COMPONENTES DAS REDES

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1 COMPONENTES DAS REDES As redes de computadores são classificadas de acordo com diver- sos critérios, os quais determinam suas características e também sua arquitetura. Nos próximos tópicos iremos abordar em deta- lhes as classificações, termos e conceitos envolvendo os compo- nentes de hardware e de software das redes de computadores. É hora portanto de atentarmos para os aspectos técnicos envolven- do o design de uma rede. O hardware das redes Não existe uma categorização geral que permita classificar todos os tipos de redes existentes, porém dois parâmetros são universalmente aceitos como parte do conjunto de características de qualquer rede: a tecnologia de transmissão e a sua escala. Iremos a seguir examinar esses dois aspectos. As redes de computadores podem ter seu sistema de transmissão classificado como: Redes de difusão (broadcast networks), ou Redes ponto-a-ponto (point-to-point networks). Redes de difusão, ou também chamadas de redes de canais de di- fusão, são aquelas que empregam uma tecnologia singular para realizar a transmissão de mensagens entre as suas máquinas. Elas utilizam-se de um subsistema de transmissão de mensagens único e compartilhado, ao qual todas as estações conectam-se. Esse subsistema é também denominado de canal de transmissão. Quando ocorre uma transmissão, todas as estações conectadas ao canal de trans- missão ouvem a chegada dessa mensagem, porém, pelo fato de que a mensagem carrega consigo um campo de endereçamento contendo o endereço da estação destinatária, somente ela irá copiar e processar a mensagem, sendo que as demais irão ignora-la ou descarta-la. Para que esse mecanismo funcione, toda estação deve, ao ouvir o início da transmissão de uma mensagem, verificar se o código no campo de endereçamento corresponde ao seu próprio endereço ou não. Podemos vislumbrar o pro- cesso de uma transmissão em uma rede de difusão na figura abaixo. Uma transmissão em uma rede difusão. A é estação remetente.

2 Redes de difusão usualmente permitem a transmissão de mensagens com formas de endereçamento especiais, codificando-se os bits de endereço de destino com padrões específicos. Há três formas possíveis de endereçamento em redes de difusão: Unicast Broadcast Multicast Quando uma mensagem é transmitida na modalidade unicast, o seu campo de endereço de destino contém o endereço de uma única e específica máquina da rede. Ao ser transmitida, apenas ela irá copiar e processar a mensagem, sendo que as demais irão ignora-la. Quando uma mensagem é transmitida na modalidade broadcast, o seu campo de endereço de destino contém um código especial que específica todas as máquinas da rede. Ao ser transmitida, todas irão copiar e processar a mensagem, sendo que nenhuma deve ignora-la. Quando uma mensagem é transmitida na modalidade multicast, o seu campo de endereço de destino contém um código de endereço que especifica um grupo de máquinas da rede. Ao ser transmitida, apenas as máquinas pertencentes àquele grupo irão copiar e processar a mensagem, sendo que as demais irão ignora-la. Redes ponto-a-ponto, ou também chamadas de redes de canais ponto-a-ponto, são aquelas que empregam canais dedicados entre pares de máquinas com a finalidade de permitir a realização das transmissão de mensagens. As máquinas fazem portanto parte integrante do subsistema de transmissão de mensagens. Recordando a definição de uma rede de computadores, vimos que ela deve ser provida de um subsistema de comunicação de mensagens fácil de ser utilizado, bastando a uma estação remetente possuir o endereço de uma estação destinatária para que esta possa requisitar ao canal a transmissão de sua mensagem, a qual deverá ser entregue ao destinatário sem maiores complicações por parte do remetente. Rede Ponto-a-Ponto Como podemos observar na acima, para que uma mensagem saia da estação-origem (remetente) e chegue até o destino (destinatário), ela pode tomar caminhos diversos pois não existe um caminho entre uma origem e um destino. Dessa maneira, diferentes rotas de diferentes comprimentos são possíveis e portanto os algoritmos de roteamento desempenham um papel fundamental em redes ponto-a-ponto.

3 Classificação de escala das redes A Segunda grande classificação que se faz de uma tecnologia de rede é quanto à sua escala, ou seja, sua área de abrangência geográfica. Basicamente, elas são classificadas nesse quesito em: Redes Locais (LANs) Redes Metropolitanas (MANs) Redes de Longa Distância (WANs) Redes Locais (LANs) são redes de abrangência geográfica pequena (0,1 a 2Km). Redes Metropolitanas (MANs) são redes de abrangência geográfica média (1km a 20Km) e redes de Longa Distância (WANs) são redes de abrangência geográfica grande (10Km a 1000Km). Em cada uma dessas classificações temos um conjunto de soluções tecnológicas distintos pois esses tipos de rede destinam-se a aplicações dis- tintas e muitas vezes a distancia geográfica envolvida impede o uso de certas tecnologias. Veremos cada uma delas a seguir. Redes locais LANs Redes locais são redes de pequena abrangência geográfica. Uma rede local normalmente é propriedade de uma entidade privada, seja uma empresa, um negócio ou uma pessoa, estando esta normalmente instalada dentro dos limites de um prédio, grupo de prédios ou um edifício. São utilizadas para se conectar computadores pessoais e estações de trabalho em escritórios e fábricas com a finalidade de compartilhar recursos e permitir o intercâmbio de informações. As LANs distinguem-se de outros tipos de redes por causa de três de suas características: (1) seu tamanho, (2) sua tecnologia de transmissão e (3) sua topologia. As LANs tem seu tamanho restrito o número de estações e o comprimento de seus canais de comunicação são limitados. Estas limitações normalmente não se devem ao fato de não haver soluções tecnológicas para que um maior número de máquinas ou maiores distâncias sejam possíveis, mas sim devido ao fato de que limitando essas características consegue-se determinar o pior tempo de espera que uma estação necessita esperar para poder transmitir no canal, ou seja, o maior tempo de espera é limitado ou quase. O conhecimento, de antemão, desse limite, além de simplificar o seu gerenciamento, torna possível algumas estratégias de projeto e de uso dessas redes, não possíveis em outros tipos.

4 As LANS utilizam uma tecnologia de transmissão consistindo tipicamente de um único cabo ou sistema de cabeamento ao qual todas as máquinas conectam-se. As tecnologias de LAN mais tradicionais operam em velocidades entre 10 e 100Mbps, apresentam baixos tempos de atraso e taxas de erro muito baixa. Algumas tecnologias de LAN mais novas podem operar em velocidades maiores, algumas chegando até a centenas de megabits por segundo. Utilizaremos a medida de velocidade de linhas de transmissão expressa em megabits/s (Mb/s ou Mbps). Um megabit corresponde a 1,000,000 bits. As LANs são geralmente redes de difusão. Várias topologias são possíveis para redes locais, sendo que o barramento, o anel e a estrela são das mais utilizadas. Redes metropolitanas MANs Uma rede metropolitana, ou MAN, é basicamente uma versão em grande escala de uma LAN e normalmente utiliza tecnologia similar. Ela pode cobrir a área de um grande campus universitário, de uma grande planta fabril ou de uma cidade inteira. As MANs podem ser tanto propriedade privada quanto do poder público. As MANs podem suportar serviço tanto dados como voz, sendo que uma situação comum é ela estar relacionada com as operadoras de TV a cabo. Elas podem operar utilizando apenas equipamento de repetição de sinal a cada grande lance de cabeamento, não sendo necessário dispositivos especiais ou de chaveamento de pacotes de informação, o que simplifica o projeto. A principal razão para se distinguir as LANs das MANs é o fato de que foram adotados padrões separado para MANs e LANs. Redes de longa distância WANs As redes de longa distância ou WANs, são redes que abrangem uma grande área geográfica, frequentemente a área de um estado, país ou continente. Elas contém uma coleção de computadores cuja tarefa básica é rodar os programas dos usuários ou o sistema e os aplicativos de um negócio. Utilizaremos a denominação tradicional e chamaremos esses computadores de hosts, apesar de que outros termos são frequentes na literatura, tais como end-system. Os hosts de uma WAN são interconectados através de uma rede de comunicação, ou simples- mente chamada de rede. A tarefa da rede é transportar mensagens de um remetente para um destinatário (computador de origem para um computador de destino). Na maioria das redes de longa distância, a rede consiste de dois componentes distintos: (1) as linhas de transmissão e (2) os elementos chaveadores. As linhas de transmissão, também chamadas de circuitos, canais ou troncos, conseguem levar bits de uma máquina para outra.

5 Os elementos chaveadores são computadores especializados usados para interconectar duas ou mais linhas de transmissão. Quando dados chegam através de uma das linhas, o elemento chaveador decide qual dos demais canais será utilizado como canal de saída para repassar adiante esses dados. Existem várias denominações para esses elementos chaveadores: nó chaveador de pacotes (PSN), processador de mensagens de interface (IMP), sistema intermediário (IS) e até data switching exchanges (DSE), entre outros. Atualmente, a Internet utiliza tais equipamentos, porém no seu jargão de termos ela os denomina roteadores, e utilizaremos este termo daqui por diante. Nas redes de longa distância, usualmente os roteadores fazem a conexão de uma rede local à um canal de transmissão, o qual conecta-se a outros roteadores, os quais podem ou não conectar-se a outras rede locais. Em geral, as estações de trabalho dos usuários (hosts) dessa rede conectam- se apenas aos segmentos de rede local, porém é possível em certos casos conectar um host diretamente no roteador. O conjunto de roteadores e de linhas de comunicação formam a rede. Os hosts utilizam-se da rede para comunicarem-se. A maioria das WANs utiliza numerosas linhas de comunicação de dados, sendo essas frequentemente baseadas nas tecnologias de comunicação das empresas de telefonia e comunicação de dados e, também frequentemente, pertencente à elas. Cada linha de comunicação conecta um par de roteadores, o que caracteriza as WANs como sendo tipicamente redes ponto-a-ponto. Se dois roteadores não compartilham de uma mesma linha mas precisam enviar mensagens um para o outro, eles não podem fazer isso diretamente, porém eles podem faze-lo indiretamente. Relembrando o quesito interconectados da definição de redes, temos que a comunicação entre qualquer par de computadores da rede deve ser realizada com um simples pedido de transmissão pelo remetente. No caso das redes de longa distância, os mecanismos de transmissão de uma rede ponto-a- ponto são empregados, o que implica cooperação de todos os roteadores intermediários na comunicação entre dois pares de máquinas. Quando uma mensagem é enviada de um roteador para outro de modo indireto, cada roteador intermediário recebe essa mensagem, armazena-a em memória temporária, analisa o endereço de destino, coloca-a na fila de transmissão do canal escolhido e transmite-a adiante. Esse processo é chamado de ponto-a-ponto, ou também de armazene-e-passeadiante (store-and-forward). Redes que operam com essa técnica, em especial a análise do destino, são chamadas de redes de chaveamento de pacotes. Praticamente todas as redes de longa distância (exceto aquelas que em- pregam satélites de comunicação) empregam redes do tipo armazene-e-passe-adiante. Quando os pacotes são pequenos e todos do mesmo comprimento, eles são chamados de células.