Infraestrutura de comunicação - topologia e meios físicos

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INFRAESTRUTURA DE 
COMUNICAÇÃO - 
TOPOLOGIAS E MEIOS 
FÍSICOS
Prof. Alexandre Timm Vieira 
 
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Nesta unidade temática, você vai aprender
Abordar as principais topologias de redes;
Diferenciar topologias físicas e lógicas;
Entender sobre meios físicos de transmissão.
Introdução
Nesta aula, serão examinadas as diversas topologias usadas em redes a partir de uma
perspectiva matemática. Depois, será aprendido como uma topologia física descreve o
plano para cabear os dispositivos físicos. Finalmente, será apresentado como uma
topologia lógica flue as informações por uma rede para determinar onde as colisões
podem ocorrer.
Também iremos aprender os diferentes tipos de meios de transmissão usados na camada
física, incluindo o cabo de par trançado blindado e não blindado, o cabo coaxial fino e
grosso e o cabo de fibra óptica monomodo e multímodo, além dos meios não guiados.
Dessa forma, aprenderemos como as especificações de cabo e as topologias de rede
podem ajudar a determinar o desempenho e a confiabilidade da rede de computadores.
 
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Topologias de Redes
O termo topologia pode ser considerado como "o estudo do local".
Uma rede pode ter um tipo de topologia física e um tipo completamente diferente de
topologia lógica.
A topologia física de uma rede descreve o layout dos meios de transmissão da rede (como
eles se pareceriam se fizesse uma tomada aérea deles). Todas as topologias físicas
diferentes apresentam características próprias em termos de desempenho, facilidade de
instalação, diagnóstico e solução de problemas e reconfiguração.
As topologias lógicas, por outro lado, descrevem como os sinais passam entre os
computadores ligados em rede ou como as informações passam de um nó A para outro B.
 
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Todas as conexões de rede são compostas por dois tipos de blocos
estruturais:
 
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As conexões multiponto, realizam a comunicação de dados, através de um segmento
(canal único) de comunicação, de um nó para vários outros ao mesmo tempo. Todos os
dispositivos ligados por uma conexão multiponto compartilham o mesmo meio de
transmissão.
As conexões ponto-a-ponto, como o nome mesmo diz, realizam a comunicação de dados
diretamente de um nó para o outro, sem a necessidade de nós intermediários. Quando
dois dispositivos são conectados por um link (enlace) ponto a ponto, eles têm
exclusividade para ocupação do meio de transmissão.
Várias são as estratégias de topologia, embora as variações sempre derivem de três
topologias básicas que são as mais frequentes empregadas: (1) Barramento, (2) Anel e (3)
Estrela.
Barramento
A topologia de barra se caracteriza pela ligação de estações (nós) ao mesmo meio de
transmissão. A barra é geralmente compartilhada no tempo ou na frequência permitindo a
transmissão de informações. Ao contrário das outras topologias que são configurações
ponto a ponto, a barra tem uma configuração multiponto (isto é, mais de que dois
dispositivos estão conectados ao meio de comunicação).
 
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Perspectiva lógica
Perspectiva física
Anel
A topologia em anel se assemelha a um círculo fechado utilizando, em geral, ligações ponto
a ponto (nós e links) que operam em um único sentido de transmissão, com cada nó
conectado a apenas dois nós adjacentes. O sinal circula o anel até chegar ao destino.
 
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Perspectiva física: a topologia mostra todos os dispositivos conectados diretamente uns
aos outros, o que é chamado de interligação de equipamentos em cascata.
Perspectiva lógica: para que as informações fluam, cada estação tem de passar as
informações à sua estação adjacente.
É uma topologia com grande limitação quanto a sua expansão pelo aumento de “retardo
de transmissão” (intervalo de tempo entre início e chegada do sinal ao nó destino).
 
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Estrela
Uma topologia em estrela tem um nó central do qual todos os links ligados aos outros nós
se irradiam. 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. Isso não impede que haja comunicações simultâneas, desde que
as estações envolvidas sejam diferentes.
 
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Perspectiva física
Perspectiva lógica
Nó central com transmissão lógica ponto a ponto
 
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Nó central com transmissão lógica multiponto (broadcast)
Estrela Estendida
Uma topologia em estrela estendida é igual a uma topologia em estrela, exceto pelo fato de
que cada nó vinculado ao nó central é, também, o centro de outra estrela.
Celular
A topologia celular consiste em áreas circulares ou hexagonais, cada uma tendo um nó
individual no centro.
 
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Perspectiva física: a topologia celular é uma área geográfica dividida em regiões (células)
para fins de tecnologia sem fio. Não há links físicos em uma topologia celular, apenas
ondas eletromagnéticas.
Perspectiva lógica: as tecnologias celulares comunicam-se umas com as outras
diretamente ou comunicam-se apenas com suas células adjacentes, o que é muito
ineficiente. Como regra, as topologias baseadas em celular são integradas a outras
topologias, independentemente de usarem a atmosfera ou satélites.
 
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Meios Físicos de Transmissão
Da mesma forma que uma casa precisa ter uma base antes de ser construída, a rede
também precisa ter uma base na qual possa ser construída. No modelode referência OSI,
essa base é chamada de camada 1 ou de camada física.
A camada física define as especificações elétricas, mecânicas, funcionais e de
procedimentos para ativar, manter e desativar o link físico entre sistemas finais.
O meio físico divide-se em duas categorias: meios guiados e meios não guiados. Nos meios
guiados, as ondas são guiadas ao longo de um meio sólido, tal como um cabo de fibra
óptica ou fios metálicos. Nos meios não guiados, as ondas se propagam na atmosfera e no
espaço, como, por exemplo, em um canal por satélite ou em um sistema CDPD (cellular
digital packet data) para telefonia celular.
Ambos os meios físicos tornam-se fatores críticos no desempenho de uma rede de
computadores. A elevada frequência de alteração na posição dos pontos de rede, a
inclusão de novos pontos, a crescente demanda por transmissões mais velozes e locais
mais distantes, tudo isso, com o decorrer do tempo, faz com que a escolha do cabeamento
se torne um elemento crucial na definição da qualidade do serviço prestado por uma rede.
Os profissionais diretamente envolvidos nessa área têm uma preocupação muito
importante: manter-se atualizados quanto às novas tecnologias e aos novos materiais
introduzidos no mercado com uma grande frequência.
 
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Você Sabia?
Os meios de transmissão são a conexão física entre as estações da rede e 
servidores. Geralmente diferem com relação a:
Cabeamento Par Trançado
O meio de transmissão mais barato e mais usado é o par de fios de cobre trançados, que
vem sendo usado há mais de cem anos nas redes de telefonia. De fato, grande parte das
fiações de conexão de aparelho telefônicos à central telefônica local utilizam o par de fios
de cobre trançados.
Todos já viram um par de fio trançado em casa ou no local de trabalho. O par trançado é
constituído de dois fios de cobre isolados, cada um com aproximadamente um milímetro
de espessura, e enrolados em espiral, conforme figura abaixo. Os fios são trançados para
reduzir a interferência elétrica de pares semelhantes que estejam próximos pelo efeito de
cancelamento.
 
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Normalmente, uma série de pares é conjugada dentre de um cabo, isolando-se os pares
com material isolante.
 
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Mais popular, normalmente a melhor opção. Sua principal desvantagem é ser passível a
interferências elétricas e de rádio.
Par trançado blindado é mais apropriado para situações com interferência elétrica, porém
este tipo de cabo é mais volumoso e caro.
Pode os mesmos serem UTP (pares trançados sem blindagem) ou STP (pares trançados
com blindagem). Um par de fios constitui um único canal de comunicação.
O par de fio trançado sem blindagem (UTP – unshield twisted pair) é comumente usado
em redes de computadores locais, isto é, LANs. As taxas de transmissão de dados para as
LANs de hoje que usam UTP estão na faixa de 10 Mbps a 100 Gbps no comprimento
máximo de 100 metros suportado pelo cabo.
Ele também é comumente usado em redes WAN de acesso à Internet em conexões
residências com modens discados e redes ISDN e ADSL que também usam par trançado
com taxas normalmente até 100 Mbps.
 
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Há dois tipos de cabo UTP, o UTP rígido e o UTP flexível.
No flexível é utilizado um núcleo de cobre multifios em cada fio do par trançado.
No rígido é utilizado um único fio de cobre por fio par. O cabo rígido tem uma atenuação
de sinal inferior ao cabo flexível.
O UTP rígido é utilizado no cabeamento permanente, passando por dutos e canaletas,
sendo toda a malha de cabos que serve as estações de trabalhos, saindo das tomadas de
interconexão e chegando às salas de telecomunicações ou armários de distribuição. O UTP
flexível liga diretamente a estação de trabalho à tomada de interconexão da rede.
O cabo STP (shield twisted pair), utiliza a blindagem para reduzir a interferência
eletromagnética e de radiofrequência.
Esse cabo tem aplicação em ambientes ruidosos que exijam, além da proteção magnética
proporcionada pelos pares trançados, uma proteção elétrica e eletromagnética. A
proteção é proporcionada pelas blindagens que envolvem cada par trançado ou o cabo
como um todo. A blindagem também minimiza problemas decorrentes de diafonia entre
pares.
Os cabos STP se baseiam na utilização de uma blindagem em volta de todos os cabos para
proporcionar proteção contra ruídos elétricos, como também especifica uma blindagem
entre os pares e as tranças, a fim de reduzir a diafonia entre os pares.
Trata-se de uma estrutura realmente reforçada, conforme figura ao lado.
 
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Os cabos blindados se dividem em quatro categorias:
 
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Categorias de cabos par trançado
As categorias do cabeamento par trançado são normalmente definidas pela norma
ANSI/TIA/EIA-568 desde 1995 e são relacionadas da seguinte forma:
Categoria 1 1 Mbps (Apenas Voz - Cabos telefônicos)
Categoria 2 4 Mbps (Redes do tipo Apple Local Talk)
Categoria 3 10 Mbps (Apropriado para Ethernet)
Categoria 4 20 Mbps (Próprio de Token Ring 16 Mbps)
Categoria 5 100 Mbps (Apropriado para Fast Ethernet)
Categoria 5E 155 Mbps (Tecnologia Fast Ethernet e ATM)
Categoria 6 1 Gbps (Tecnologia Gigabit Ethernet)
Categoria 6A 10 Gbps (Tecnologia 10Gigabit Ethernet)
Categoria 7 10 Gbps (Tecnologia 10Gigabit Ethernet)
Categoria 7A 100 Gbps (Tecnologia 100Gigabit Ethernet)
Categoria 8.1 40 Gbps (Tecnologia 40 Gigabit Ethernet)
Categoria 8.2 40 Gbps (Tecnologia 40 Gigabit Ethernet)
 
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Infográfico
 
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Referências
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KUROSE, James F. Redes de Computadorese a Internet – Uma abordagem top-down.
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COMER, Douglas E.; STEVENS, David L. Interligação em Redes com TCP/IP - V. 1 - Princípios,
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HELD, Gilbert. Comunicação de dados. Tradução: Vandenberg Dantas de Souza. Rio de
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SOARES, Luiz Fernando Gomes. Redes de computadores: das LANS, MANS e WANS as redes
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SOUSA, Lindeberg Barros de. Redes de computadores: dados, voz e imagem. 6. ed. São
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TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. 5-Ed. Campus, 2011.
 
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