ATIVIDADE 1. Definição de redes de computadores

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1 ATIVIDADE 1 Definição de redes de computadores As redes de computadores são criadas para permitir a troca de dados entre diversos dispositivos estações de trabalho, impressoras, redes externas etc. dentro de um determinado espaço físico, que pode ser uma área ou um segmento da própria rede. Essa comunicação acontece por um meio físico, um vetor para a propagação de um sinal. O meio físico pode ser tudo aquilo que seja capaz de conduzir sinais elétricos, sinais de rádio ou sinais de luz. Cada meio possui suas particularidades, que acarretam diferentes equipamentos, performances e custos. A primeira rede de computadores A primeira rede operacional de computadores surgiu no final dos anos A ARPA (Advanced Research Projects Agency) financiou o projeto ARPANET (Advanced Research Projects Agency Network), cujo propósito original era militar, criando uma situação em que fosse possível descentralizar as informações e evitar perdas irreversíveis de dados. A UCLA (University of California, Los Angeles) foi o primeiro ponto na rede, em 2 de setembro de Um mês depois, o Stanford Research Institute tornou-se o segundo ponto na rede. Em 29 de outubro de 1969, a primeira mensagem entre os dois foi enviada a partir do UCLA. 7

2 ATIVIDADE 1. DEFINIÇÃO DE REDES DE COMPUTADORES Figura 1.1: O cabo de par trançado é o mais utilizado em redes de computadores. Existem diversas normas técnicas que regulamentam a implementação de redes. Essas normas são criadas e administradas, inclusive em suas alterações e correções, pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers As normas desse padrão costumam ser referenciadas por uma sigla iniciada pelo termo IEEE, seguido da numeração da norma. Essa numeração costuma batizar os protocolos ou interfaces que utilizam o modelo especificado. 1.1 Redes cabeadas O cabo é o meio mais comum de conexão entre computadores. Principalmente em redes de larga escala, em que a velocidade de comunicação é muito importante, o cabo ainda é o meio mais adequado para transmissão de dados. Existem basicamente três modalidades de cabos para redes de computadores: cabo de par trançado, cabo coaxial e cabo de fibra ótica Cabo de par trançado O cabo de par trançado (figura 1.1) é o meio mais comum para ligar computadores em rede. Trata-se de um conjunto de fios de cobre como os de telefone, torcidos aos pares. Os fios são torcidos com o propósito de reduzir a interferência eletromagnética. Entre os diferentes tipos de cabos, há os de par trançado, com taxas de transmissão que variam de 2 Mbps a 100 Mbps, e os de trançados especiais, como os cabos Gigabit, que podem transmitir dados a taxas mais elevadas Cabo coaxial Atualmente, o cabo coaxial (figura 1.2) é mais encontrado como meio de transmissão de dados analógicos, como sinal de televisão. Trata-se de um fio de cobre envolto por um material isolante flexível, por sua vez envolto em material condutor. Essas camadas ajudam a minimizar a distorção do sinal. A velocidade de transmissão com cabo coaxial varia de 200 Mbps a 500 Mbps. 8

3 1.2. REDES SEM FIO Figura 1.2: O cabo coaxial já não é tão utilizado em redes de computadores Fibra ótica Uma fibra ótica nada mais é que um filamento de vidro envolto por um material protetor. Ela é capaz de transmitir sinais de luz por longas distâncias a velocidades muito elevadas, com a vantagem de não sofrer interferências eletromagnéticas. Sua velocidade de transmissão de dados é centenas de vezes maior em relação ao cabo coaxial e milhares de vezes maior em relação aos cabos trançados comuns. 1.2 Redes sem fio A adoção das redes sem fio vem crescendo ao passo que os dispositivos portáteis tornam-se mais populares. Além de computadores, é comum que telefones celulares e smartphones ingressem na rede Wi-Fi: IEEE A modalidade mais comum de comunicação sem fio é a especificada pelo padrão IEEE , popularmente conhecido pelo termo Wi-Fi. Existem variações dentro do padrão IEEE , como o IEEE b e o IEEE g, que basicamente definem as taxas de transferências possíveis. Nem todos os dispositivos são capazes de trabalhar com todos os protocolos, mas normalmente podem operar com o protocolo mais baixo comum WiMAX: IEEE O WiMAX é um padrão ainda pouco utilizado, mas que provavelmente substituirá o Wi-Fi. A principal diferença entre ambos é o alcance do sinal. Com o Wi-Fi, o alcance 9

4 ATIVIDADE 1. DEFINIÇÃO DE REDES DE COMPUTADORES gira em torno de 100 metros, ao passo que com o WiMAX a abrangência pode chegar a quilômetros. Outra diferença importante é a necessidade de licenciamento. Para operar uma banda WiMAX, é necessário possuir uma licença emitida pelos órgãos competentes Bluetooth Utilizado frugalmente como meio de transferência de dados, o Bluetooth é um tipo de comunicação sem fio utilizado para pequenas transferências de dados. Com alcance e velocidade pequenos, é usado para conexões diretas entre apenas dois dispositivos. Trata-se de um protocolo que não se aplica a redes convencionais, mas que é principalmente útil para comunicação entre dispositivos portáteis. 1.3 Dimensões e tipos de redes Dificilmente uma rede de computador é uma entidade isolada, em que a comunicação acontece apenas entre as máquinas que a constituem. Normalmente uma rede está conectada a outras redes, formando um conglomerado unido por pontos especiais que encaminham os dados para os destinos apropriados. A simples abertura de uma página de Internet demonstra a comunicação entre diferentes redes. Na grande maioria dos casos, os dados da página atravessam diversas redes diferentes até chegar ao destino. A maneira como essa comunicação ocorre depende da forma como as redes estão estruturadas, tanto internamente quanto entre si. Existem diversos modelos de implementação de redes, que vão desde a estruturação física até o controle lógico do tráfego de dados. 1.4 Topologias A arquitetura ou topologia de rede é a disposição física na qual se conectam os nós ou segmentos de uma rede, mediante a combinação de padrões e protocolos. A escolha de um padrão de topologia define as regras de funcionamento de uma rede e sua interação com seus componentes. Os equipamentos de uma rede podem se conectar das maneiras mais variadas e funcionais. O tipo de conexão mais simples é o que utiliza um enlace ligação física, seja por cabo, seja sem fio unidirecional entre dois pontos, a conhecida rede ponto-a-ponto ou peer-to-peer. Pode-se, logicamente, adicionar um enlace de retorno em ambos os sentidos o que, aliás, já se tornou mais do que corriqueiro, exceto em redes legadas muitíssimo antigas. 10

5 1.4. TOPOLOGIAS O que é um nó de rede? Por nó de rede entende-se cada ponto conectado a rede, ou seja, pode ser um computador, um servidor ou mesmo um telefone IP. É possível que uma mesma máquina possua várias interfaces conectadas numa rede, resultando em diferentes nós em um mesmo dispositivo. A topologia de rede é determinada unicamente pela configuração das conexões entre os nós. A distância entre os nós, as interconexões físicas, as taxas de transmissão e os tipos de sinais utilizados não pertencem ao alcance da topologia da rede, apesar de serem afetados por ela Organização Do ponto de vista da organização, com as normas e o mapa físico do ambiente em mãos, deve-se organizar a topologia, listando os componentes de uma rede, estudar a forma como eles se relacionam e, só a partir daí, delinear o modelo de topologia desejada. Para a escolha da topologia ideal para uma situação, deve-se levar em conta: Hardware; Software; Facilidade operacional; Cenários de utilização; Interconexão; Compatibilidade, tanto com tecnologias atuais quanto com tecnologias legadas presentes na rede Redes centralizadas A topologia em estrela (figura 1.3) reduz a possibilidade de falhas em rede conectando todos os nós a um nó central. O nó central da rede reenvia todas as transmissões recebidas de qualquer nó periférico a todos os nós periféricos da rede, incluindo, em alguns casos, o nó emissor do sinal. Todos os nós periféricos podem comunicar-se com os demais transmitindo ou recebendo dados do nó central. Uma falha na linha de conexão de qualquer nó com o nó central provocaria o isolamento desse nó em relação aos demais, mas o restante do sistema permaneceria intacto. A topologia em estrela pode utilizar um dispositivo hub simples como nó central. 11

6 ATIVIDADE 1. DEFINIÇÃO DE REDES DE COMPUTADORES Figura 1.3: Modelo de topologia estrela. Se o nó central é passivo ou seja, se é incapaz de encaminhar os pacotes de dados apenas para o destino específico, o nó de origem deve ser capaz de tolerar o eco de sua transmissão. Uma rede em estrela com um nó central ativo normalmente possui os meios para prevenir problemas relacionados com o eco do sinal. A topologia em árvore (figura 1.4), também conhecida como topologia hierárquica, pode ser vista como uma coleção de redes em estrela ordenadas em uma hierarquia. Essa árvore tem nós periféricos individuais que requerem transmissão e recepção de outro nó e necessitam da atuação de repetidores ou amplificadores do sinal. Ao contrário do que ocorre nas redes em estrela, a função do nó central pode ser distribuída. Assim como ocorre nas redes em estrela convencionais, os nós individuais podem acabar por se isolar da rede por conta de falhas no ponto de rota diretamente ligado à rota Figura 1.4: Modelo de topologia em árvore ou topologia hierárquica. 12

7 1.4. TOPOLOGIAS Figura 1.5: Um switch centraliza e divide o tráfego de maneira mais inteligente. de conexão. Com a falha de um enlace que se conecta por um nó que é um galho da árvore, este nó acaba por se separar dessa árvore. Para aliviar a quantidade do tráfego de rede necessário para retransmitir dados para todos os nós, desenvolveram-se nós centrais mais avançados, que permitem manter uma listagem das identidades dos diferentes sistemas conectados à rede. Esses nós, implementados sob a forma de switches (figura 1.5), aprendem como é organizada a estrutura da rede, transmitindo pacotes de dados e observando de onde vêm os pacotes de resposta Topologias descentralizadas O primeiro dos modelos de topologia descentralizada implementados ao longo dos anos foi o de rede em malha. Esse tipo de topologia apresenta um ou dois nós, no máximo, cada um com dois caminhos entre eles. É construído um tipo especial de malha, com um número de saltos entre dois nós limitado, chamada hipercubo. O número de caminhos arbitrários nas redes em malha as faz mais difíceis de desenhar e implementar, mas sua natureza descentralizada as torna ideais no desenho de redes que devem dispor de alta disponibilidade na transmissão de dados. Uma rede totalmente conectada ou completa é uma topologia de rede na qual há um enlace direto entre cada dupla de nós. Em uma rede totalmente conexa, com vários nós, há enlaces diretos. As redes desenhadas com esta topologia normalmente são de instalação dispendiosa, mas são extremamente fiáveis graças aos múltiplos caminhos pelos quais os dados podem viajar. Esta é utilizada, principalmente, em aplicações militares. 13

8 ATIVIDADE 1. DEFINIÇÃO DE REDES DE COMPUTADORES Topologias híbridas As redes híbridas usam uma combinação de duas ou mais topologias distintas, de tal maneira que a rede resultante não obedeça a nenhum dos formatos padrão. Por exemplo, uma rede em árvore, conectada a uma outra rede em árvore, segue sendo uma rede em árvore. Duas redes com topologia em estrela, no entanto, conectadas entre si (o que se costuma chamar de estrela estendida) formam uma topologia de rede híbrida. Uma topologia híbrida sempre é produzida quando se conectam duas topologias de rede básicas. Dois exemplos comuns são a rede de estrela e anel e a rede em estrela com bus. A rede de estrela e anel consta de duas ou mais topologias em estrela conectadas mediante uma unidade de acesso multiestação (conhecida pela abreviação MAU) como um hub centralizado. A rede em estrela com bus consta de duas ou mais topologias em estrela, conectadas mediante um bus troncal, que funciona como a espinha dorsal da rede. 1.5 Revisão da atividade As redes de computadores podem possuir diferentes classificações, dependendo de qual aspecto está sendo tratado. As redes podem ser classificadas quanto ao meio de conexão, se são redes cabeadas ou sem fio. Podem também serem classificadas quanto a topologia, ou seja, de que forma cada ponto está conectado entre si. Os protocolos de comunicação são normatizados pelo IEEE, Institute of Electrical and Electronics Engineers. Mesmo um único padrão de conexão como o Ethernet pode trabalhar com diversos protocolos de comunicação, sendo muito importante identificar com quais os dispositivos e meios interligados são compatíveis para evitar falhas de comunicação. Os materiais e os dispositivos utilizados influenciam muito no tipo da rede. Dependendo do meio e do protocolo de comunicação utilizados, variam o alcance, a velocidade e o custo da rede. 14

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