Classificacao Topologia Redes

Prévia do material em texto

Classificação das Redes
As redes de dados surgiram como resultado de aplicativos de computador que foram criados para empresas. Entretanto, na época em que esses aplicativos foram criados, as empresas possuíam computadores que eram dispositivos dedicados, e cada um deles operava independentemente de outros computadores. Portanto, se percebeu que essa maneira de administrar empresas não era eficaz nem econômica. Elas precisavam de uma solução que respondesse satisfatoriamente às três questões a seguir:
como evitar a duplicação de equipamentos e recursos
como se comunicar eficazmente
como configurar e gerenciar uma rede
As empresas reconheceram o quanto poderiam economizar e ganhar em produtividade usando a tecnologia de rede. Elas começaram a implantar redes e a expandir as redes existentes quase tão rapidamente quanto surgiam novos produtos e tecnologias de rede. Como consequência, o começo dos anos 80 experimentou uma expansão tremenda no campo das redes e, entretanto, o início do desenvolvimento das redes foi caótico, sob vários aspectos.
Em meados dos anos 80, foram sentidos os problemas do crescimento. Muitas das tecnologias de rede que surgiram tinham sido criadas usando-se diferentes implementações de hardware e software. Muitas dessas novas tecnologias de rede eram incompatíveis entre si. Tornou-se cada vez mais difícil paras as redes que usavam especificações diferentes comunicarem-se umas com as outras. 
Uma das primeiras respostas a esses problemas foi a criação de redes locais (LANs). Como elas podiam conectar todas as estações de trabalho, periféricos, terminais e outros dispositivos de um único edifício, as LANs tornaram possível às empresas que usavam a tecnologia da computação, compartilhar, por exemplo, arquivos e impressoras, de modo eficiente.
À medida que o uso do computador nas empresas cresceu, logo se percebeu que até mesmo as LANs não eram suficientes. Em um sistema de LAN, cada departamento ou empresa era uma espécie de ilha eletrônica. Era necessário um modo de passar informações de maneira rápida e eficiente, não só dentro da empresa, mas também de uma empresa a outra. A solução, então, foi a criação de redes de áreas metropolitanas (MANs), que eram capazes que interligar as LAN’s existentes em uma mesma região (por exemplo 2 prédios na mesma cidade). Ainda assim não era o suficiente, pois não era possível conectar redes em áreas geográficas distantes. Isso passou a ser possível com o surgimento das WANs.
Componentes de uma Rede
Vários são os componentes de uma rede, desde os mais óbvios como computadores e cabos, até componentes mais complexos e abstratos. Esses componentes são:
Servidor: Um Computador ou dispositivo capaz de oferecer um recurso para a rede. Note que em redes ponto-a-ponto não existe essa figura de “servidor”, pois todos os computadores podem exercer tanto o papel de Servidor quanto o de Cliente.
Cliente: Um Computador ou dispositivo que acessa os recursos disponíveis em uma rede;
Recurso: Qualquer coisa que possa ser oferecida pelos Servidores rede e usadas pelos Clientes da rede, tais como impressoras, arquivos, programas, acesso à internet, etc.
Protocolo: Para que todos os dispositivos de uma rede possam se entender, independentemente do programa usado ou do fabricante dos componentes, eles precisam usar uma mesma linguagem. Essa linguagem é genericamente chamada de protocolo.
Meios de transmissão: as formas existentes para transmitir os dados que serão trocados em uma rede, tais como cabos metálicos, fibra óptica ou mesmo opções sem fio.
Placa de Rede: Interface que permite que os Computadores consigam ser conectados em rede, já que internamente os Computadores usam sistema de comunicação diferente dos utilizados na rede.
Hardware de Rede: Equipamentos específicos para efetuar ou melhorar a comunicação na rede, como por exemplos os concentradores (HUBs), Switches e Roteadores. 
Transmissão de Dados
As redes foram feitas basicamente para transmitir dados de um ponto a outro. Eletronicamente falando, isso pode ser feito de 3 formas:
Simplex: Nesse tipo de transmissão de dados, um dispositivo é o transmissor e outro dispositivo é o receptor, sendo que esses papéis de transmissor e receptor não se inverte. A transmissão de dados Simplex é, portanto, unidirecional. 
Half-Duplex: Sistema que permite a inversão dos papéis de transmissor e receptor, sendo assim bidirecional. Mas por compartilharem um mesmo canal de comunicação, não é possível transmitir e receber dados ao mesmo tempo. Por exemplo, a comunicação feita por rádios tipo walkie-talkie. Tradicionalmente a comunicação em redes é do tipo Half-Duplex.
Full-Duplex: É a verdadeira comunicação bidirecional. Os Computadores que desejam se comunicar podem enviar e receber dados ao mesmo tempo. O Sistema telefônico é um exemplo de comunicação Full-Duplex.
Topologias de Rede
A topologia de uma rede pode ser entendida como a maneira pela qual os dispositivos estão interligados, provendo efetivamente a transmissão do sinal entre nós da rede. Podemos dizer que a topologia física de uma rede local compreende os enlaces físicos de ligação dos elementos computacionais da rede, enquanto a topologia lógica da rede se refere à forma através da qual o sinal é efetivamente transmitido entre um computador e outro.
Barramento
No barramento, todos os nós estão ligados ao mesmo meio de transmissão. Todos os nós que estão ligados ao barramento, podem “ouvir” as informações que estão sendo transmitidas, o que facilita o uso de aplicações que necessitam da difusão de mensagens para múltiplas estações.
Como os computadores compartilham o mesmo “meio” e apenas um pode transmitir dados por vez, então quanto mais computadores existirem no barramento então mais lenta será a comunicação.
Nesse tipo de topologia, caso exista algum problema com o cabo do barramento, nenhum computador ligado ao barramento será capaz de se comunicar.
Abaixo uma figura que representa a topologia Barramento:
Anel
Uma topologia em anel conecta um host ao próximo e o último host ao primeiro. Isso cria um anel físico do cabo. Nessa configuração as mensagens circulam de nó-a-nó até chegarem ao destino.
Estrela
A topologia em estrela é formada por diversas estações conectadas a um dispositivo central, toda a comunicação é supervisionada por esse nó central.
A unidade central tem o poder de determinar a velocidade de transmissão entre o transmissor e o receptor, e converter sinais transmitidos por protocolos diferentes, o que permite a comunicação entre redes de fabricantes distintos.
As falhas em estações ou na ligação entre a estação e o nó central, deixam de fora apenas o nó que está envolvido na ligação. Mas se a falha ocorrer no nó central, todos os computadores ligados a ele sistema ficarão fora do ar.
O seu desempenho está totalmente ligado a unidade central, pois depende do tempo de que ela necessita para o processamento e o encaminhamento de mensagens. Apesar de alguns problemas, essa topologia permite um melhor controle da rede e a maioria dos sistemas de redes atualmente implementam essa configuração.
Algumas variações dessa topologia são conhecidas como Estrela Estendida e Hierárquica (esta última também conhecida como Cascata).
Em Malha
Uma topologia de rede é usada quando não pode haver nenhuma interrupção nas comunicações, por exemplo os sistemas de controle de uma usina de energia nuclear. Como é possível ver na figura, cada host tem suas próprias conexões a todos os outros hosts. Isso também reflete o projeto da Internet, que possui vários caminhos para qualquer lugar.
Mista
É uma mistura de topologias, que tem como características as ligações ponto-a-ponto e multiponto e com isso se obtém redes complexas proporcionando um maior número de recursos. A estrutura mista pode conter a topologia anel, estrela, barra etc.
Comparativo entre as principais Topologias
Topol
	Topologia
	Vantagens
	Desvantagens
	Estrela
	Instalação simples;
Monitoramento;
	Custo de InstalaçãoMuito Cabeamento
	Barramento
	Estrutura Simples;
Pouco Cabeamento;
	Lentidão por uso intenso
Dificuldade no isolamento de problemas
	Anel
	Instalação Simples;
Desempenho uniforme;
	Dificuldades em isolar problemas
Se um nó parar, todos param
Topologias Lógicas
Como falamos anteriormente as topologias lógicas significam a forma com que os nós se comunicam através dos meios físicos. Os dois tipos mais comuns de topologias lógicas são o Broadcast e a passagem de Token. Na topologia de Broadcast o nó envia seus dados a todos os nós espalhados pela rede, não existindo nenhum tipo de ordem para este envio, o único tipo de ordem é: primeiro a chegar é o primeiro a usar. A Ethernet funciona dessa forma. O segundo tipo é a passagem de token. A passagem de token controla o acesso à rede passando um token eletrônico sequencialmente para cada host. Quando um host recebe o token, significa que pode enviar dados na rede. Se o host não tiver dados a serem enviados, ele vai passar o token ao próximo host e o processo se repetirá.
Meios Físicos de Transmissão
O mundo das redes de computadores não existiria se não existisse um “meio” pelo qual os dados pudessem ser transferidos de um local para outro. Basicamente temos os meios de transmissão com fios, que incluem os cabos metálicos e ópticos, e os meios sem fios, como as comunicações via celular, satélite.
Par Trançado
O meio de com fios mais utilizado pelas redes é o par trançado. Sua constituição é feita por um conjunto de fios de cobre isolados e enrolados aos pares em forma de espiral, com o intuito de reduzir as interferências dos pares semelhantes que estão próximos. Os pares enrolados são conjugados dentro de um cabo. Existem basicamente dois tipos de par trançado: sem blindagem, também chamado UTP (Unshielded Twisted Pair), e com blindagem, também chamado de STP (Shielded Twisted Pair). A diferença entre eles é justamente a existência, no par trançado com blindagem, de uma malha metálica em volta do cabo protegendo-o contra interferências eletromagnéticas.
Por mais que um cabo de par trançado possa parecer simples, ele na verdade possui várias formas e variedades que permitem um número amplo de aplicações. Para ajudar a identificar as numerosas variedades de cabo par trançado, especificações conhecidas como Categorias (de 1 até 7) foram desenvolvidas. Abaixo as principais características de cada categoria.
Categoria 1: É o fio padrão telefônico padrão, desenvolvido para transportar dados analógicos (principalmente voz) em baixas velocidades (máximo de 9600 bps). Não é usado para redes de computadores e não são mais reconhecidos pela TIA (Telecommunications Industry Association), entidade responsável pela definição de padrões para cabos.
Categoria 2: Também utilizado para os circuitos telefônicos, é um fio de qualidade superior, menos sujeito a ruídos e atenuação de sinais. É encontrado em linhas telefônicas T1 (linhas digitais), com capacidade de transmissão de 1,544 Mbps. Chegaram a ser utilizados em redes Token-Ring, mas não são adequados para uso em redes Ethernet. Também não são mais reconhecidos pela TIA (Telecommunications Industry Association).
Categoria 3: Este foi o primeiro padrão de cabos de par trançado desenvolvido especialmente para uso em redes de computadores. Desenvolvido para transmissão de 10 Mbps para distâncias de até 100 metros. Esse limite de 100 metros se aplica à distância do dispositivo que gera o sinal até o dispositivo que recebe o sinal, não a cada segmento de cabo. Embora o sinal não pare magicamente a 100 metros, ele enfraquece (atenua), enquanto que o nível de ruído continue crescendo, de modo que a probabilidade de o fio transmitir erros após 100 metros aumenta. Ainda pode ser encontrado em redes mais antigas, mas não é recomendado para instalação de redes novas, embora ainda sejam comercializados para uso em redes de telefonia.
Categoria 4: Desenvolvido para transmissões de até 20 Mbps para até 100 metros. Raramente é encontrado (alguns acreditam que foram vendidos!), não é mais comercializado e também não são mais reconhecidos pela TIA (Telecommunications Industry Association). 
Categoria 5: Desenvolvido para a transmissão de até 100 Mbps para distâncias de até 100 metros. Os cabos de Categoria 5 possuem um número de trancamentos por polegada maior que os fios de Categorias de 1 a 4 e, desse modo, induz menos ruídos. Uma evolução da Categoria 5 foi a 5e. Embora as especificações para as categorias de 1 até 5 descrevessem apenas os fios individuais, a especificação da categoria 5e indica exatamente 4 pares de fios e oferece designações para conectores nas extremidades dos fios, cabos de interligação e outros possíveis componentes que se conectam diretamente a um cabo. Em razão dessa especificação mais detalhada, a categoria 5e consegue oferecer suporte a velocidades maiores, de até 1000 Mbps.
Categoria 6: Desenvolvida para o padrão Gigabit Ethernet, com o avanço dos fios de categoria 5e, seu uso acabou não sendo muito difundido e é pouco encontrado. Mas como sua qualidade é superior e seu custo é pouco maior que os de categoria 5e, seria preferível sua adoção, mesmo que não se use imediatamente a vantagem de velocidades mais altas.
Categoria 7: É a especificação mais recente da família de par trançado. Especificado para velocidade de até 10 Gbps, é o único disponível apenas na versão com blindagem.
Cabo Coaxial
Outro meio de transmissão guiado é o cabo coaxial. Ele possui melhor blindagem se comparado com o cabo par trançado, podendo se estender por distâncias maiores e em velocidades mais altas. Sua constituição é formada por dois condutores de cobre concêntricos e não paralelos com um isolamento e blindagem especial, o que permite com essa configuração o alcance de altas taxas de transmissão de bits.
Um fio de cobre na parte central é envolvido por um material isolante, que é protegido por uma malha sólida entrelaçada. O condutor externo é protegido por uma camada plástica protetora.
Existem dois tipos de cabos coaxiais comumente usados. O primeiro é o cabo de 50 ohms, que é utilizado em transmissões digitais, e o segundo é o cabo de 75 ohms que é utilizado com frequência em transmissões analógicas de TV e internet a cabo.
O cabo coaxial pode ser utilizado como um meio compartilhado, onde vários sistemas finais podem ser conectados diretamente ao cabo, e todos eles recebem os sinais que são enviados por outros sistemas finais.
Fibra Óptica
A fibra óptica é um meio de transmissão guiado que conduz pulsos de luz, cada pulso é representado por um bit. A fibra, além de suportar altas taxas de transmissão de bits, na casa das dezenas de gigabits por segundo, é imune a interferências eletromagnéticas, possuindo uma baixa atenuação de sinal. Todas essas características tornaram a fibra o meio preferido para a transmissões guiadas de longo alcance.
O cabo de fibra óptica é semelhante ao cabo coaxial, exceto por não ter a malha metálica. O centro da fibra é formado por um núcleo de vidro por onde se propaga a luz, esse núcleo é revestido por um vidro com índice de refração inferior ao do núcleo, para manter toda a luz no núcleo.
As fibras óticas utilizadas nas redes são classificadas de acordo com a forma que a luz trafega no cabo, sendo elas monomodo e multímodo.
Nas fibras monomodo, um único sinal de luz é transportado de forma direta no núcleo do cabo. O sinal pode atingir distâncias maiores, sem repetição, nesta forma de tráfego da luz quando comparado com a transmissão com as fibras multímodo.
A fibra multímodo, tem como característica um feixe de luz que viaja ao longo do seu trajeto, fazendo diferentes refrações nas paredes do núcleo do cabo.
Os transceivers e conversores de fibra multimodo são mais econômicos: como a fibra é "ruim", não adianta usar uma fonte de luz boa. Então os transceivers de fibra multimodo normalmente usam leds. Já os transceivers e conversores de fibra monomodo usam laser, e quanto maior a distância, maior a potência desse laser.
Transmissão SemFio
É qualquer forma de transmissão de dados que não utilize fio, como, por exemplo, transmissões via satélite ou via rádio. Existe uma variedade muito grande, cada uma com seus detalhes específicos. Mas para o encaminhamento de nossos estudos, apenas precisamos considerar que existe possibilidade de transmissão de dados que não utilizam fios.
Critérios de Seleção de Meios de Transmissão
Ao desenvolver ou analisar uma rede de computadores, a seleção de um tipo de meio de transmissão em vez de outro é uma questão importante. Projetos baseados em redes de computadores tiveram um desempenho abaixo das expectativas e até mesmo falharam como resultado de uma decisão ruim sobre o tipo de meio apropriado. Supondo que você tenha opção de escolher um meio, deve-se considerar:
Custo: Considerar o custo de aquisição e também de manutenção do meio escolhido.
Velocidade: Considerar necessidades presentes e futuras.
Expansibilidade e Distância: Considerar possibilidades de expansão da rede, bem como as distâncias envolvidas nessa expansão.
Ambiente: Considerar o ambiente onde a rede será instalada. Ambientes industriais, com maquinário pesado, produz mais radiação eletromagnética, podendo gerar mais interferência em cabos metálicos não blindados. Transmissões sem fio também podem ser interrompidas por interferências eletromagnéticas.
Segurança: Considerar possibilidades de “grampos” no sinal. Cabos metálicos são mais fáceis de serem grampeados que os cabos ópticos. Comunicações sem fio também podem ser interceptadas, principalmente em redes locais. Considerar tecnologias de segurança, como por exemplo criptografia dos dados.
Ritmos de Transmissão
O ritmo de transmissão tem relação ao “acordo” feito pelo transmissor e receptor para que eles estabeleçam os momento em que serão feitas as transmissões dos dados, bem como formas de se identificar o início e o fim de uma transmissão. 
Transmissão Assíncrona
O termo “assíncrono” refere-se à irregularidade dos instantes de ocorrência da transmissão, ou seja, o tempo de transmissão decorrido de dois bits pode ser variado pelo equipamento de transmissão. 
Nesse tipo de transmissão, um bit especial é inserido no início e no fim da transmissão de um caractere e assim permite que o receptor entenda o que foi realmente transmitido.
A principal desvantagem desse tipo de transmissão é a má utilização do canal, pois os caracteres são transmitidos irregularmente, além de um alto overhead (os bits de controle que são adicionados no início e no fim do caractere), o que ocasiona uma baixa eficiência na transmissão dos dados.
Transmissão Síncrona
Na transmissão síncrona, os bits de um caractere são enviados imediatamente após o anterior, não existindo os bits de controle no início e no fim do caractere e nem irregularidades nos instantes de transmissão. A transmissão síncrona é estabelecida através de uma cadência fixa para a transmissão dos bits de todo um conjunto de caracteres, um bloco. Resumindo, o transmissor e o receptor comunicam-se, sincronizam suas ações, e preparam-se para receber a comunicação, já sabendo da taxa de transmissão e o tamanho dos dados ordenados e conhecidos.
A comunicação síncrona é mais cara que a assíncrona, pois necessita de um relógio no hardware para permitir o seu sincronismo e é muito utilizada em redes com altas taxas de transmissão.