redundancy Check
Implementado em Hardware registrador de deslocamento + porta Xor melhor que checksum Cada bit muda dramaticamente o resultado final. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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77 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
3 - Conectividade. Estendendo uma LAN Repetidores (Repeaters) Pontes (Bridges) Switches Roteadores (Routers) Gateways Hubs Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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80 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Repetidores “Pega” um sinal e o repete ! Não apenas amplifica, tenta também regenerá-lo (eliminando ruídos) Corresponde a camada 1 do modelo ISO Camada Física Não tem a mínima noção da idéia de Frame o sinal é elétrico portadora Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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83 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Bridges Mais inteligente que um repetidor Camada 2 (Data Link) do modelo ISO Entende o formato do Frame, portanto, é específica para uma determinada tecnologia Pode tomar decisões inteligentes Filtra Frames Reduz tráfego na rede Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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85 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Filtragem de Frames Bridge possui CPU, memória e duas placas de rede. Aprendizado adaptativo. (spanning tree algorithm) “Observa” a rede em modo promíscuo (aceita para análise todos os frames que chegam a ela). Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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87 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Uso de bridge - 1 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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Uso de bridge - 2 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

89 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Um “ciclo” de Bridges Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

90 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Hubs Inicialmente: um concentrador de fiação Hubs mais modernos stack (pilhas de hubs): max 10 (IBM) SNMP (Simple Network Management Protocol) gerenciamento remoto do hub Portas “bufferizadas”: armazena frames filtragem de pacotes: descarta frames ruins agem como repetidores Cada né detém uma porção da largura de banda total da capacidade de transmissão do HUB ! Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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HUB Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

92 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Switches Tem a aparência de um hub HUB: age como um longo fio compartilhado SWITCH: simula uma rede com várias bridges! Permite comunicação em paralelo aumentam performance da rede agem também como um filtro qd um pacote chega, lê o header e o repassa ao segmento destino ( Funcionam na camada 2 e 3 (Layer 3 Switches) Cada nó tem a capacidade total de transmissão do Switch Store-Forward Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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95 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Layer 3 Switching Incorpora características de roteadores Opera no nível 3 (redes) do modelo ISO/OSI Opera de modo idêntico a um roteador, mas tem otimização por hardware (tao rápido quanto um switch nível 2) Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

96 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Roteadores Transfere dados de uma rede para outra (que podem ser fisicamente diferentes - frames diferentes) Camada 3 (Redes) do modelo ISO. Inteligente: tenta encontrar a melhor rota para o pacote. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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99 Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238
Gateways PC: manipulam dados em formato ASCII IBM Mainframes: formato EBCDIC Conversão exige uma completa re-estruturação dos dados. Gateway: dispositivo que atua em qualquer camada do modelo ISO/OSI para vencer “diferenças” entre redes. Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

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101 Dispositivos de Conexão
Dispositivo Camada OSI Performance Sofisticação Repeater Física Rápida Baixa Bridge Data Link Rápida Também Baixa Switch Data Link Rápida Complexa Roteador Network Média Complexa Gateway Qualquer Devagar Muito Complexa Adminstração e Gerenciamento de Redes - SCE 238