06 - Topologias de Rede

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Introdução 
 
Tecnologias de 
LAN e topologias 
de rede 
Professor: Arlindo Tadayuki Noji Instituto de Ensino Superior Fucapi - CESF 
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Introdução 
 A maioria das redes de computadores são locais. 
 
 E são projetadas para compartilhar um meio comum de 
comunicação de dados. 
 
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Introdução 
 
 Comunicação direta: ponto a ponto: 
 
– Também conhecido como rede de malha (mesh network). 
 
– Tem três propriedades interessantes: 
 Pode usar hardware diferentes para cada transmissão; 
 Tem acesso exclusivo sobre o canal; 
 Apresentam um modo seguro para transf. de dados. 
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Rede ponto a ponto 
 Conexões independentes ponto a ponto: 
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Rede ponto a ponto 
 Desvantagem: 
 
– O número de conexões ou pares de fios, cresce 
exponencialmente: 
 Conexões diretas necessárias = (N2-N)/2, onde N é o n. De 
computadores. 
 
 
 
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Padrões 
 
 No final dos anos 60 e início dos anos 70, foram 
inventadas as chamadas rede locais para substituir as 
caras redes ponto a ponto. 
 
 Essa tecnologia permitia que diversos computadores 
compartilhassem um meio de comunicação para 
conexões locais. 
 
 Se tornou uma tecnologia popular: baixo custo. 
 
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Padronização 
 A tecnologia das LANs só foi possível se desenvolver 
graças aos princípios de referência apresentada abaixo: 
– O princípio da localidade temporal de referência - diz que um 
computador tenderá a se comunicar com o mesmo conjunto de 
computadores; 
– O princípio da localidade física de referência - diz que os 
computadores próximos tendem a se comunicar mais uns com os 
outros. 
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Topologias de LAN 
 As LANs utilizam diferentes tecnologias e elas 
são classificadas em termos de topologias. 
 
 Existem três grandes categorias ou topologias 
utilizadas na tecnologia LAN: 
 
 Estrela; 
 Anel; 
 Barramento. 
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Topologias de uma LAN 
 Topologia de estrela. 
– Todos os computadores se prendem a um computador central. 
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Topologias de uma LAN 
 Topologia em anel 
– São projetados para formar um loop fechado; 
– Um cabo conecta a um computador ao outro, depois outro cabo 
conecta o último computador ao computador seguinte. 
 
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Topologias de uma LAN 
 Consiste em um único cabo longo ao qual os computadores se 
acoplam. 
 Qualquer computador pode se comunicar com qualquer outro 
computador. 
 É necessário uma coordenação. 
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Topologias de uma LAN 
 Cada topologia tem vantagens e desvantagens: 
 As topologias em anel têm a facilidade para coordenarem o 
acesso, porém um cabo cortado derrubaria toda a rede; 
 Uma topologia baseada em estrela não tem a fragilidade de 
um cabo cortado; 
 A topologia em barramento têm a mesma desvantagem de 
uma rede em anel, porém exige menos fios que uma estrela. 
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Exemplo de rede de Barramento 
 O padrão Ethernet foi inventado pela corporação Xerox 
no início dos anos 70. Com apoio da Digital Equipament 
e da Intel, formaram um padrão chamado DIX Ethernet. 
 
 A IEEE controla os padrões Ethernet. 
 
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Padrões Ethernet 
 Versões atuais operam em três diferentes 
larguras de banda: 
 
– 10mbit/s (padrão original); 
– 100mbit/s (Fast Ethernet); 
– 1gbits/s (Gigabit Ethernet). 
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Exemplo de rede de Barramento 
 Funcionamento: 
– O acesso é compartilhado, mas apenas um computador pode 
transmitir em um dado instante no meio, enquanto que os demais 
computadores deverão a vez para ter acesso; 
– Nesta topologia, múltiplos computadores podem estar conectados ao 
barramento. 
 
 
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O uso da técnica CSMA 
 Detecção de portadora em redes de acesso múltiplo. 
 
O CSMA - Carry Sense on Multi-Access Networks - é o mecanismo usado para 
coordenar a transmissão numa rede Ethernet. 
 
O padrão Ethernet não tem uma central capaz de coordenar os acessos de cada 
computador no meio. 
 
Ao invés disso, cada computador participa de um esquema chamado CSMA para 
ter o acesso no meio. A idéia é simples. Antes de falar, cada computador 
verifica se já existe algum sinal no cabo (meio), se houver, significa que o meio 
está em uso e portanto ele deve aguardar. 
 
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CSMA/CD 
 A técnica CSMA apenas detecta se o meio já está em 
uso, e evita que se interrompa uma comunicação em 
andamento por outro computador. 
 
 O que ocorre se dois computadores decidem transmitir 
no mesmo instante? 
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CSMA/CD 
 O padrão Ethernet especifica também uma técnica para 
detectar colisões - (collision detection - CD). 
 Colisões são na verdade interferências que ocorrem 
quando dois computadores estão transmitindo ao mesmo 
tempo. 
 
 A técnica CSMA/CD também permite recuperar a 
transmissão de dados. 
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CSMA/CD 
 Na ocorrência de uma interferência, cada computador aguarda até 
que o meio fique silencioso para iniciar novamente a transmissão. 
Cada computador espera um intervalo de tempo aleatório entre 0 e 
D para iniciar. 
 Se as colisões continuarem, o intervalo de tempo aumentará na 
proporção exponencial binário. Ex: 2D,4D,8D... 
 
 Está técnica de atraso é também chamada de Backoff. 
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LANs sem fio 
 As LANs (Ethernet) sem fios utilizam uma técnica 
variante chamada CSMA/CA. 
 Operam em 900mhz com taxa de transmissão de 2mbs. 
 O funcionamento é diferente porque: 
– Um computador não pode presumir que uma ausência de sinal 
signifique que o canal está livre; 
– O sinal é de baixa potência e pode sofrer bloqueio de sinal. 
 
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Colisão em redes sem fio 
 Computador 1 pode enviar um pacote para o computador 2, mas o 
computador 3 não pode ouvir e portanto poderia tentar enviar algo 
para o computador 2 também. 
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CSMA/CA 
 As LANs sem fio utilizam um esquema diferentes chamado 
CSMA/CA - Carry Senser Multiple Access with Collision Avoidance. 
 
– Consiste em transmitir um pequeno pacote de controle ao 
receptor. Sua confirmação assegura que o transmissor poderá 
transmitir para o outro computador; 
– Mesmo que dois computadores comecem a transmitir, cada um, 
um pacote de controle simultaneamente, o CSMA/CA permitirá 
que o receptor detecte os sinais como uma interferência ou 
colisão, nesse caso, ambos os transmissores ficarão sem 
resposta e aguardarão um tempo aleatório antes de tentar iniciar 
novamente suas transmissões. 
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Exemplo rede em anel 
 O modelo IBM Token Ring: 
– Cada computador tem um cabo que interliga ao outro computador. As conexões 
formam um circulo fechado; 
– Tem um esquema especial de coordenação chamado token para dar acesso ao meio; 
– Somente um computador por vez te acesso ao meio, mas de forma justa. 
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Exemplo rede em anel 
 O token é um padrão diferentes de bits que o hardware 
gera automaticamente e passa de computador para outro 
computador de forma única; 
 
 Um computador só tem direito de transmitir dados 
quando tiver o token; 
 
 Os erros podem ser verificados pela comparação dos bits 
recebidos e transmitidos no anel. 
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Exemplo de redes em anel 
 Anel FDDI. 
– Utiliza dois cabos de 
fibra de vidros; 
– Tem redundâncias as 
falhas. 
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Exemplo de redes em estrela 
 Inventadas pelas companias telefonicas, as redes ATMs permitem 
altas taxas de transmissão de dados. 
 O elemento principal desta tecnologia é o switch ATM que permite 
interconectar diversos computadores. 
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Exemplo de redes em estrela 
 Uma conexão com um computador consistem em um par de fios de 
fibra de vidro. 
 Atingem velocidades de pelo menos 155 Mbps.