Redes de Computadores

Redes de Computadores

Gustavo Reis

gustavo.reis@ifsudestemg.edu.br

• Redes locais (LANs)

• Redes privadas contidas em um único edifício ou campus

universitário com até alguns quilômetros de extensão.

• São amplamente usadas para conectar computadores pessoais e

estações de trabalho em escritórios e instalação industriais de

empresas, permitindo o compartilhamento de recursos (ex.

Impressoras, unidade de leitora ótica).

• A tecnologia de transmissão das LANs quase sempre consiste em

um cabo, ao qual todas as máquinas estão conectadas, como

acontece com as linhas telefônicas.

•As LANs tradicionais funcionam em uma velocidade de 10Mbps a

100Mbps, possuindo baixo retardo (microssegundos ou

nanossegundos) e cometem pouquíssimos erros.

• As LANs mais modernas operam em até 10Gbps.

• Redes locais (LANs)

• As LANs admitem diversas topologias:

• Barramento (cabo linear)→ em qualquer instante no máximo

uma máquina desempenha a função de mestre e pode realizar

uma transmissão. Nesse momento, as outras máquinas serão

impedidas de enviar qualquer tipo de mensagem (pacote).

Mecanismo de transmissão: em uma rede local (Ethernet) os

computadores podem transmitir sempre que desejam; se duas

ou mais informações colidirem, cada computador aguardará

um tempo aleatório e fará uma nova tentativa mais tarde.

• Redes locais (LANs)

• As LANs admitem diversas topologias:

• Anel→ cada bit se propaga de modo independente, sem esperar pelo restante da informação (pacote) ao qual pertence. Assim como ocorre em todos os outros sistemas de difusão, existe a necessidade de se definir alguma regra para arbitrar os acessos simultâneos ao anel. Por exemplo o uso de token (ficha) para permitir a transmissão. Rede Token Ring.

• Redes locais (LANs)

• As LANs admitem diversas topologias:

• Estrela→ cada dispositivo comunica-se dedicadamente a um computador ou concentrador no centro da estrutura. Assim, os dispositivos não são conectados diretamente uns aos outros. O concentrador age como um elemento intermediário no processo de comunicação entre dois dispositivos: se um dispositivo quer enviar dados a outro, primeiramente envia os dados para o concentrador que, por sua vez, replica os dados para o dispositivo de destino.

• Redes metropolitanas (MANs)

• Projetada para se estender por toda uma cidade. Pode ser constituída por uma rede, tal como uma rede de TV a cabo, ou pode conectar muitas LANs entre si, formando uma rede maior, de tal maneira que os recursos possam ser compartilhados de LAN para LAN ou de dispositivo para dispositivo. Por exemplo, uma empresa pode utilizar uma MAN para conectar as LANs de todos os escritórios distribuídos numa cidade.

• Redes Geograficamente Distribuídas (WANs)

• Proporciona a transmissão de voz, dados, imagem e vídeos a

grandes distâncias geográficas podendo compreender um país, um

continente ou até mesmo o mundo.

Cabeamento

• Os cabos são usados como meio de comunicação há

mais de 150 anos.

• A primeira implantação em larga escala de

comunicações via cabo, as redes de telégrafo do

século XIX, foram usadas por companhias de trem

para despachar e gerenciar tráfegos.

• Conseguir enviar cabogramas começou como um

luxo.

• Não muito depois, no entanto, o telégrafo estava

sendo usado em larga escala.

• Variedades e tipos de cabos conhecidos:

• A maior parte dos meios cabeados usam três tipos de cabos:

par trançado, coaxial e fibra ótica.

• As redes de voz e dados usam diferentes tipos de cabos

dependendo do tipo e da quantidade de tráfego que será

transportado pelos cabos.

• Os padrões de sinais e protocolos também são importantes

para determinar o tipo de cabo a ser usado.

• Todos os cabos variam muito em características como

tamanho, capacidade e custo.

• Em relação ao custo, quanto mais difícil é a instalação do

cabeamento de uma rede, mais cara é a instalação.

• Cabo Par Trançado:

•

• Nas décadas de 70 e 80, o cabeamento com cabo par trançado era usado para comunicação de voz.

• Nos anos 80, as redes de dados também começaram a usar o cabeamento com cabo par trançado, pois o mesmo oferecia uma base simples, barata e modular para redes de área local.

• As múltiplas vias em cabos permitem comunicação duplex (conversação telefônica), caminhos separados para sinalização e inicialização e comunicação banda larga.

• O trançado dos fios em um cabo par trançado controla a degradação do sinal causada pela interferência eletromagnética (EMI) e a interferência de radiofrequência (RFI).

• A quantidade de voltas por unidade de comprimento no trançado de cada par de fios controla problemas como interferência e a diafonia (cross-talk) entre os pares do cabo.

• Par Trançado não Blindado (UTP):

•

É o mais comum e disponível para cabeamentos de redes

nos dias de hoje.

• Os sistemas de telefonia corporativos, redes locais (LANs) e

grandes redes corporativas (WANs – Wide Area Networks), e

mais recentemente redes domésticas com acesso a internet

de alta velocidade, usam UTP.

• O cabo UTP é composto por oito fios de cobre agrupados

em quatro pares, com cada fio envolvido em seu próprio

isolamento.

• Taxa de transmissão: 10Mbps (Cat3), 100Mbps (Cat5 –

Fast Ethernet), 1000Mbps (Cat6 – Gigabit Ethernet).

• Tamanho máximo do cabo: 100m.

• Par Trançado Blindado (STP):

•

O cabo par trançado blindade (STP) é de certa forma uma

melhoria sobre o UTP.

• Ele combina as técnicas de cancelamento e trançado de fio

do UTP com uma blindagem adicional.

• Cada um dos quatro pares de fios é envolvido em uma folha

metálica e o conjunto de quatro pares é envolvido em outra

folha metálica maior.

• As desvantagens em usar o STP em vez do UTP são: custo

elevado, maleabilidade reduzida e a necessidade de

aterramento, o que pode tornar a instalação mais difícil.

Cabo STP

Rede Física

Cat 6

Padrão climpagem

Rede Física

• Fibra Ótica:

•

• O núcleo geralmente é feito de vidro de altíssima qualidade e é cercado concentricamente por outro tubo de vidro chamado de

revestimento, que é responsável por refletir a luz de volta ao núcleo

enquanto a mesma viaja através do cabo.

• O diâmetro do núcleo de um cabo de fibra ótica é de aproximadamente o fio de cabelo humano, ou até menor para alguns tipos desses cabos.

• É relativamente frágil, então é necessário que haja uma proteção para o mesmo. Em volta do núcleo e do revestimento existe uma capa

protetora, que adiciona resistência ao núcleo e ao revestimento.

• Fibra Ótica:

Núcleo

Vista do corte de um cabo de fibra ótica

Rede Física

• Fibra Ótica:

•

O lançamento de grandes comprimentos de cabos de fibra

submete o núcleo e o revestimento a condições que podem

causar danos aos mesmos.

• Em alguns casos, a camada protetora é revestida com uma

camada de Kevlar para tornar o cabo mais resistente durante

o seu lançamento.

• O maior problema com os cabos de fibra é que o vidro

usado deve ser de altíssima qualidade para minimizar a

distorção.

• Fibra Ótica:

•

Refração e Reflexão: os princípios por trás do funcionamento

dos cabos de fibra ótica são reflexão e refração.

• O cabo de fibra ótica usa esses princípios para transmitir

dados.

• Ondas de luz são guiadas através do núcleo do cabo sendo

refletidas pelo cabo.

• A diferença no índice de refração entre o núcleo e o

revestimento determina o quanto um cabo pode refletir a luz.

• O controle do ângulo em que a luz é refletida no núcleo

torna possível regular a eficiência em que os pulsos de luz

chegarão à outra ponta do cabo.

• Fibra Ótica:

• Transmissores: os transmissores são predominantemente LEDs ou diodos laser (Lds). • O transmissor opera como um interruptor, ligando e desligando de acordo com os

zeros e uns binários que a maioria dos equipamentos de dados usa para se comunicar.

• O transmissor é responsável por converter sinais elétricos em uma onda de luz, mas em alguns casos age apenas como um repetidor para amplificar e repassar um sinal de luz recebido.

• Levando em consideração o tamanho do núcleo do cabo de fibra (podendo chegar a 8 micra, sendo que o fio de cabelo humano possui um diâmetro de 50 micra), a importância do ângulo exato em que a luz deve trafegar pelo cabo se torna crucial. • É por isso que o transmissor deve estar alinhado exatamente com o núcleo do cabo

de fibra para garantir eficiência máxima.

• Transmissor também deve ser potente o suficiente para transmitir a onda de luz aos receptor através de longas distâncias. Em sistemas de fibra de longa distância, os transmissores laser devem ser usados, pois os mesmos são mais potentes do que os LEDs.

• Fibra Ótica:

• Receptores: desempenham duas funções, receber as ondas de luz do transmissor e então convertê-las em sinais elétricos.

• O receptor coleta o sinal de luz do transmissor através de um

fotodiodo.

• Quando a luz atinge o fotodiodo para indicar a presença de um sinal, o circuito no receptor converte essa luz em um sinal elétrico para ser processado por outros dispositivos de dados na rede.

• Geralmente se encontra um transmissor e um receptor em cada ponta de um cabo de fibra ótica para que comunicações full duplex possam ocorrer.

• No mínimo dois filamentos de cabo de fibra ótica são usados para uma comunicação full duplex, apesar de que, em alguns casos, um único cabo de fibra pode ser usado para transmitir ou receber dados.

Dispositivos Físicos

• Hubs:

•

• Mas domínios de colisão individuais tornam-se um único e grande domínio de colisão

• Não pode interconectar 10BaseT e 100BaseT

Rede Física

• Switch:

•

• Armazena e encaminha quadros Ethernet

• Examina o cabeçalho do quadro e seletivamente encaminha o quadro baseado no endereço MAC de destino

• Quando um quadro está para ser encaminhado no segmento, usa CSMA/CD para acessar o segmento

• Transparente

• Hospedeiros são inconscientes da presença dos switches • Plug-and-play, self-learning (auto-aprendizado)

• Switches não precisam ser configurados

Rede Física

• Como determinar para qual segmento da LAN encaminhar o quadro?

• Parece um problema de roteamento...

• Um switch possui uma tabela de switch Entrada na tabela do switch:

• (endereço MAC, interface, marca de tempo)

• Entradas expiradas na tabela são descartadas (TTL pode ser 60 min)

Switch aprende quais hospedeiros podem ser alcançados através de suas interfaces

• Quando recebe um quadro, o switch “aprende” a localização do transmissor: segmento da LAN que chega

• Registra o par transmissor/localização na tabela

Rede Física

Rede Física

Quando um switch recebe um quadro:

indexa a tabela do switch usando end. MAC de destino if entrada for encontrada para o destino

then{

if dest. no segmento deste quadro chegou

then descarta o quadro

else encaminha o quadro na interface indicada

}

else flood

Encaminha para todas as interfaces, exceto para a que o quadro chegou

Rede Física

Suponha que C envia um quadro para D

• Switch recebe o quadro de C

• Anota na tabela que C está na interface 1

• Como D não está na tabela, o switch encaminha o quadro para as

interfaces 2 e 3

• Quadro recebido por D

hub hub hub

switch A B C D _E F G H I endereço interface A B E G 1 1 2 3 1 2 3

Rede Física

Suponha que D responde com um quadro para C.

• Switch recebe quadro de D

• Anota na tabela que D está na interface 2

• Como C está na tabela, o switch encaminha o quadro apenas para a interface 1

• Quadro recebido por C

hub hub hub

switch A B C D _E F G H I endereço interface A B E G C 1 1 2 3 1

Rede Física

• A instalação do switch quebra as sub-redes em segmentos de LAN

• Switch filtra pacotes:

• Alguns quadros do mesmo segmento de LAN não são usualmente encaminhados para outros segmento de LAN

• Segmentos se tornam separados em domínios de colisão

hub hub hub

switch

domínio de colisão _{domínio de colisão}

Rede Física

• Switch com muitas interfaces

• Hospedeiros possuem conexão direta ao switch

• Sem colisões; full duplex

Rede Física

Rede Física

• Switches vs. Roteradores

• Ambos são dispositivos store-and-forward

• Roteadores: dispositivos de camada de rede (examinam cabeçalhos da

camada de rede)

• Switches são dispositivos da camada de enlace

• Roteadores mantêm tabelas de roteamento, implementam algoritmos de

roteamento

• Switches mantêm tabelas de switch, implementam filtragem, algoritmos de