REDES DE COMPUTADORES

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1 Eriko Carlo Maia Porto UNESA Universidade Estácio de Sá Última revisão Julho/2003 REDES DE COMPUTADORES TOPOLOGIAS TOPOLOGIA Estrutura geral da rede: Conjunto de módulos processadores; Um sistema de comunicação. A topologia de uma rede de comunicação refere-se à forma como os enlaces físicos e os nós de comunicação estão organizados. Ao organizar os enlaces físicos em um sistema de comunicação, as linhas de transmissão podem ser utilizadas de diferentes maneiras

2 LINHAS DE COMUNICAÇÃO As ligações físicas podem ser de dois tipos: Ligações ponto a ponto apenas dois pontos de comunicação, um em cada extremidade do enlace. Ligações multiponto três ou mais dispositivos com possibilidade de utilização do mesmo enlace. LINHAS DE COMUNICAÇÃO LIGAÇÃO PONTO-A-PONTO

3 LINHAS DE COMUNICAÇÃO LIGAÇÃO MULTIPONTO LINHAS DE COMUNICAÇÃO Classificação sobre a comunicação no enlace: SIMPLEX o enlace é utilizado apenas em um dos possíveis sentidos de transmissão. HALF-DUPLEX o enlace é utilizado nos dois possíveis sentidos de transmissão, porém alternadamente. FULL-DUPLEX o enlace é utilizado nos dois possíveis sentidos de transmissão simultaneamente.

4 REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS Topologia totalmente ligada: Todas as estações são interligadas duas a duas entre si através de um caminho físico dedicado. Rede com N estações: N(N-1)/2 ligações do tipo ponto-a-ponto. Maior grau de paralelismo. Enlaces podem ser full-duplex. Topologia em geral economicamente inviável. REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS TOPOLOGIA TOTALMENTE LIGADA

5 REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS Topologia em anel: Sentido único de transmissão. Ligações ponto-a-ponto simplex. Economia considerável no número de ligações. Aumento de pontos intermediários. Fatores que limitam seu uso: Retardo intolerável de transmissão; Inexistência de caminhos alternativos. REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS TOPOLOGIA EM ANEL

6 REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS Topologia parcialmente ligada: Introdução de caminhos alternativos que podem ser utilizados no caso de falha ou congestionamento. Aumento da confiabilidade e do desempenho através do paralelismo de comunicação. Uma mensagem pode passar por vários sistemas intermediários até chegar ao dstino final. REDES GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDAS TOPOLOGIA PARCIALMENTE LIGADA

7 COMUTAÇÃO A comunicação entre dois módulos processadores (DTEs Data Terminal Equipments) pode ser realizada por: Comutação de circuitos (figura a). Comutação de mensagens (figura b). Comutação de pacotes (figura c). COMUTAÇÃO

8 COMUTAÇÃO DE CIRCUITOS Caminho dedicado entre duas estações. Tecnologias TDM (Time Division Multiplexing) e FDM (Frequency Division Multiplexing). Fases: Estabelecimento do circuito; Determinação e alocação de rota entre estações; Transferência da informação; Desconexão do circuito. COMUTAÇÃO DE MENSAGENS Mensagem é encaminhada de acordo com o endereço. Em cada nó a mensagem inteira é recebida. Filas de espera em cada nó. Próximo caminho da rota é determinado com base no endereço. Transmissão baseada na técnica de storeand-forward.

9 COMUTAÇÃO DE PACOTES O tamanho da unidade de dados é limitado. Mensagens maiores são quebradas. Os pacotes de uma mesma mensagem podem estar em transmissão simultaneamente por diferentes enlaces. Tecnologias de Datagrama ou Circuitos Virtuais. ATRASO (DELAY) Tipos de atraso (delay) existentes nas redes de comutação de pacotes. Atraso de transmissão (d t ) Atraso de propagação (d p ) Atraso de fila (d q ) Atraso de processamento nodal (d n )

10 ROTEAMENTO Escolha do caminho fim-a-fim por onde uma mensagem/pacote deve transitar. Escolha da rota: A priori estabelecendo uma conexão (cicuitos virtuais). Passo-a-passo cada nó intermediário do caminho é responsável pela escolha do próximo nó. Baseado na manutenção de tabela de rotas. O roteamento pode ser adaptativo (dinâmico) ou não-adaptativo (estático). ROTEAMENTO Não-adaptativo: As rotas são previamente calculadas e transferidas para os roteadores quando a rede é inicializada. Não levam em conta o estado corrente das linhas. Não ocorrem modificações automáticas nas tabelas no caso de mudanças na topologia.

11 ROTEAMENTO Adaptativo: Caminho escolhido dinamicamente com base nas condições da rede. É capaz de contornar efeitos adversos tais como um canal ou dispositivo de comunicação sobrecarregados. Os nós executam algoritmos de roteamento distribuídos ou centralizados. ROTEAMENTO Necessidade de mecanismos de endereçamento. Identificar univocamente cada estação. Circuitos Virtuais endereços dos nós de destino/origem só são necessários no estabelecimento da conexão. Datagrama mensagem com endereço do nó de destino e origem. Mecanismos de detecção e correção de erros de transmissão. Mecanismos de controle de congestionamento. Reagrupamento dos pacotes no destino (sequenciação).

12 REDES LOCAIS E METROPOLITANAS Custo e tecnologia bastante diferentes das redes de longa distância. Aumento da confiabilidade meios de transmissão com baixas taxa de erro. Aumento do desempenho meios de transmissão com maior velocidade. Topologias utilizadas estrela, anel barra. REDES LOCAIS E METROPOLITANAS

13 REDES LOCAIS E METROPOLITANAS REDES LOCAIS E METROPOLITANAS

14 REDES LOCAIS E METROPOLITANAS TOPOLOGIA EM ESTRELA Cada nó é interligado a um nó central (centro de controle da rede). Função do nó central processamento de dados e/ou gerência de comunicações. Mais comum gerenciamento de comunicações e funções de diagnóstico. O gerenciamento das comunicações pode ser por chaveamento de pacotes ou de circuitos.

15 TOPOLOGIA EM ESTRELA O nó central, cuja função é o chaveamento (comutação) é denominado comutador ou switch. O nó central também pode atuar por difusão (broadcasting), sendo neste caso denominado um hub. O nó central pode realizar a compatibilidade de velocidade entre os nós ou atuar como conversor de protocolos. Problemas: confiabilidade, modularidade. TOPOLOGIA EM ESTRELA

16 TOPOLOGIA EM ANEL Estações conectadas através de um caminho fechado. Série de repetidores ligados por meio físico. Usualmente unidirecionais. As mensagens circulam por todo o anel até serem retiradas pelo nó de destino ou retornarem à origem. TOPOLOGIA EM ANEL A topologia em anel requer que cada nó seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las à frente. Isto requer um repetidor ativo em cada nó, possibilitando duas arquiteturas: Anel com repetidor interno. Anel com repetidor externo. Solução para o problema de falha no repetidor cada repetidor possui um relé que pode removê-lo mecanicamente da rede.

17 TOPOLOGIA EM ANEL MODOS DE OPERAÇÃO DO REPETIDOR TOPOLOGIA EM ANEL Utilização de concentradores (ring wiring concentrators) ou hubs: Inicialmente eram elementos passivos que concentravam o cabeamento. Depois se tornaram concentradores dos repetidores do anel (concentradores ativos). Grande poder de expansão devido à capacidade regenerativa dos sinais e pela interconexão de concentradores.

18 TOPOLOGIA EM ANEL TOPOLOGIA EM BARRA Todas as estações se ligam a um mesmo meio de transmissão. Tem uma configuração multiponto. Cada nó pode ouvir todas as informações transmitidas (modo promíscuo). As interfaces são passivas falhas não causam a parada total do sistema.

19 TOPOLOGIA EM BARRA O poder de crescimento vai depender do meio de transmissão utilizado, da taxa de transmissão e da quantidade de ligações ao meio. Pode ser melhorado com o uso de repetidores. A ligação ao meio de transmissão é um ponto crítico utiliza um transceptor (transmissor/receptor). Assim como as redes em anel, pode utilizar concentradores (hubs). TOPOLOGIA EM BARRA

20 HUBS E SWITCHES A instalação física das redes tem sofrido forte tendência para a utilização de hubs e switches. Justificada pela crescente necessidade de melhorar o gerenciamento e a manutenção destas instalações. Fisicamente corresponde a uma topologia em estrela. A interface das estações com a rede (topologia lógica) pode ser diferente do layout físico do equipamento (topologia física). Switches possibilitam troca de mensagens entre várias estações simultaneamente. HUBS E SWITCHES

21 HUBS E SWITCHES HUBS E SWITCHES

22 HUBS E SWITCHES INTERLIGAÇÃO DE HUBS OU SWITCHES REFERÊNCIAS Redes de Computadores Andrew S. Tanenbaum Capítulo 1 Redes de Computadores Soares, Lemos & Colcher Capítulo 2 Data and Computer Communications William Stallings Capítulo 4