Arquitetura de Redes Artigo desenvolvido por: Ponto de Redes: http://pontoderedes.blogspot.com

TOPOLOGIA DE REDES A topologia de rede descreve como é o layout de uma rede de computadores, através da qual há o tráfego de informações, e também como os dispositivos estão conectados a ela. Há várias formas nas quais se pode organizar a interligação entre cada um dos nós (computadores) da rede. Topologias podem ser descritas fisicamente e logicamente. A topologia física é a verdadeira aparência ou layout da rede, enquanto que a lógica descreve o fluxo de dados através da rede. Ponto de Redes

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TOPOLOGIA BARRAMENTO Na topologia em forma de barra, todos os equipamentos da rede (estação de trabalho ou servidores) estão interligados através de um cabo central  também denominado barramento único.  Nesta topologia as informações caminham de forma bidirecional, eliminando decisões de roteamento. Entretanto, o meio físico (barramento) é utilizado de forma exclusiva pelas estações e/ou servidores quando estão transmitindo alguma informação. Numa rede do tipo BUS ou Barramento os diversos computadores partilham uma linha comum e quando pretendem comunicar entre si mandam uma mensagem para a linha que, além dos dados que pretende transmitir, contém também o endereço do destinatário. Todos os computadores desta rede tem também a capacidade de escutar sobre a linha comum e quando detectam no cabeçalho da mensagem, que passa na linha, que a mensagem se dirige a ele, ouve-a e depois manda uma informaçao para o emissor a indicar que recebeu a mensagem. Ponto de Redes

CABEAMENTO Esta é a topologia física utilizada pelas redes Ethernet 10Base2, que utilizam cabos coaxiais. Neste tipo de rede um PC é ligado ao outro, usando vários segmentos de cabos e conectores T, que possuem o mesmo formato da letra, onde uma ponta é ligada na placa de rede e as outras duas são ligadas às estações vizinhas. Nas duas extremidades da rede temos terminadores, que absorvem os sinais, evitando que eles retornem na forma de interferência. Ponto de Redes

TOPOLOGIA ANEL Na topologia em forma de anel todos os equipamentos da rede (estações de trabalho e servidores) estão conectados fisicamente a um único cabo, em formato de anel, onde faz-se necessária a junção do início e fim do mesmo. Nesta topologia o tráfego das informações caminha em um único sentido pelo anel (unidirecional) e é controlado por um sinal eletrônico denominado senha, recolhendo e entregando informações através do anel para as estacões e/ou servidores. Como exemplo de rede que  utiliza este tipo de topologia pode-se citar a Rede Token Ring Ponto de Redes

TOPOLOGIA ESTRELA O terceiro tipo estruturado de rede é a rede em estrela ou centralizada. Neste tipo de rede existe um equipamento central, um servidor, que centraliza todas as comunicaçoes e que trata ele próprio de encaminhar a informação para o destinatário correto. Ponto de Redes

TOPOLOGIA ESTRELA Os primeiros computadores utilizavam esta abordagem. Uma vez que esses computadores eram equipamentos muito dispendiosos era vantajoso investir num equipamento central mais caro e reduzir ao mínimo os custos com os terminais que a ele acediam. Neste tipo de rede o ponto central para a garantia de bom desempenho é a capacidade do servidor, sendo o desempenho da rede directamente proporcional a sua capacidade de processar a informaçao transmitida. Ponto de Redes

TOPOLOGIA ESTRELA As redes em estrela, que são as mais comuns hoje em dia, utilizam cabos de par trançado e um hub ou switch como ponto central da rede. O hub ou switch se encarrega de retransmitir todos os dados para todas as estações, mas com a vantagem de tornar mais fácil a localização dos problemas, já que se um dos cabos, uma das portas do hub ou uma das placas de rede estiver com problemas, apenas o PC ligado ao componente defeituoso ficará fora da rede, ao contrário do que ocorre nas redes 10Base2, onde um mal contato em qualquer um dos conectores derruba a rede inteira. Claro que esta topologia se aplica apenas a pequenas redes, já que os hubs costumam ter apenas 8 ou 16 portas. Em redes maiores é utilizada a topologia de árvore, onde temos vários hubs interligados entre sí por switches ou roteadores. Em inglês é usado também o termo Star Bus, ou estrela em barramento, já que a topologia mistura características das topologias de estrela e barramento. Ponto de Redes

COMPARATIVO ENTRE AS 3 TOPOLOGIAS PONTOS POSITIVOS PONTOS NEGATIVOS Barramento Estrutura simples; requer menos cabos para instalar. A rede pode ficar lenta em momentos de uso mais intenso; as falhas são difíceis de localizar. Anel Instalação razoavelmente simples; apresenta desempenho uniforme sob condições diversas de tráfego. Na falha de uma estação, toda a rede pára de funcionar. Estrela Mais tolerante a falhas, fácil de instalar e de monitorar. Custo de instalação mais elevado porque utiliza mais cabeamento. Mídia de Transmissão Barramento Anel Estrela Cabo de Par Trançado X Cabo Coaxial   Cabo de Fibra Óptica Ponto de Redes

CABEAMENTO Ponto de Redes

ARQUITETURA DE REDES LOCAIS PADRÃO ETHERNET - 802.3 PADRÃO TOKEN RING - 802.5 PADRÃO FDDI (FIBER DATA DISTRIBUTED INTERFACE) - 802.6 Ponto de Redes

PADRÃO ETHERNET Ponto de Redes

PADRÃO ETHERNET Padrão de rede local desenvolvido pela Xerox Corporation em cooperação com a Digital Equipment Corporation e a Intel em 1976. Usa uma topologia de "bus" e suporta taxas de transferências de dados de 10Mbps ou 100Mbps. Já existem interfaces de 1Gbps. É um dos padrões mais usados em todo o mundo para redes locais. Ethernet é uma tecnologia de interconexão para redes locais - Local Area Networks (LAN) - baseada no envio de pacotes. Ela define cabeamento e sinais elétricos para a camada física, e formato de pacotes e protocolos para a camada de controle de acesso ao meio (Media Access Control - MAC) do modelo OSI. A Ethernet foi padronizada pelo IEEE como 802.3 Ponto de Redes

Métodos de Acesso à mídia - LAN Os protocolos de LAN empregam um de dois métodos para o acesso ao meio físico da rede: CSMA/CD ( carrier sense multiple access collision detect). Token Passing ( passagem de fichas). CSMA/CD - os dispositivos de rede disputam o uso do meio físico da rede. Devido a essa contenda, às vezes o CSMA/CD é chamado de acesso de contenção. As redes ethernet empregam este esquema de acesso. Token-passing - os dispositivos de rede tem acesso ao meio físico com base na posse de uma ficha. As rede Token Ring e FDDI são exemplos de LAN que utilizam o Token-passing. Ponto de Redes

Padrão Ethernet (bus) ... As estações estão todas em paralelo barramento compartilhado: - cabo coaxial grosso ou fino (10 Mbit/s) - par trançado de categoria 3 (10 Mbit/s) - par trançado de categoria 5 (100 Mbit/s) ... As estações estão todas em paralelo uma estação que deseja transmitir verifica se não há atividade no barramento (carrier sense) e emite sua rajada quando mais de uma estação transmite ao mesmo tempo, detecta-se uma colisão, o que dá origem a uma nova tentativa após uma temporização aleatória (collision detection) Protocolo CSMA/CD: O método de acesso CSMA/CD requer que um host, antes de enviar um pacote, verifique se o barramento de dados não está sendo utilizado. Isto é feito através do carrier sense ( detecção de portadora) Quando um host da rede Ethernet envia um pacote, todos os demais host recebem e examinam o pacote. Apenas o host destino (indicado no campo MAC destino) processa o pacote enquanto os demais descartam-no. Mesmo que o host destino não capte o pacote por algum motivo (falta de buffer, host fora do ar), o sinal é absorvido por terminadores no final do segmento, garantindo que ele não retorne ao segmento de rede. Ponto de Redes

Manejo de Colisões Conforme se mencionou, quando duas estações tentam transmitir simultaneamente, ocorre uma colisão a colisão é percebida porque cada estação monitora o barramento ao mesmo tempo em que transmite ao detectar uma colisão, a estação emite uma sequência binária para que as demais também notem a colisão uma nova tentativa de retransmissão ocorre após certo tempo de espera quando se repetem colisões sucessivamente, começa um procedimento chamado de recolha (backing off), que consiste em aumentar o tempo de espera ao detectar colisões seguidas os quadros que resultam de colisões, por serem interrompidos, são quadros curtos, e são eliminados por todos os receptores antes de serem processados Ponto de Redes

CSMA/CD em Redes Ethernet B CSMA/CD em Redes Ethernet 1 A B 2 A B colisão 3 A B back-off 4 Ponto de Redes

FRAME ETHERNET Ponto de Redes

PADRÃO TOKEN RING Ponto de Redes O padrão Token Ring foi desenvolvido pela IBM no início da década de 1980 e também concorreu com os padrões Ethernet 10BASE-5 e 10BASE-2. A IBM chegou a investir pesado no padrão, o que fez com que ele se tornasse popular no ambiente corporativo, embora ele seja pouco conhecido no Brasil, já que na época o país ainda estava sob a reserva de mercado. Em 1985 o IEEE desenvolveu um padrão para redes Token Ring, o IEEE 802.5, que era compatível com o padrão da IBM. Apesar disso, a IBM manteve seu padrão proprietário, continuando a desenvolvê-lo de forma separada do padrão do IEEE. Apenas em 1992, quando as redes Token Ring já estavam em declínio, a IBM passou a licenciar a tecnologia para outros fabricantes. No Token Ring é usada uma topologia física de estrela, com as estações sendo ligadas a hubs centrais (que no Token Ring são chamados de "MAUs", abreviação de "Multistation Access Units") através de cabos de par trançado. Os MAUs tinham tipicamente 10 portas, sendo 8 para as estações e duas para a ligação com outros MAUs: Ponto de Redes

PADRÃO TOKEN RING Ponto de Redes A primeira porta era ligada ao MAU seguinte, que por sua vez era ligado ao terceiro usando a segunda porta, formando uma cadeia. A segunda porta do último MAU era então ligada ao primeiro, formando um anel. Apesar do uso de cabos de par trançado, a IBM optou por utilizar cabos blindados e um conector quadrado agigantado, chamado de "IBM data connector". Como o conector era muito grande (media cerca de 3 x 3 cm), os cabos utilizavam o conector IBM do lado do MAU (hub) e utilizavam um conector DB9 (o mesmo utilizado nas portas seriais) do lado da estação. Apenas os cabos destinados a interligarem os MAUs utilizavam o conector IBM dos dois lados do cabo: Ponto de Redes

TAXAS DE TRANSFERENCIA DA REDE TOKEN RING As redes Token Ring utilizam o cabo par trançado com blindagem de 150 ohms. A IBM chama a esse cabo de tipo 1. Atinge taxas de transferência de até 100 Mbps. Já o cabo Tipo1A é um cabo que consegue operar com taxas de até 300 Mbps. Importante notar que a arquitectura Token Ring opera tipicamente a 4 Mbps ou 16 Mbps. Ponto de Redes

PADRÃO TOKEN RING TIPOS DE CABEAMENTO QUE UTILIZA: PAR TRANÇADO; FIBRA ÓPTICA; TIPOS DE TOPOLOGIA FÍSICA ANEL; ESTRELA (MAU – MULTISTATION ACCESS UNIT); Ponto de Redes

PADRÃO TOKEN RING Ponto de Redes

PADRÃO TOKEN RING Ponto de Redes

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) ● Usa fibra ótica ● Possui alta confiabilidade ● É imune a interferências Ponto de Redes

FDDI Token Ring usando fibra óptica. Ponto de Redes

FDDI (“Fiber Distributed Data Interconnect”) FDDI é uma outra tecnologia bastante popular para redes locais que provê uma taxa de transmissão de até 100 Mbps (equivalente à “Fast Ethernet”). Diferentemente das demais ela é projetada para o uso de fibras óticas e os dados são codificados em formato de luz. Suas duas maiores vantagens são: a) isolação da interferência de ruídos elétricos, podendo passar próximo de equipamentos de alta potência; e b) a velocidade dos dados (luz) é bem maior que a velocidade de sinais elétricos em fios. FDDI é uma tecnologia de rede “passing token ring”, ou simplesmente, “token ring” (anel), onde todo dispositivo conectado requer um repetidor especial. Esses repetidores são conectados entre si pelo método ponto a ponto. Os repetidores formam uma cadeia fechada em forma de anel, daí a nomenclatura. A topologia lógica é do tipo seqüencial PR

PADRÃO FDDI ● Estabelecido pelo ANSI (American National Standards Institute) em 1987. ● É uma rede em duplo anel usando fibra ótica como meio físico para transmissão de dados. ● As redes FDDI adotam uma tecnologia de transmissão idêntica às das redes Token Ring, mas utilizando, vulgarmente, cabos de fibra óptica, . ● Enquanto os padrões ETHERNET e TOKEN-RING têm aplicação exclusivamente em redes locais (LANs), o padrão FDDI permite o desenvolvimento de redes com um âmbito maior, nomeadamene redes do tipo MAN (Metropolitam Área Network). Ponto de Redes

PADRÃO FDDI 802.6 TIPOS DE CABEAMENTO QUE UTILIZA: FIBRA ÓPTICA; ATÉ 200 KM; TIPOS DE TOPOLOGIA FÍSICA ANEL; COM ATÉ 1000 COMPUTADORES; PODE SER DE ANEL SIMPLES (CLASSE A) OU DUPLO (CLASSE B); USA UM CONCENTRADOR CHAMADO HUB FDDI; Ponto de Redes

PADRÃO FDDI Ponto de Redes Em oposição aos outros métodos, os dados circulam em direção única e cada repetidor retira o seu sinal e passa o restante adiante acrescentando eventuais dados que queira enviar. Pode se empregar longos anéis sem o uso de dispositivos extras, mas o atraso introduzido na operação de cada repetidor, mesmo pequeno, limita a distância deste tipo de rede. Ponto de Redes

APLICAÇAO DAS TOPOLOGIAS Camada core: roteadores e switches de alto desempenho e disponibilidade Camada de distribuição: roteadores e switches que implementam políticas Camada de acesso: conecta usuários com hubs e switches Ponto de Redes

Frame Ethernet Ponto de Redes Preâmbulo -serve para que as estações que estão na escuta recuperem o relógio de bits (a rede é assíncrona, sendo que cada estação provê sua temporização) Delimitador SFD (sequência 10101011) - indica o final do preâmbulo e permite o alinhamento correto do quadro (os primeiros bits do preâmbulo podem perder-se, pois cada quadro é emitido a um tempo espontâneo) Endereços de origem e destino - a Ethernet especifica endereços de 6 octetos, sendo que a IEEE.designa a cada fabricante um bloco universal de endereços, para que cada cartão de rede tenha um endereço universal único a norma IEEE 802.3 permite também endereços locais de 2 bytes Comprimento - comprimento do campo de dados Campo de dados - dados de camadas superiores Enchimento - para garantir o número mínimo de 72 octetos se o quadro for mais curto - incluindo o preâmbulo Frame Check Sequence - sequência de 4 bytes calculada por CRC para permitir a detecção e descarte de quadros com bits errados Ponto de Redes

Conexões Wireless - O Conceito: PADRÃO WIRELESS Conexões Wireless - O Conceito: A palavra Wireless, provém do inglês: Wire (fio, cabo); Less (sem); ou seja: sem fios. Wireless então caracteriza qualquer tipo de conexão para transmissão de informação sem a utilização de fios ou cabos. Ponto de Redes

Sem fio, Wireless, Wi-Fi Ponto de Redes 35 As redes sem fio (wireless) eliminam os cabos tradicionalmente usados nas redes convencionais. Redes locais sem fio seguem o padrão IEEE 802.11, conhecido popularmente como WI-FI. A comunicação é feita por ondas de rádio. Tanto notebooks quanto computadores de mesa podem ter adaptadores de rede wi-fi, formando uma rede sem fio. Inúmeros equipamentos estão disponíveis para este tipo de rede. Roteador de banda larga wireless Ponto de Redes 35

WLAN – Wireless Local Area Network Numa WLAN, um dispositivo chamado Access Point (AP), conecta todos os outros dispositivos à rede. APs estão se tornando comuns como acesso à rede em escritórios e centros de conferência. WLANs tem alcance de até 100 metros e atingem velocidades de até 54 Mbps e são baseadas em padrões como 802.11. Ponto de Redes

Wireless (WiFi) – 802.11 Ponto de Redes

WLAN – 802.11 MODELO OSI Ponto de Redes O padrão IEEE 802.11 começou a ser criado com a formação de um grupo de trabalho em 1991 com o objetivo de acrescentar uma nova camada física e de Data Link ao modelo ISO, dessa forma provendo Ethernet sobre radiofreqüência. A primeira versão do IEEE 802.11 foi lançada em 1995. Ponto de Redes

WLAN - Wireless Local Area Network Utilizados em aplicações indoor Wireless (WiFi) WLAN - Wireless Local Area Network Utilizados em aplicações indoor Destina-se a WLANs Meio pode interferir no sinal Vasta utilização Restaurantes Aeroportos Empresas Residências Ponto de Redes

Cartão de rede Wi-Fi Ponto de Redes 40 Muitos notebooks já possuem adaptador de rede wi-fi na sua configuração básica. A antena fica inclusive embutida no interior do notebook, normalmente ao lado da tela de cristal líquido. Para notebooks que não possuem adaptador de rede wi-fi de fábrica, podemos usar cartões PCMCIA Wi-Fi. Ponto de Redes 40

PLACA WI-FI PARA DESKTOP Não só os notebooks podem fazer parte de uma rede sem fio. Computadores desktop também podem, com a instalação de uma placa de interface PCI Wi-Fi apropriada. Ponto de Redes 41

Rede AD-HOC Ponto de Redes 42 Dizemos que uma rede sem fio é “AD-HOC” quando não possui cabos de rede. Todos os computadores devem utilizar apenas placas de rede wireless. Cada computador é capaz de transmitir e receber informações para todos os demais que formam a rede. Ponto de Redes 42

Rede de infraestrutura Este tipo de rede sem fio é integrada a uma rede cabeada através de aparelhos chamados “Access Points” (pontos de acesso). Cada access point possui um conector RJ-45 para ligação com a rede cabeada, e cria ao seu redor, uma região que dá acesso sem fio a computadores equipados com placas apropriadas. Podemos instalar vários access points para aumentra a área de cobertura da rede sem fio. Ponto de Redes 43

Compartilhamento de banda larga O access point faz o papel do hub ou switch na rede sem fio. É preciso ter ainda o roteador e o modem. Existem aparelhos que acumulam as funções de access point e roteador, (wireless broadband router). Ponto de Redes 44

Wireless Print Server Ponto de Redes 45 Computadores que utilizam placas de rede wireless podem ter suas próprias impressoras, ou podem usar impressoras da rede, caso exista um access point. Em redes AD-HOC também podemos instalar impressoras compartilhadas. Basta utilizar um wireless print server. Possui uma antena, e é portanto um dispositivo wireless. Possui conexões USB ou paralela para a ligação de impressoras de rede. Ponto de Redes 45

Wireless Broadband Router Ligado a um modem ADSL ou a cabo, através de uma conexão WAN RJ-45, este aparelho distribui a banda larga para a rede sem fio. Podemos considerá-lo como um roteador de banda larga que acumula ainda a função de access point. Existem roteadores de banda larga wireless que possuem ainda conexão paralela ou USB, e conexões RJ-45 para computadores que não possuem placa de rede wireless. Nesse caso acumulam ainda as funções de switch e print server. Ponto de Redes 46

ACCESS POINT x ROUTER ACCESS POINT é um dispositivo usado para gerar um sinal de rádio, e transmitir os dados da rede por ele. Na imagem abaixo, você nota que o ACCESS POINT possui apenas uma entrada para cabo de rede, e a antena para gerar o sinal de rádio. Já o roteador wireless te oferece além do sinal de radiofrequencia, a função de roteamento, e outras funções mais, como DHCP, firewall, etc... Ponto de Redes

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