Fundamentos de Redes de Computadores parte 1

Fundamentos de Redes de ComputadoresRedes, topologia e meios físicos de transmissão

Prof. Ricardo J. Pinheiro

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Resumo

Livro-texto:

Redes de Computadores: Das LANs,MANs e WANs às redes ATM - Soares, Lemos e Colcher – Editora Campus

Livro de apoio:

Redes de Computadores – TanenbaumMaterial de apoio

Artigos e atualidades

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Objetivos e exemplos

Objetivos de uma rede

Compartilhar recursos

Trocar informação

Exemplos de redes

Telefonia fixa

Telefonia celular

Rádiodifusão

Televisão

Redes de computadores

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Definições

Rede de comunicação

Conjunto de módulos processadores, capazes de trocar informações e compartilhar recursos ligados por um sistema de comunicação.

Sistema de comunicação

Arranjo topológico ligando módulos processadores através de enlaces físicos e de um conjunto de regras para organizar a comunicação (protocolos).

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Parâmetros de Comparação

Retardo de transferência

Tempo gasto entre o pedido e a entrega da mensagem.

Confiabilidade

Medida em tempo médio entre falhas (MTBF), tolerância a falhas, tempo médio de reparo (MTTR) e tempo de reconfiguração entre falhas.

Modularidade

Grau de alteração de desempenho da rede sem alterar o projeto original.

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Parâmetros de Comparação

Custo

Desempenho

Intimamente relacionada a custo.

Compatibilidade

Ou interoperabilidade.

Sensibilidade tecnológica

Capacidade da rede suportar todas as aplicações para a qual foi preparada, e além.

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Classificação quanto a alcance

LANsLocal Area Network – rede local

Distância entre os módulos processadores estão desde alguns metros a alguns quilômetros.

Em geral não passam por vias públicas.

Tipo mais comum.

Exemplo: Redes domésticas.

MANsMetropolitan Area Network – rede metropolitana

Distâncias são maiores que as LANs.

Abrangem uma ou algumas cidades.

Vários meios de transmissão.

Exemplo: RedeRio (http://www.rederio.br)

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Classificação quanto a alcance

WANsWide-Area Network – rede geograficamente

distribuída

Distâncias abrangem um país, um continente ou todo o mundo.

Vários meios de transmissão.

Exemplo: IBM Global Network.

E a Internet?

A Internet é uma “rede de redes”.

Ninguém está diretamente conectado à ela.

Reunião de milhões de redes.

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Topologia

Disposição lógica de elementos.

No caso de uma rede, refere-se à forma como os enlaces físicos e os nós de comutação estão organizados, determinando os caminhos físicos existentes e utilizáveis entre qualquer pares de estações conectadas a essa rede.

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Classificação quanto ao enlace

Ponto-a-ponto

Ligação dois-a-dois.

Vários nós interligados entre si.

Tipo mais comum.

Multiponto

Vários nós ligados simultaneamente ao mesmo enlace.

Adotado em algumas topologias.

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Classificação quanto ao uso

Simplex

O enlace é utilizado apenas em um dos dois possíveis sentidos de transmissão.

Exemplo: fibra ótica.

Half-duplex

O enlace é utilizado nos dois sentidos de transmissão – um de cada vez.

Full-duplex

O enlace é utilizado nos dois sentidos de transmissão simultaneamente. O enlace pode ser formado por dois pares de fios (cada um em um sentido), ou usando faixas de freqüências diferentes.

ou

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Topologia em barra

Barra ou barramento.

Todos os nós se ligam ao mesmo meio de transmissão - multiponto.

O sinal gerado por uma estação propaga-se ao longo da barra em todas as direções.

Cada nó tem um endereço na barra. Quando uma estação conectada reconhece o endereço da mensagem, ele a aceita. Caso contrário, a despreza.

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Topologia em barra

Ligações ao meio geram descontinuidade de impedância e causam reflexões. O transceptor deve ter uma alta impedância para o cabo, para que sua ligação altere o mínimo possível as características de transmissão. Devido a isto, algumas necessidades:

Transceptor localizado perto do cabo

Necessidade de terminadores (casadores de impedância) nas pontas para impedir a reflexão.

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Topologia em anel

Estações ligadas por um caminho fechado.

Pode ser bidirecional, mas é mais comum o unidirecional.

O controle pode ser centralizado ou distribuído.

O sinal sai de um nó e circula pelo anel.

Em cada nó o sinal é regenerado e retransmitido.

Cada nó tem o seu endereço que ao ser reconhecido por um outro nó, aceita a mensagem e a trata.

Interrupção no anel corta a comunicação.

Exemplo: Token Ring (IBM)

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Topologia em estrela

Nós ligados a um comutador central (hub, switch, roteador, etc).

Administração centralizada.

Ligação ponto-a-ponto (nó-concentrador).

Não precisa de roteamento.

Falha no comutador pára a rede.

Exemplo: Ethernet.

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Meios físicos de transmissão

Com cabeamento

1. Cabo coaxial

2. Cabo par trançado

3. Fibra ótica

4. Rede elétrica (PLC)

Sem cabeamento

1. Infravermelho

2. Bluetooth

3. Wi-Fi

4. WiMAX

5. 3G

6. Rádio

7. Microondas (via satélite)

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Meios físicos – com cabeamento

1.Cabo coaxial• Condutor cilíndrico interno com tubo metálico em

torno, e separados por material dielétrico.

• Condutor interno de cobre.

• Tubo metálico: blindagem eletrostática.

• Material dielétrico: ar seco ou plástico.

• Uso em distribuição de sinal de televisão (TV a Cabo)

• Telefonia de longa distância.

• Redes locais de curta distância.

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1.Cabo coaxial• Vantagens:

• Suporta taxas de transmissão maiores do que o par trançado para a mesma distância.

• Desvantagens:• Mau-contato nos conectores.

• Cabo rígido – difícil manipulação.

• Problema da topologia (barramento).

• Custo/metro maior do que o par trançado.

• Hoje em dia:• Uso muito limitado em redes.

Conector RG –58 T

Conector RG –58

Interface de Rede

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2.Par trançado• Dois fios de cobre enrolados em espiral.

• Vários pares dentro de um cabo.

• Objetivo: Reduzir ruído e manter constante as propriedades elétricas ao longo de toda a extensão.

• Melhor desempenho que um par em paralelo para distâncias grandes.

• Transmissão pode ser analógica ou digital.

• Taxas de transmissão – até gigabits/s.• Depende da:

distância, técnica de transmissão,

qualidade do cabo, diâmetro,

comprimento das tranças, etc.

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2.Par trançado

• Tipos• UTP – não blindado• STP – blindado

• Malha metálica – minimiza o ruído externo.

• Vantagens• Meio de transmissão de menor custo por

comprimento.• Ligação ao meio simples e barata.

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2.Par trançado

Desvantagens

Suscetível a ruídos.

Gerada por interferência eletromagnética (motores, geladeiras, quadros de luz, lâmpadas fluorescentes, etc).

Minimizada com a blindagem.

Classificação quanto à taxa de transmissão suportada:

CAT 3 – até 10 Mbps

CAT 5 – até 100 Mbps

CAT 5e e 6 – até 1 Gbps

CAT 7 – até 1 Gbps.

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2.Par trançado

•Normas:• Padrões para o cabeamento de edifícios.• T568A e T568B – padrão para condutores máquina -

concentrador.• T568A – ordem dos fios: Branco Laranja,

Laranja, Branco Verde, Azul, Branco Azul, Verde, Branco Marrom, Marrom.

• T568B - ordem dos fios: Branco Verde, Verde, Branco Laranja, Azul, Branco Azul, Laranja, Branco Marrom, Marrom.

• Crossover – padrão para condutores máquina – máquina.

• T568A numa ponta, T568B na outra.

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3.Fibra ótica

Cabo composto por filamentos de sílica (matéria-prima do vidro) ou plástico.

Leves e finos.

Sinal ótico, gerado por pulsos de laser ou LEDs.

Características:

Altíssimas taxas de transmissão – 1 Tbps em laboratório (100 vezes o Gigabit Ethernet).

Isolamento elétrico completo entre transmissor e receptor.

Atenuação não depende da freqüência.

Imune a interferências eletromagnéticas.

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3.Fibra ótica

Como funciona

Um feixe de luz é lançado numa ponta da fibra, e pelas características óticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de reflexões sucessivas até a outra ponta.

Tipos

Multimodo

Sem amplificadores.

Pode ser comum ou gradual - diferentes níveis de refração – possibilitam a reflexão do feixe.

100 Mbps a 10 km de distância.

Redes locais.

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3.Fibra ótica

Tipos:

Monomodo

1 Gbps a 100 km de distância.

Uso de laser.

Redes de longa distância.

Tipos de fontes luminosas:

LEDs – mais barato, taxas de transmissão menores, maior tempo de vida, menor alcance.

Laser – mais caro, taxas de transmissão maiores, menor tempo de vida, maior alcance.

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4.Rede elétrica (PLC)• Transmissão de dados via rede elétrica

• Tecnologia - existe desde os anos de 1920 – aperfeiçoada recentemente para transmissão de dados.

• Vantagens:• Alcance muito amplo - via rede elétrica.

• Altas taxas de transmissão.

• Desvantagens:• Questões de regulamentação junto ao órgão competente.

• Gera interferência em outros aparelhos que usem radiofreqüência.

• Em rede elétrica com muito ruído, desempenho ruim.

• Half-duplex, com banda partilhada.

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Meios físicos – sem cabeamento

Diversos padrões para comunicação sem fio:

IEEE 802.11 – redes wireless.

IEEE 802.15.1 – Bluetooth.

IEEE 802.16 – WiMax.

IEEE 802.20 – 3G.

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2.Radiofreqüência• Espectro eletromagnético

• Intervalo completo da radiação eletromagnética que contém desde as ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, raios ultravioleta, raios X, até a radiação gama.

• Administração do espectro é feita em cada país por um órgão competente.

• No Brasil – ANATEL.

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1.Infravermelho• Padrão IrDA – comunicação sem-fio via

infravermelho.

• Taxas de até 4 Mbps.

• Baixo alcance (até 4,5 m).

• É preciso que o receptor tenha visão do transmissor – sem obstáculos.

• Transmissão half-duplex.

• Usado em controles remotos e dispositivos simples.

• Hoje em dia está sendo substituído pelo Bluetooth.

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2.Bluetooth (IEEE 802.15.1)• Especificação para redes pessoais sem fio

(Personal Area Networks - PANs)

• Uso de uma freqüência de rádio de curto alcance, globalmente não licenciada e segura.

• Baixa taxa de transmissão e baixo custo.

• Conexão simples.

• Exemplos de uso: Celulares e fones de ouvido sem-fio, Micros, mouses e teclados, dispositivos e receptores GPS, controles de videogames, modems sem-fio, etc.

• Taxas de 1 Mbps (v. 1.2) a 53-480 Mbps (v. 3.0)

• Nome: Homenagem a um rei da Dinamarca que unificou a Escandinávia na Idade Média - Harald “Bluetooth”.

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3.Wi-Fi (IEEE 802.11)

Transmissão de dados ocorre na faixa de ondas de rádio.

Uso de uma das faixas ISM (não licenciada):

902 a 928 Mhz / 2,4 a 2,48 Ghz / 5,72 a 5,85 Ghz.

Um transmissor com 100mW de potência cobre uma área aberta de 500 m², em média.

Rede estruturada em células, onde o receptor deve receber o sinal do transmissor (hotspot).

Transmissão em todas as direções

(omnidirecional), salvo o uso de uma

antena direcional.

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3.Wi-Fi (IEEE 802.11)

• Alguns padrões adotados:IEEE 802.11a – 5 Ghz, 54 Mbps.

IEEE 802.11b – 2,4 Ghz, 11 Mbps.

IEEE 802.11g – 2,4 Ghz, 54 Mbps.

IEEE 802.11n (em estudo) – 2,4 e 5 Ghz, até 300 Mbps.

IEEE 802.11s – redes mesh (em malha).

• Problemas com obstáculos (vidro, água, paredes)

• Refletem ou absorvem parcialmente o sinal, diminuindo o seu alcance.

• Custo cada vez mais baixo – popularização da rede sem-fio.

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4.WiMAX (IEEE 802.16)• Interface sem fio para MANs.

• Alcance de até 50 km a 1 Gbps.

• Opera na faixa ISM de 2,4 a 2,483 Ghz.

• Vantagens• Custos mais baixos para implantação de infra-estrutura.

• Acesso à Internet em movimento.

• Suporte da indústria a esse padrão.

• Desvantagens• Na prática, as taxas de transmissão são muito baixas.

• Interferência gerada por causas meteorológicas.

• Demora na regulamentação e na definição do uso.

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5.Padrões 2G, 2,5G e 3G (IEEE 802.20)• Padrões que abrangem toda a telefonia móvel, não só

tráfego de dados.

• Diversos padrões: • 2G: GPRS

• 2,5G: EDGE, 1XRTT

• 3G: UMTS/WCDMA, EVDO, etc

• Usa a infra-estrutura da rede de telefonia celular.

• Vantagens:• Tecnologia já existente, implementada e em funcionamento.

• Desvantagens:

Custo alto de implementação.

Não há serviço pré-pago.

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6.Rádio

• Sinal da Internet distribuído por pontos de presença (PoPs) espalhados por uma região.

• Muito popular no interior do Brasil.

• Padrões: DSSS, MMDS, LMDS.

• Vantagens:• Baixo custo de manutenção.• Boas taxas de preço e velocidade, rateadas por

vários usuários.

• Desvantagens:• Sofre interferência de fenômenos meteorológicos e

obstáculos naturais (como árvores).

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7.Microondas• Uso com satélites (penetra facilmente na atmosfera).

• Alcance muito grande (50 km, pelo menos).

• Sem obstáculos entre o transmissor e o receptor.

• Necessidade de que ambos estejam “vendo”, um ao outro.

• Tipos:• Em visibilidade

• Em tropodifusão

• Via satélite

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7.Microondas

• Em visibilidade• Uso de antenas parabólicas.• Alcance de 50 km em média.• Uso de antenas repetidoras e placas refletoras

para restaurar e redirecionar o sinal.

• Em tropodifusão• Sinal é refletido na troposfera para alcançar o

destino.• Diversas bandas de transmissão.

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7.Microondas

• Via satélite

Enviado a um satélite em órbita, para depois ser reenviado ao destino.

Atrasos de até 270 ms na comunicação – atrapalha comunicações interativas.

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