06 - Topologias de Rede

Introdução

Tecnologias de LAN e topologias de rede

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Introdução

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

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 

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Comunicação direta: ponto a ponto: –

Também conhecido como rede de malha (mesh network).

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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 ď Ź

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ConexĂľes independentes ponto a ponto:

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Rede ponto a ponto 

Desvantagem: –

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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

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

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: –

–

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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:   

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Estrela; Anel; Barramento.

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Topologias de uma LAN ď Ź

Topologia de estrela. –

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Todos os computadores se prendem a um computador central.

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Topologias de uma LAN 

Topologia em anel – –

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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   

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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:   

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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

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

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: – – –

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10mbit/s (padrão original); 100mbit/s (Fast Ethernet); 1gbits/s (Gigabit Ethernet).

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Exemplo de rede de Barramento 

Funcionamento: –

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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

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

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  



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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 





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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: – –

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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 

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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.

–

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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: – – –

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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

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O token é um padrão diferentes de bits que o hardware gera automaticamente e passa de computador para outro computador de forma única;

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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. – –

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Utiliza dois cabos de fibra de vidros; Tem redundâncias as falhas.

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Exemplo de redes em estrela  

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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  

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Uma conexão com um computador consistem em um par de fios de fibra de vidro.

Atingem velocidades de pelo menos 155 Mbps.

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