AULA 2 Equipamentos, Estruturas e Topologias

Prévia do material em texto

Redes de Comunicação Industrial
Aula 2
Estruturas, Topologias e
Equipamentos
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
2
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
3
Definições sobre Rede
4
“Rede é um conjunto de dispositivos
conectados por um link de comunicação.”
(Forouzan)
“Rede é a ligação de dois ou mais
dispositivos com o objetivo de
compartilhar recursos.” (Tanenbaum)
Componentes de uma Comunicação de Dados
5
Um sistema básico de comunicação de dados 
é composto de cinco elementos
Fonte: [Forouzan]
Componentes de uma Comunicação de Dados
6
1. Mensagem: é a informação (dados) a ser transmitida.
Pode ser constituída de texto, números, figuras, áudio
ou vídeo – ou qualquer combinação desses.
Fonte: [Forouzan]
Componentes de uma Comunicação de Dados
7
2. Transmissor: é o dispositivo que envia a mensagem de
dados. Pode ser um computador, uma estação de
trabalho (workstation), um telefone, uma câmera de
vídeo, etc. Fonte: [Forouzan]
Componentes de uma Comunicação de Dados
8
3. Receptor: é o dispositivo que recebe a mensagem.
Pode ser um computador, uma estação de trabalho, um
telefone, uma câmera de vídeo, etc.
Fonte: [Forouzan]
Componentes de uma Comunicação de Dados
9
4. Meio de transmissão: é o caminho físico por onde viaja 
uma mensagem. Pode ser um par trançado, cabo coaxial, 
fibra óptica ou ondas de rádio (microondas terrestre ou via 
satélite).
Fonte: [Forouzan]
Componentes de uma Comunicação de Dados
10
5. Protocolo: é um conjunto de regras que governa a comunicação
de dados. Ele representa um acordo entre os dispositivos que se
comunicam. Sem um protocolo, dois dispositivos podem estar
conectados, mas sem comunicação entre si.
Fonte: [Forouzan]
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
11
Direção do Fluxo de Dados
12
Simplex
Fonte: [Forouzan]
Direção do Fluxo de Dados
13
Half-duplex
Fonte: [Forouzan]
Direção do Fluxo de Dados
14
Full-duplex
Fonte: [Forouzan]
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
15
Conexão
16
Ponto a ponto
Fonte: [Forouzan]
• Link (enlace) dedicado entre dois dispositivos
• Toda a capacidade do link é reservada para a
comunicação entre esses dois dispositivos
Conexão
17
Multiponto
Fonte: [Forouzan]
• Mais de dois dispositivos compartilham um único link
• Capacidade do canal é compartilhada, espacial ou 
temporalmente, entre os dispositivos do link
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
18
Topologia
19
Fonte: [Forouzan]
• Topologia (física/lógica) refere-se ao modo segundo o
qual uma rede é montada fisicamente/logicamente.
• Dois ou mais dispositivos formam um link. Dois ou
mais links geram uma topologia de rede.
• A topologia de uma rede é a representação
geométrica do relacionamento entre todos os links e
dispositivos conectados uns aos outros.
• Quatro topologias básicas:
malha, estrela, barramento e anel.
Topologia
20
Fonte: [Forouzan]
• Cada dispositivo: possui um link dedicado com os demais.
“dedicado”: o tráfego no link fica restrito ao dois dispositivos
que estiverem se comunicando.
• Numa malha de n dispositivos totalmente conectada existem
n(n – 1)/2 canais físicos.
• Cada dispositivo deve possuir n −1 interfaces de entrada/saída.
Malha
Topologia
21
Fonte: [Forouzan]
• Links dedicados
• Robustez (caminhos por links alternativos)
• Privacidade e segurança. Comunicação disponível
apenas para os dispositivos conectados ao link.
• Facilitam a identificação e isolamento de falhas.
Tráfego pode ser desviado.
Malha
Vantagens
• Muitos cabos
• Muitas interfaces
 Custo
Desvantagens
Topologia
22
Fonte: [Forouzan]
• Conexão dedicada a um controlador ou concentrador no centro 
da estrutura. Obs.: Hub  hub, switch ou roteador
• Dispositivos não se conectam diretamente uns aos outros. 
• O concentrador age como um elemento intermediário.
• Custo Estrela < Custo Malha (menos links, menos interfaces).
Estrela
Topologia
23
Fonte: [Forouzan]
Barramento
• Conexões multiponto. Um cabo longo funciona como um backbone
(espinha dorsal).
• Nós conectados ao backbone através de pequenos segmentos de
cabos e conectores de pressão (taps).
• Dissipação de potência do sinal  limita o número e a distância
mínima entre os taps que um barramento pode suportar.
• Facilidade de instalação. O cabo backbone pode ficar situado ao
longo de um caminho mais eficiente, com segmentos de cabo de
vários comprimentos possíveis.
Topologia
24
Fonte: [Forouzan]
Barramento
• Menos cabeamento que as topologias em malha ou em estrela.
• Cada segmento de cabo precisa apenas atingir o ponto mais próximo
possível do backbone.
• Dificuldade de isolamento de uma falha.
• Projetada para otimizar o processo de instalação da rede  Pode ser
difícil adicionar novos pontos (modificação substancial no backbone)
• Reflexão dos sinais nos taps degradam a qualidade do sinal no
backbone.
• Uma falha ou desconexão no cabo do barramento pára qualquer tipo
de transmissão. Reflexão dos sinais em todas as direções (ruídos)
Topologia
25
Fonte: [Forouzan]
Anel
• Conexão dedicada somente com os dois mais próximos.
• Sinal é transmitido numa única direção até alcançar o destino.
• Isolamento de falha é simples: Alerta se qualquer dos dispositivos não
receber um sinal dentro de um período de tempo predeterminado 
informa que existe um problema e onde ele está localizado.
• Tráfego unidirecional desvantagem. Num anel simples, uma quebra
(tal como a desconexão de uma estação) pode desabilitar toda a rede.
 adoção de um anel duplo ou de um chaveamento capaz de
redirecionar as conexões endereçadas ao ponto de quebra.
Topologia
26
Fonte: [Forouzan]
Anel
• Conexão dedicada somente com os dois mais próximos.
• Sinal é transmitido numa única direção até alcançar o destino.
• Isolamento de falha é simples: Alerta se qualquer dos dispositivos não
receber um sinal dentro de um período de tempo predeterminado 
informaque existe um problema e onde ele está localizado.
• Tráfego unidirecional desvantagem. Num anel simples, uma quebra
(tal como a desconexão de uma estação) pode desabilitar toda a rede.
 adoção de um anel duplo ou de um chaveamento capaz de
redirecionar as conexões endereçadas ao ponto de quebra.
Topologia
27
Fonte: [Forouzan]
Híbrida
Topologia
28
Fonte: [Forouzan]
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
29
Classificação
30
Classificação de acordo com a sua dimensão e distribuição 
geográfica:
• LAN – Local Area Network
• MAN – Metropolitan Area Network
• WAN – Wide Area Network
LAN (Local)
31
• Links entre dispositivos estão localizados dentro 
de uma sala, escritório, edifício ou campus
Fonte: [Forouzan]
MAN (Metropolitana)
32
• Dimensões metropolitanas, se estende pela cidade.
• Pode ser uma única rede (ex.: rede de TV a cabo) ou pode conectar
muitas LANs entre si (ex.: MAN conectando as LANs de todos os
escritórios de uma empresa na cidade).
• Pode ser administrada por uma empresa privada ou por uma empresa
pública (ex.: uma companhia telefônica).
Fonte: [Forouzan]
WAN (Wide, longa distância)
33
• Grandes distâncias geográficas.
• País, continente ou até mesmo todo o mundo.
• Podem utilizar redes públicas, redes sob concessão ou
alugadas, equipamentos privados de comunicação ou
combinações desses para atingir uma distância praticamente
ilimitada.
Fonte: [Forouzan]
34
Fonte: [http://www.limontec.com/2015/12/o-que-e-pan-lan-man-wan-e-san-redes.html]
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
35
Modelo OSI (Open Systems Interconnection)
• Hierarquia, transparência, camadas oferecem e 
usam serviços umas das outras
O uso de Redes em Ambiente Industrial –
Prof. Fábio Gonçalves
36
Sistemas Finais
37
• Sistemas Finais, Hospedeiros (Hosts)
• São conectados entre si por enlaces (links): cabo 
coaxial, fios de cobre, fibra óptica e ondas de rádio
• Rede de Computadores. Computadores?
Sistemas Finais
38
• “Finais” pois estão na periferia 
(borda) da rede.
• “Hospedeiros”, pois hospedam 
(executam) programas 
(processos) de aplicação.
• Cliente (inicia) / Servidor 
(espera) Hosts distintos: 
Aplicação distribuída.
• Server Farms
• P2P
Fonte: [Kurose]
Sistemas Finais
39
Fonte: [Kurose]
• Outros componentes  Caixa preta
Elementos Concentradores
40
•Roteadores (camada 3 – rede)
• Switches (camada 2 – enlace)
•Hubs (camada 1 – física)
Elementos Concentradores - Hub
41
• Camada 1
• Sinal introduzido em uma entrada aparece em todas 
as outras portas
• Único domínio de colisão
• Obsoletos
42
Elementos Concentradores - Bridge
Elementos Concentradores - Switch
43
• Comutador de pacotes da Camada 2
• Enlaces ponto a ponto
• Múltiplos domínios de colisão
• Gerenciáveis
• MAC Address
Fonte: [Cisco]
Elementos Concentradores - Switch
44
Fonte: [Cisco]
Elementos Concentradores 
45
Hub x Switch
Elementos Concentradores - Roteador
46
• Comutador de pacotes da Camada 3
• Encaminha pacotes entre redes
• Diversas famílias
Fonte: [Cisco]
Elementos Concentradores - Roteador
47
Fonte: [Cisco]
Elementos Concentradores - Roteador
48
Fonte: [Cisco]
Firewall
• Firewall é um dispositivo de uma rede que aplica uma política de
segurança a um determinado ponto da rede.
• Existe na forma de software e de hardware, a combinação de ambos
é chamado tecnicamente de "appliance”.
• Firewall na Pirâmide: ver slides da aula anterior
49
Fonte: [Cisco]
Firewall
50
Fonte: [http://integratedautomation.com.au/announcements/ethernet-network-firewall-for-protection]
• Controla o tráfego baseando-se no endereço
MAC, endereço IP, Portas TCP/UDP ou protocolos.
Firewall
51
Fonte: [http://www.ads-tec.de/]
• DMZ: mantem todos os serviços que possuem acesso externo 
(ex: servidores HTTP, FTP, de correio eletrônico, etc) junto em 
uma rede local).
• Limita o potencial dano. 
• Os computadores presentes em uma DMZ não devem conter 
nenhuma forma de acesso à rede local.
52
Fonte: [SchneiderElectric/ethernet-in-industrial-environment-part-2-implementation
Agenda – Aula 2, 16/02/2017
1. Componentes de uma comunicação (Mensagem, 
Transmissor, Receptor, Meio, Protocolo)
2. Fluxo de Dados (simplex, half-duplex, full-duplex)
3. Conexão (Ponto a ponto, Multiponto)
4. Topologias (Malha, Estrela, Barramento, Anel, Híbrida)
5. Classificação (LAN, MAN, WAN)
6. Equipamentos (Sistemas Finais, Comutadores, Firewall)
7. Referências
53
Principais Referências:
54
• FOROUZAN, Behrouz A.. Comunicação de Dados e 
Rede de Computadores
• KUROSE, James F.. Redes de Computadores e Internet
• Cisco www.cisco.com
55