Tecnologias de LAN e Topologias de REDE.

1. - Introdução. -Comunicação Direta Ponto a Ponto. - Canais de Comunicação Compartilhados. Tecnologias de LAN e Topologias de REDE. - 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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”.

7. 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 ).

8. 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.

9. 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.

10. 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”.

11. 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.

12. 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

13. 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 ).

14. 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”.

15. 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.

16. 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.

17. 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 sinalA 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 sem-fio posicionados longe um do outro como mostra a figura.

18. 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.

19. 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

20. 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.

21. 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.

22. 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

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. Questões. O que são LAN´s? Comente sobre algum dos tipos de Topologia em LAN. Do que é Formada uma Rede ATM?

27. Tecnologia e Mídias Digitais. Turma T2B1 Componentes. Marcio Mauro