Fundamentos de Redes de Computadores Redes, topologia e meios físicos de transmissão Prof. Ricardo J. Pinheiro
Resumo Livro-texto: Redes de Computadores: Das LANs,MANs e WANs às redes ATM - Soares, Lemos e Colcher Editora Campus Livro de apoio: Redes de Computadores Tanenbaum Material de apoio Artigos e atualidades Ricardo Pinheiro 2
Objetivos e exemplos Objetivos de uma rede Compartilhar recursos Trocar informação Exemplos de redes Telefonia fixa Telefonia celular Radiodifusão Televisão Redes de computadores Ricardo Pinheiro 3
Definições Rede de comunicação Conjunto de módulos processadores, capazes de trocar informações e compartilhar recursos ligados por um sistema de comunicação. Sistema de comunicação Arranjo topológico ligando módulos processadores através de enlaces físicos e de um conjunto de regras para organizar a comunicação (protocolos). Ricardo Pinheiro 4
Parâmetros de Comparação Retardo de transferência Tempo gasto entre o pedido e a entrega da mensagem. Confiabilidade Medida em tempo médio entre falhas (MTBF), tolerância a falhas, tempo médio de reparo (MTTR) e tempo de reconfiguração entre falhas. Modularidade Grau de alteração de desempenho da rede sem alterar o projeto original. Ricardo Pinheiro 5
Parâmetros de Comparação Custo Desempenho Intimamente relacionada a custo. Compatibilidade Ou interoperabilidade. Sensibilidade tecnológica Capacidade da rede suportar todas as aplicações para a qual foi preparada, e além. Ricardo Pinheiro 6
Classificação quanto a alcance LANs MANs Local Area Network rede local Distância entre os módulos processadores estão desde alguns metros a alguns quilômetros. Em geral não passam por vias públicas. Tipo mais comum. Exemplo: Redes domésticas. Metropolitan Area Network rede metropolitana Distâncias são maiores que as LANs. Abrangem uma ou algumas cidades. Vários meios de transmissão. Exemplo: RedeRio (http://www.rederio.br) Ricardo Pinheiro 7
Classificação quanto a alcance WANs Wide-Area Network rede geograficamente distribuída Distâncias abrangem um país, um continente ou todo o mundo. Vários meios de transmissão. Exemplo: IBM Global Network. E a Internet? A Internet é uma rede de redes. Ninguém está diretamente conectado à ela. Reunião de milhões de redes. Ricardo Pinheiro 8
Topologia Disposição lógica de elementos. No caso de uma rede, refere-se à forma como os enlaces físicos e os nós de comutação estão organizados, determinando os caminhos físicos existentes e utilizáveis entre qualquer pares de estações conectadas a essa rede. Ricardo Pinheiro 9
Classificação quanto ao enlace Ponto-a-ponto Multiponto Ligação dois-a-dois. Vários nós interligados entre si. Tipo mais comum. Vários nós ligados simultaneamente ao mesmo enlace. Adotado em algumas topologias. Ricardo Pinheiro 10
Classificação quanto ao uso Simplex O enlace é utilizado apenas em um dos dois possíveis sentidos de transmissão. Exemplo: fibra ótica. Half-duplex Full-duplex O enlace é utilizado nos dois sentidos de transmissão um de cada vez. O enlace é utilizado nos dois sentidos de transmissão simultaneamente. O enlace pode ser formado por dois pares de fios (cada um em um sentido), ou usando faixas de frequências diferentes. ou Ricardo Pinheiro 11
Topologia em barra Barra ou barramento. Todos os nós se ligam ao mesmo meio de transmissão - multiponto. O sinal gerado por uma estação propagase ao longo da barra em todas as direções. Cada nó tem um endereço na barra. Quando uma estação conectada reconhece o endereço da mensagem, ele a aceita. Caso contrário, a despreza. Ricardo Pinheiro 12
Topologia em barra Ligações ao meio geram descontinuidade de impedância e causam reflexões. O transceptor deve ter uma alta impedância para o cabo, para que sua ligação altere o mínimo possível as características de transmissão. Devido a isto, algumas necessidades: Transceptor localizado perto do cabo Necessidade de terminadores (casadores de impedância) nas pontas para impedir a reflexão. Ricardo Pinheiro 13
Topologia em anel Estações ligadas por um caminho fechado. Pode ser bidirecional, mas é mais comum o unidirecional. O controle pode ser centralizado ou distribuído. O sinal sai de um nó e circula pelo anel. Em cada nó o sinal é regenerado e retransmitido. Cada nó tem o seu endereço que ao ser reconhecido por um outro nó, aceita a mensagem e a trata. Interrupção no anel corta a comunicação. Exemplo: Token Ring (IBM) Ricardo Pinheiro 14
Topologia em estrela Nós ligados a um comutador central (hub, switch, roteador, etc). Administração centralizada. Ligação ponto-a-ponto (nóconcentrador). Não precisa de roteamento. Falha no comutador pára a rede. Exemplo: Ethernet. Ricardo Pinheiro 15
Meios físicos de transmissão Com cabeamento 1. Cabo coaxial 2. Cabo par trançado 3. Fibra ótica 4. Rede elétrica (PLC) Sem cabeamento 1. Infravermelho 2. Bluetooth 3. Wi-Fi 4. WiMAX 5. 3G 6. Rádio 7. Microondas (via satélite) Ricardo Pinheiro 16
Meios físicos com cabeamento 1.Cabo coaxial Condutor cilíndrico interno com tubo metálico em torno, e separados por material dielétrico. Condutor interno de cobre. Tubo metálico: blindagem eletrostática. Material dielétrico: ar seco ou plástico. Uso em distribuição de sinal de televisão (TV a Cabo) Telefonia de longa distância. Redes locais de curta distância. Ricardo Pinheiro 17
Meios físicos com cabeamento 1.Cabo coaxial Vantagens: Suporta taxas de transmissão maiores do que o par trançado para a mesma distância. Desvantagens: Mau-contato nos conectores. Cabo rígido difícil manipulação. Problema da topologia (barramento). Custo/metro maior do que o par trançado. Hoje em dia: Uso muito limitado em redes. Conector RG 58 T Conector RG 58 Interface de Rede Ricardo Pinheiro 18
Meios físicos com cabeamento 2.Par trançado Dois fios de cobre enrolados em espiral. Vários pares dentro de um cabo. Objetivo: Reduzir ruído e manter constante as propriedades elétricas ao longo de toda a extensão. Melhor desempenho que um par em paralelo para distâncias grandes. Transmissão pode ser analógica ou digital. Taxas de transmissão até gigabits/s. Depende da distância, técnica de transmissão, qualidade do cabo, diâmetro, comprimento das tranças, etc. Ricardo Pinheiro 19
Meios físicos com cabeamento 2.Par trançado Tipos UTP não blindado STP blindado Malha metálica minimiza o ruído externo. Vantagens Meio de transmissão de menor custo por comprimento. Ligação ao meio simples e barata. Ricardo Pinheiro 20
Meios físicos com cabeamento 2.Par trançado Desvantagens Suscetível a ruídos. Gerada por interferência eletromagnética (motores, geladeiras, quadros de luz, lâmpadas fluorescentes, etc). Minimizada com a blindagem. Classificação quanto à taxa de transmissão suportada: CAT 3 até 10 Mbps CAT 5 até 100 Mbps CAT 5e e 6 até 1 Gbps CAT 7 até 1 Gbps. Ricardo Pinheiro 21
Meios físicos com cabeamento 2.Par trançado Normas: Padrões para o cabeamento de edifícios. T568A e T568B padrão para condutores máquina - concentrador. T568A ordem dos fios: Branco Laranja, Laranja, Branco Verde, Azul, Branco Azul, Verde, Branco Marrom, Marrom. T568B - ordem dos fios: Branco Verde, Verde, Branco Laranja, Azul, Branco Azul, Laranja, Branco Marrom, Marrom. Crossover padrão para condutores máquina máquina. T568A numa ponta, T568B na outra. Ricardo Pinheiro 22
Meios físicos com cabeamento 3.Fibra ótica Cabo composto por filamentos de sílica (matériaprima do vidro) ou plástico. Leves e finos. Sinal ótico, gerado por pulsos de laser ou LEDs. Características: Altíssimas taxas de transmissão 1 Tbps em laboratório (100 vezes o Gigabit Ethernet). Isolamento elétrico completo entre transmissor e receptor. Atenuação independe da frequência. Imune a interferências eletromagnéticas. Ricardo Pinheiro 23
Meios físicos com cabeamento 3.Fibra ótica Como funciona Tipos Um feixe de luz é lançado numa ponta da fibra, e pelas características óticas do meio (fibra), esse feixe percorre a fibra por meio de reflexões sucessivas até a outra ponta. Multimodo Sem amplificadores. Pode ser comum ou gradual - diferentes níveis de refração possibilitam a reflexão do feixe. 100 Mbps a 10 km de distância. Redes locais. Ricardo Pinheiro 24
Meios físicos com cabeamento 3.Fibra ótica Tipos: Monomodo 1 Gbps a 100 km de distância. Uso de laser. Redes de longa distância. Tipos de fontes luminosas: LEDs mais barato, taxas de transmissão menores, maior tempo de vida, menor alcance. Laser mais caro, taxas de transmissão maiores, menor tempo de vida, maior alcance. Ricardo Pinheiro 25
Meios físicos com cabeamento 4.Rede elétrica (PLC) Transmissão de dados via rede elétrica Tecnologia - existe desde os anos de 1920 aperfeiçoada recentemente para transmissão de dados. Vantagens: Alcance amplo - via rede elétrica. Altas taxas de transmissão. Desvantagens: Questões de regulamentação junto ao órgão competente. Gera interferência em outros aparelhos que usem radiofrequência. Em rede elétrica com muito ruído, desempenho ruim. Half-duplex, com banda partilhada. Ricardo Pinheiro 26
Meios físicos sem cabeamento Diversos padrões para comunicação sem fio: IEEE 802.11 redes wireless. IEEE 802.15.1 Bluetooth. IEEE 802.16 WiMax. IEEE 802.20 3G. Ricardo Pinheiro 27
Meios físicos sem cabeamento Radiofrequência Espectro eletromagnético Intervalo completo da radiação eletromagnética que contém desde as ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, raios ultravioleta, raios X, até a radiação gama. Administração do espectro é feita em cada país por um órgão competente. No Brasil ANATEL. Ricardo Pinheiro 28
Meios físicos sem cabeamento 1.Infravermelho Padrão IrDA comunicação sem-fio via infravermelho. Taxas de até 4 Mbps. Baixo alcance (até 4,5 m). É preciso que o receptor tenha visão do transmissor sem obstáculos. Transmissão half-duplex. Usado em controles remotos e dispositivos simples. Hoje em dia está sendo substituído pelo Bluetooth. Ricardo Pinheiro 29
Meios físicos sem cabeamento 2.Bluetooth (IEEE 802.15.1) Especificação para redes pessoais sem fio (Personal Area Networks - PANs) Uso de uma frequência de rádio de curto alcance, globalmente não licenciada e segura. Baixa taxa de transmissão e baixo custo. Conexão simples. Exemplos de uso: Celulares e fones de ouvido sem-fio, Micros, mouses e teclados, dispositivos e receptores GPS, controles de videogames, modems sem-fio, etc. Taxas de 1 Mbps (v. 1.2) a 53-480 Mbps (v. 3.0) Nome: Homenagem a um rei da Dinamarca que unificou a Escandinávia na Idade Média - Harald Bluetooth. Ricardo Pinheiro 30
Meios físicos sem cabeamento 3.Wi-Fi (IEEE 802.11) Transmissão de dados ocorre na faixa de ondas de rádio. Uso de uma das faixas ISM (não licenciada): 902 a 928 Mhz / 2,4 a 2,48 Ghz / 5,72 a 5,85 Ghz. Um transmissor com 100mW de potência cobre uma área aberta de 500 m², em média. Rede estruturada em células, onde o receptor deve receber o sinal do transmissor (hotspot). Transmissão em todas as direções (omnidirecional), salvo o uso de uma antena direcional. Ricardo Pinheiro 31
Meios físicos sem cabeamento Wi-Fi (IEEE 802.11) 3.Alguns padrões adotados: IEEE 802.11a 5 Ghz, 54 Mbps. IEEE 802.11b 2,4 Ghz, 11 Mbps. IEEE 802.11g 2,4 Ghz, 54 Mbps. IEEE 802.11n (em estudo) 2,4 e 5 Ghz, até 300 Mbps. IEEE 802.11s redes mesh (em malha). Problemas com obstáculos (vidro, água, paredes) Refletem ou absorvem parcialmente o sinal, diminuindo o seu alcance. Custo cada vez mais baixo popularização da rede sem-fio. Ricardo Pinheiro 32
Meios físicos sem cabeamento 4.WiMAX (IEEE 802.16) Interface sem fio para MANs. Alcance de até 50 km a 1 Gbps. Opera na faixa ISM de 2,4 a 2,483 Ghz. Vantagens Custos mais baixos para implantação de infra-estrutura. Acesso à Internet em movimento. Suporte da indústria a esse padrão. Desvantagens Na prática, as taxas de transmissão são muito baixas. Interferência gerada por causas meteorológicas. Demora na regulamentação e na definição do uso. Ricardo Pinheiro 33
Meios físicos sem cabeamento 5.Padrões 2G, 2,5G e 3G (IEEE 802.20) Padrões que abrangem toda a telefonia móvel, não só tráfego de dados. Diversos padrões: 2G: GPRS 2,5G: EDGE, 1XRTT 3G: UMTS/WCDMA, EVDO, etc Usa a infra-estrutura da rede de telefonia celular. Vantagens: Tecnologia já existente, implementada e em funcionamento. Desvantagens: Custo alto de implementação. Não há serviço pré-pago. Ricardo Pinheiro 34
Meios físicos sem cabeamento 6.Rádio Sinal da Internet distribuído por pontos de presença (PoPs) espalhados por uma região. Muito popular no interior do Brasil. Padrões: DSSS, MMDS, LMDS. Vantagens: Baixo custo de manutenção. Boas taxas de preço e velocidade, rateadas por vários usuários. Desvantagens: Sofre interferência de fenômenos meteorológicos e obstáculos naturais (como árvores). Ricardo Pinheiro 35
Meios físicos sem cabeamento 7.Microondas Uso com satélites (penetra facilmente na atmosfera). Alcance muito grande (50 km, pelo menos). Sem obstáculos entre o transmissor e o receptor. Necessidade de que ambos estejam vendo, um ao outro. Tipos: Em visibilidade Em tropodifusão Via satélite Ricardo Pinheiro 36
Meios físicos sem cabeamento 7.Microondas Em visibilidade Uso de antenas parabólicas. Alcance de 50 km em média. Uso de antenas repetidoras e placas refletoras para restaurar e redirecionar o sinal. Em tropodifusão Sinal é refletido na troposfera para alcançar o destino. Diversas bandas de transmissão. Ricardo Pinheiro 37
Meios físicos sem cabeamento 7.Microondas Via satélite Enviado a um satélite em órbita, para depois ser enviado novamente, ao destino. Atrasos de até 270 ms na comunicação atrapalha comunicações interativas. Ricardo Pinheiro 38