TOPOLOGIAS

UNINGÁ – UNIDADE DE ENSINO SUPERIOR INGÁFACULDADE INGÁCIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

Profº Erinaldo Sanches Nascimento

Objetivos

● Examinar as várias maneiras para projetar a infraestrutura de cabo para uma rede.

● Descrever as topologias mais comumente utilizadas para LANs e WANs.

● Definir os padrões de como instalar os cabos.● Apresentar as ferramentas que os

instaladores e os administradores usam com frequência.

Camada Física

● A camada física do modelo de referência OSI define:– os tipos de cabos

– como instalá-los e configurá-los

Topologias de Cabo

● Selecionar o tipo de cabo correto no processo de implementação de rede.

● Começar a se preocupar com um padrão. ● A topologia física de uma rede é o padrão usado para conectar os

computadores e outros dispositivos. ● Uma rede local:

– A topologia está diretamente relacionada com o tipo de cabo selecionado. – Cada especificação de camada física para o protocolo LAN da camada de

enlace de dados tem os requisitos de instalação que devem ser observados se a rede está funcionando corretamente.

● Uma solução WAN:– Pode usar qualquer uma das várias topologias, dependendo dos requisitos de

comunicação, organização e seu orçamento.

Topologia Estrela

● Topologia local mais comum em uso hoje● Cada computador ou outro dispositivo é ligado

por uma passagem de cabo separada para uma conexão de cabeamento central, que pode ser um comutador ou um concentrador.

● A topologia estrela dá uma boa dose de tolerância a falhas.

● A falha de um cabo afeta apenas a ligação de um nó da rede.

● O hub ou switch provê um ponto central de falha, que pode derrubar toda a rede, mas o fracasso desses dispositivos é relativamente raro.

● Todas as redes Ethernet baseado em UTP.● Muitas redes de fibra óptica baseada

protocolos LAN. ● Muitos dos protocolos obsoletos LAN para

topologias em anel na teoria, usava uma topologia física estrela.– A topologia anel foi implementada de forma lógica,

dentro de um hub especialmente projetado.

● O hub ou switch no centro de uma rede em estrela fornece um meio compartilhado.

● Quando um computador transmite uma mensagem de difusão (broadcast), o hub ou switch recebem-na por uma porta e propaga a mensagem através de todas as suas outras portas para todos os outros nós na rede.

● Hubs e switches processam mensagens de broadcast (difusão) da mesma forma.

● A diferença entre um hub e um switch está na forma como processam mensagens unicast. – Um hub é um dispositivo da camada física que simplesmente

encaminha todas as transmissões de dados de entrada broadcast e saída unicasts através de todas as suas outras portas.

– Um switch é um dispositivo da camada de enlace de dados que lê os endereços de destino de unicasts e encaminha-os para fora somente através da porta que o nó de destino está conectado, se a porta de destino é conhecida por ele.

● Uma rede básica de estrela pode ser tão grande quanto o número de portas disponíveis no switch ou hub.

● Quando um hub ou switch é totalmente preenchido, é possível expandir ainda mais a rede, adicionando outro switch ou hub e conectá-lo ao primeiro. – Topologia em estrela hierárquica (ou, por vezes,

uma topologia em árvore de ramificação).

É possível continuar a expandir a rede, desta forma, dentro de certos limites especificados nas normas Ethernet.

Topologia Barramento

● Na topologia de barramento cada computador está ligado ao próximo em uma linha reta.

● Os dois primeiros padrões Ethernet para cabo coaxial em uma topologia de barramento. – (thick) Ethernet grosso, usava um único comprimento de cabo

de até 500 metros de comprimento, com cabos transceptor (transmissor-receptor) individuais que ligam os computadores para o tronco principal.

– (thin) Ethernet fino, utilizado o menor cabo RG-58 em comprimentos, anexando os conectores T nos computadores adaptadores de interface de rede, formando um barramento de até 200 metros de comprimento.

● Quando qualquer computador transmite dados, o sinal percorre o cabo em ambas as direções.

● Ambas as extremidades do barramento deve ser terminada com pacotes de resistor que negam os sinais que chegam lá.

● Em um barramento que não está devidamente encerrado, os sinais que chegam ao fim do cabo tendem a ecoar na outra direção e interferir com todos os sinais mais recentes de que os computadores transmitem (diferença de impedância).

● Uma falha de um único cabo pode perturbar comunicações em toda a rede.

● Um cabo quebrado divide o barramento em duas metades, impedindo que os nós de um lado de se comuniquem com aqueles do outro.

● Ambas as metades da rede ficam com uma extremidade em um estado não finalizada, o que impede que os computadores do mesmo lado da quebra se comuniquem de forma eficaz.

● As únicas redes Ethernet que utilizaram a topologia de barramento foram aqueles ligadas com cabo coaxial.

● O declínio da Ethernet sobre cabo coaxial também significou o declínio da topologia de barramento.

Topologia Anel

● É, essencialmente, um barramento com as duas extremidades unidas entre si.

● Um sinal transmitido por um computador em uma direção circular em torno de um anel, eventualmente, terminando de volta à sua origem.

● O protocolo da camada de enlace de dados, tradicionalmente associado à topologia em anel é o protocolo Token Ring, agora obsoleto.

● Redes Token Ring usam um mecanismo MAC chamado passagem de token.

● Requer um pacote especial chamado token para circular sem parar em torno da rede.

● Apenas o computador em posse do token tem permissão para transmitir dados.

● As primeiras redes Token Ring foram cabeadas em conjunto a um anel real – cada um computador ligado ao seguinte.

● No entanto, Token Ring também foi a origem da topologia híbrida – uma única rede continha os atributos dos duas topologias diferentes.

● O anel é uma topologia lógica implementada no cabeamento da rede.

● Fisicamente, a maioria das redes Token Ring assumem a forma de uma topologia em estrela.

● Com um cabo saindo de cada computador a uma conexão de cabeamento central – unidade de acesso multiestação (MAU).

● MAU implementa o anel lógico através da transmissão de sinais para cada nó, por sua vez e esperando o nó para enviá-los de volta antes que ele transmite para o próximo nó.

● Os cabos estão fisicamente conectados em estrela, o caminho de dados assume a forma de um anel – topologia em anel estrela.

● Esse desenho físico possibilita que a rede funcione mesmo quando falha de um cabo.

● MAU contém circuitos que pode remover uma estação de trabalho com defeito do anel, mas ainda preservam a topologia lógica.

● Uma rede que é, literalmente, cabeado como um anel não teria MAU, por isso uma ruptura do cabo faria com que a rede parasse de funcionar completamente.

● Um protocolo também obsoleto que permite uma topologia em anel físico é Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

● FDDI é uma solução de fibra óptica de 100 Mbps, que era bastante popular em redes de backbone de volta nos dias em Ethernet apenas correu a 10 Mbps.

● Um anel não é tolerante a falhas de ruptura do cabo em qualquer lugar da rede evita que os pacotes circunaveguem o anel FDDI apela para uma topologia de anel duplo.

● O tráfego no anel duplo flui em direções opostas, e os computadores estão ligados a ambos os anéis.

● Desta forma, a rede pode tolerar uma ruptura do cabo, desviando o tráfego para o outro anel.

Topologia de Malha

● Os protocolos de LAN da camada de enlace de dados não fornecem muita flexibilidade quando se trata de escolher uma topologia de rede.

● As características de tipos de cabos específicos impõem limitações exigentes sobre como instalá-los.

● Tem-se muito mais liberdade quando se está projetando uma topologia de redes:

– instalando várias LANs em um local,

– a construção de uma infraestrutura de grande empresa em um centro de dados,

– conectar redes remotas com links WAN .

● Para conectar redes que formam um conjunto de redes usa-se roteadores.

● A topologia não está sujeita às mesmas restrições que a criação de uma rede local com um tipo de cabo específico.

● Se uma organização tem várias filiais localizadas em todo o país, pode-se instalar links WAN para conectá-los da maneira que achar melhor. – Ao ligar cada filial para a sede da empresa, usa-se

conexões ponto-a-ponto para construir uma topologia de WAN estrela.

– Da mesma forma, pode-se criar um barramento ou uma topologia em anel, embora esses modelos são raros em implementações de WAN, devido à sua falta de tolerância a falhas.

● Outra opção é criar algum tipo de topologia de malha, em que cada um dos escritórios está ligada a dois ou mais outros escritórios.

● Solução cara, mas a sua redundância permite que a rede continue a funcionar, mesmo no caso de falha de um ou mais links.

● Existem dois tipos de topologia de malha:– parcial, em que cada local tem uma ligação ponto-

a-ponto para, pelo menos, dois outros locais.

– total, em que cada local é ligado a qualquer outro local.

● Em ambos os tipos de topologias de malha, existem pelo menos dois routers de cada rede.

● No caso em que um roteador não é capaz de enviar dados para um destino específico, ele pode encaminhar os dados através de um outro roteador para a transmissão através de um caminho diferente.

Topologias de malha especialmente topologias malha completa pode ser extremamente caro e difícil de instalar e manter.

● O número de links necessários para estabelecer a malha sobe vertiginosamente com a adição de cada nó que você tem que se conectar.

● Uma empresa com uma sede e nove filiais exigiria 10(10-1)/2 ou 45 links WAN separadas para criar uma malha completa.

Topologia Ponto-a-Ponto

● Nenhuma topologia é mais simples do que a topologia de ponto-a-ponto.

● Um computador é diretamente ligado a outro.● Esta topologia limita a rede de dois computadores.● É possível conectar dois computadores usando um

único cabo Ethernet– isso pode exigir um cabo especial chamado de um cabo crossover.

● Até mesmo as LANs de dois nós conectam-se usando um switch ou um hub.

● Conexões ponto-a-ponto também são possíveis com redes sem fio.

● Na linguagem LAN sem fio, dois computadores conectados diretamente juntos usando adaptadores de interface de rede sem fio formam o que é chamado de uma rede ad hoc.

● A topologia ponto-a-ponto é mais comumente encontrado em redes de área ampla (WAN), que consiste em todas as ligações ponto-a-ponto.

● Ao ligar o computador de casa com a Internet, está se estabelecendo uma conexão ponto-a-ponto WAN entre o computador e o provedor de serviços de Internet de rede (ISP).

● Redes corporativas também usam links WAN ponto-a-ponto para conectar LANs em escritórios remotos juntos.

Topologia Ponto-a-Multiponto

● Em uma topologia de ponto a ponto, um nó transmite e um nó recebe.

● Na topologia ponto-a-multiponto, um único nó transmite e vários nós recebem os dados.

● As topologias em estrela, malha e anel lógico, com suas variantes, são basicamente coleções de links ponto-a-ponto.

● A única Topologia LAN com fios que utiliza o modelo de ponto-a-multiponto é o barramento.– a rede propaga os sinais transmitidos por cada nó

para todos os outros nós, sem qualquer intervenção de switch, hub, MAU, ou outro dispositivo.

● A rede sem fio, em que um único sistema pode transmitir para vários destinos simultaneamente.

A topologia de cabeamento mais comumente usada em redes de área local (LAN) é a

topologia em estrela e sua variante, a estrela hierárquica.