Rede de computadores



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GESTÃO DE SISTEMAS DE REDE ()

REDE DE COMPUTADORES
Uma rede de computadores envolve a interconexão entre dois ou mais micros, o que permite a troca de dados entre essas unidades e otimiza os recursos de hardware e software. Deve ter regras básicas que garantam o envio seguro de informações. Para ser eficiente, ela precisa que os dados transitem de um computador para outro sem que sofram danos. Também é necessário que a rede seja capaz de determinar corretamente para onde as informações estão indo. Além disso, os computadores interligados tem que poder se identificar uns aos outros e deve existir um modo padronizado de nomear e identificar as partes que a compõem.
1. CONCEITOS BÁSICOS
Rede de Computadores é um conjunto de computadores e outros dispositivos capazes de trocar informações e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicação constituído de enlaces físicos e regras que disciplinam esta comunicação.
Nó: cada um dos computadores ou outros dispositivos que se interligam em uma rede. Estes dispositivos podem ser, entre outros: impressora, fax, telefone, hub, roteador, chave ou switch, bridge ou ponte.
Meio físico: é o sistema de comunicação que une os nós de uma rede. É qualquer meio capaz de transportar informações eletromagnéticas. Pode ser fio, cabo coaxial, fibra óptica e o próprio ar.
Protocolo: conjunto estabelecido ou aceito de procedimentos, regras ou especificações formais que governam a comunicação entre os nós de uma rede.




2. CLASSIFICAÇÃO DAS REDES
As redes de computadores podem ser classificadas segundo vários pontos de vista diferentes: quanto ao tipo de ligações físicas; quanto ao tipo de tecnologia de transmissão; quanto à forma de utilização do meio físico; quanto à topologia; quanto à sua distribuição geográfica (escala de tamanho); entre outras. Não há um consenso entre os autores.
2.1. Quanto ao tipo de ligações físicas
Quanto ao tipo de ligações físicas as redes podem ter ligações ponto a ponto, quando a comunicação se dá apenas entre dois nós adjacentes que formam o enlace; e ligações multiponto, quando mais de 2 nós podem se comunicar através do mesmo enlace, isto é, através do mesmo canal de comunicação.



2.2. Quanto à tecnologia de transmissão
De forma geral, a transmissão de dados entre os nós de uma rede ocorre hoje das seguintes maneiras:
Através de links de difusão, quando há apenas um canal de comunicação, compartilhado por todos os nós da rede. Uma mensagem enviada por uma máquina da rede é recebida por todas as outras. Como há um campo de endereço na mensagem enviada, o nó destinatário a receberá e processará. Os demais nós simplesmente irão ignorar a mensagem, por não coincidir com seu endereço. Pode-se fazer uma analogia com a chamada para embarque em um aeroporto: ao ser anunciado o embarque para o vôo 123, todos ouvirão o anúncio mas apenas os passageiros deste vôo se encaminharão para o embarque. Os demais irão ignorar a mensagem. Este tipo de transmissão, através de codificação do campo endereço da mensagem, permite direcionar a mesma para todas as máquinas da rede (broadcast) ou apenas para algumas máquinas (multicast).

Em oposição ao link de difusão, o link ponto-a-ponto consiste de conexão entre pares de máquinas individuais. Neste caso, costuma-se chamar esta transmissão como unicast.





BROADCAST

MULTICAST

UNICAST


2.3. Quanto à forma de utilização do meio físico
Se a comparação for quanto à forma de utilização do meio físico, os nós da rede podem se comunicar das seguintes formas:
Conexão simplex – a transmissão ocorre apenas em um sentido. Um nó assume o papel de transmissor, o outro de receptor e estes papéis não podem ser trocados. Por exemplo, em uma transmissão por fibra óptica, quando em um dos nós existe um emissor de luz e no outro apenas um detector de luz. É o caso também da transmissão de TV: a emissora envia um sinal e não espera resposta, pois os receptores não podem responder (ainda não ...). Pode-se fazer uma analogia com uma rua de mão única.


Conexão half-duplex – é quando a transmissão pode ocorrer nos dois sentidos, mas apenas em um sentido de cada vez. Quando um nó está enviando dados o outro está em modo de recepção e vice-versa. É o que acontece com a comunicação entre radioamadores. Como o que ocorre em uma estrada de ferro única.



Conexão full-duplex – é quando a transmissão ocorre em ambos os sentidos simultaneamente. É como uma estrada de duas pistas. Isto é possível, por exemplo, usando-se freqüências diferentes para sentidos diferentes.



2.4. Quanto à topologia
Topologia é a forma de organização dos componentes de uma rede, quer seja sob o aspecto de seu desenho físico quanto em relação a sua disposição e funcionamento lógicos. As redes são classificadas, normalmente, em barramento, estrela e anel.
Fisicamente meios físicos e nós de uma rede se interligam nas formas mostradas a seguir:





ESTRELA


Na topologia em forma de estrela, todas as estações de trabalho e servidores estão ligados diretamente, através de cabos, a um dispositivo central (concentrador/hub) de forma ponto a ponto. Para que dois nós se comuniquem, os dados precisam passar através deste dispositivo central. Normalmente as redes de maior complexidade estão interligadas nesta topologia.

Vantagens :



  • Facilidade de isolar a fonte de uma falha de sistema ou equipamento, uma vez que cada estação está diretamente ligada ao concentrador.

  • Facilidade de inclusão de nova estação na rede, bastando apenas conectá-la ao concentrador, obviamente até atingir sua capacidade máxima.

Desvantagens :

  • Confiabilidade – no caso de uma falha no concentrador, no caso de redes sem redundância, todas as estações perderão comunicação com a rede.

  • Custo mais elevado.

  • Todo o tráfego flui através do concentrador, podendo representar um ponto de congestionamento.





BACKBONE




BARRAMENTO


Na topologia em forma de barra, todos os equipamentos da rede (estação de trabalho ou servidores) estão interligados através de um cabo central também denominado barramento único. Nesta topologia as informações caminham de forma bidirecional, eliminando decisões de roteamento. Entretanto, o meio físico (barramento) é utilizado de forma exclusiva por um nó que esteja transmitindo alguma informação naquele momento. É necessário que existam mecanismos para gerenciar colisões de dados quando duas ou mais máquinas tentarem transmitir simultaneamente. É tipicamente uma topologia de difusão. É importante observar que o barramento precisa ter, em seus dois extremos, terminais conectores que preservem as características elétricas do meio físico (“casamento de impedância”) para evitar reflexões do sinal transmitido, que podem provocar alterações nos dados que estão sendo encaminhados pela rede.

Vantagens:



  • Simplicidade

  • Bidirecional

  • Baixo custo inicial.

Desvantagens:

  • Dificuldade de isolar a fonte de uma falha de sistema ou equipamento e ampliação da rede implicam na paralisação da rede.




2.5. Quanto à distribuição geográfica ou escala
Em função do tamanho da área geográfica que cobre, uma rede pode ser conhecida como:
LAN – (Local Área Network) – As redes locais são amplamente usadas para interconectar recursos computacionais em escritórios, indústrias e campus universitários, abrangendo salas, um prédio ou mesmo alguns prédios relativamente próximos, permitindo o compartilhamento de recursos e a troca de informações. Podem se estender por uma área de aproximadamente 10 Km de raio. Geralmente tem elevada taxa de transmissão de dados. Redes que seguem o padrão IEEE 802.3, mais conhecidas como Ethernet; redes Token Ring e redes FDDI (com interface de dados distribuídos em fibra) são exemplos de LAN.
MAN – (Metropolitan Área Network) – As redes metropolitanas são geralmente formadas por várias redes locais espalhadas por uma cidade ou uma área metropolitana e que se interligam por meios de transmissão de alta velocidade. A rede de TV a cabo de uma cidade é um exemplo típico destas redes.
WAN – (World Área Network) – As redes geograficamente distribuídas interconectam recursos computacionais de uma grande área, normalmente um país, um continente ou mesmo do mundo inteiro. É um grande conjunto de redes locais que se conectam através da rede de comunicação, operada por empresas de telefonia ou por provedores de serviço.
Rede Pessoal/Doméstica – É uma mescla de presente e futuro. Hoje algumas casas já interligam seus vários computadores para compartilhar recursos de impressão, de acesso a arquivos e de uso da Internet. Muitos outros dispositivos virão se conectar a este rede, em breve, na chamada “casa inteligente” (entretenimento, telecomunicações, eletrodomésticos, telemetria, etc.).
2.6. Quanto à arquitetura
O desenvolvimento do projeto de uma rede sempre foi uma atividade extremamente complexa. Além disto, cada fabricante produzia seus equipamentos e programas sem qualquer preocupação de que estes conversassem com produtos de outros fabricantes. Eram as arquiteturas proprietárias.
Com o tempo e com o aumento de sua utilização estas arquiteturas começaram a evoluir para uma forma mais estruturada: uma rede deveria ser trabalhada como um conjunto de camadas hierárquicas onde cada uma seria construída pelas funções e serviços oferecidos pelas camadas inferiores. Estas camadas se ligariam entre si através de interfaces com as camadas superiores e cada camada deveria ser pensada como programas ou processos de comunicação com a camada correspondente da outra máquina, implementados via hardware ou software. Estes programas ou processos de comunicação de cada camada constituem o protocolo da camada. Portanto, a arquitetura da rede é constituída de uma pilha de camadas, interfaces e uma pilha (ou suíte) de protocolos.
A Digital Corporation criou sua arquitetura DNA (Digital Network Architecture) ou arquitetura de rede digital. A IBM também criou sua arquitetura SNA (Systems Network Architecture) ou arquitetura de sistemas de rede.
Entretanto, o mercado exigiu uma padronização que deveria ser feita por entidades sem vínculo com os fabricantes. Assim, organizações como a ISO (International Standards Organization), o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) e o IETF (Internet Engineering Task Force), entre outras se voltaram a trabalhar pela normatização e padronização dos desenvolvimentos em redes de computadores, criando as arquiteturas OSI (Open Systems Interconnection) e TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).


2.7. Quanto às formas de transmissão
Além das classificações já vistas, as redes também podem ser classificadas pelo tipo de caminho de comutação usado e pela maneira como os dados são transmitidos através dos caminhos.
Comutação de circuitos
Em uma rede chaveada ou comutada por circuitos, um circuito físico dedicado é estabelecido entre os nós de origem e destino antes de efetivamente ocorrer a transmissão dos dados, E este circuito permanece disponível até que se encerre a transmissão, quando será então liberado para outra transmissão. Mesmo que nada esteja sendo transmitido durante algum momento o circuito permanecerá disponível e não poderá ser usado por outra transmissão. Há um compartilhamento de meios físicos, porém em tempos diferentes. Fases: estabelecimento do circuito, transferência de informação e desconexão do circuito.
Comutação de mensagens
Neste caso nenhum caminho físico é estabelecido com antecedência entre transmissor e receptor. Quando uma mensagem é transmitida, ela leva o endereço do nó de destino, é recebida integralmente e armazenada no primeiro nó disponível, inspecionada em busca de erros e retransmitida assim que houver outro nó disponível no caminho do receptor. A transmissão se dá em um salto de cada vez, nó por nó. O compartilhamento dos meios físicos por outras transmissões pode provocar retardos na entrega da mensagem ao destino final.
Comutação de pacotes
Substitui a comutação de mensagem. As mensagens são divididas em pacotes com tamanhos padronizados. Também não exige qualquer configuração antecipada. Cada pacote recebe o endereço do nó de destino e um número seqüencial. Assim cada pacote é transmitido para o nó que estiver disponível, onde será armazenado temporariamente e depois transmitido novamente, podendo seguir caminhos distintos dos outros pacotes da mesma mensagem até atingir o nó receptor final onde poderá até chegar fora de ordem, que será remontado. É possível haver retardo na entrega da mensagem mas a quebra em pacotes permite a transmissão simultânea dos mesmos por caminhos diferentes, o que diminui o possível retardo. É também mais eficiente do que a comutação por circuitos na economia de largura de banda que não precisará ficar reservada, mesmo que subutilizada, até o final da transmissão. Esta forma de transmissão utiliza apenas a largura de banda efetivamente necessária para cada momento da transmissão.



  1. LARGURA DE BANDA

Nenhum recurso de transmissão é capaz de transmitir sinais sem perder parte da energia no processo. Há atenuações e distorções nos sinais transmitidos por uma rede.


Nas comunicações analógicas, como é o caso de linhas típicas de voz, a faixa de freqüências transmitidas sem serem fortemente atenuadas denomina-se largura de banda. É a diferença entre as freqüências mais alta e mais baixa que podem ser transportadas pelo canal. Ela é uma propriedade física do meio de transmissão e depende da construção, da espessura e do comprimento do meio. É medida em Hz (Hertz). Por exemplo, linhas típicas de voz transmitem entre 300 e 3300 Hz, portanto sua largura de banda é de 3000 Hz (3300 – 300).
Já nas comunicações digitais, entre elas nas redes, a largura de banda relaciona-se com a taxa de dados, que é a quantidade de dados que podem ser transferidos por um meio físico em um dado período. A taxa de dados de um meio de transmissão é o número de bits por segundo que aquele meio é capaz de conduzir. É medida em bps (bits por segundo).
Múltiplos: kbps = kilobits por segundo ou 1.000 bits por segundo

Mbps = megabits por segundo ou 1.000.000 bits por segundo

Gbps = gigabits por segundo ou 1.000.000.000 bits por segundo

Etc..



Bibliografia:
1. SOARES, L. F. G., LEMOS,G. e COLCHER, S.: “Redes de Computadores: das LANs, MANs e WANs às Redes ATM”, 2ª Ed., Rio de Janeiro, Ed. Campus, 1995.
2. TANENBAUM, A. S.: “Redes de Computadores”, Tradução da 4ª edição, Rio de Janeiro, Ed. Campus, 2003.
3. GALLO, MICHAEL A., HANCOCK, W. M.: “Comunicação entre Computadores e Tecnologías de Rede”, São Paulo, 2003.

Recomendação
Ler capítulo 1 do livro 1, da bibliografia.


TGSI/FMR Prof. Moreira Aula 1 (11/02/2005)


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