edes de Computadores edes e Sistemas de Comunicação Topologias Formas de Comutação edes de Comunicação Prof. Sérgio Colcher colcher@inf.puc-rio.br 2 edes de Comunicação Componentes da ede Sistema de Comunicação Dispositivos Terminais A origem ou o destino de uma mensagem Meios Oferecem a base para a transmissão Interconectam os dispositivos ventuais quipamentos Intermediários Sistema de Comunicação 3 4
Componentes da ede Componentes da ede Dispositivos Terminais Dispositivos Terminais A origem ou o destino de uma mensagem Sistema de Comunicação A origem ou o destino de uma mensagem Sistema de Comunicação Meios Meios Oferecem a base para a transmissão Ofereçe o caminho para a transmissão de dados Interconectam os dispositivos ventuais quipamentos Intermediários Interconectam os dispositivos ventuais quipamentos Intermediários Conectam-se organizados segundo uma Topologia 5 6 Tipos de Ligação Formas de Utilização do Meio (Sentido da Transmissão) Multi-Ponto Simplex Half-duplex Ponto a Ponto ou Full-duplex 7 8
Tipos de Sinal Tempo de Transmissão x Tempo de Propagação Sinal Analógico Variação Contínua Tempo de Transmissão Tempo de Propagação Sinal Digital Variação Discreta T t = t + t total transm prop Tempo de Transmissão t Intervalo de Sinalização: T Qualquer informação pode ser transmitida através de sinal analógico ou digital 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 t prop = d v prop 9 10 Tempo de Transmissão x Tempo de Propagação Analogia: steira de uma Linha de Montagem Tempo de Transmissão Tempo de Propagação t t = t + t = N T + t t total transm prop sinaliz prop prop d = v prop 11 12
Classificação Componentes da ede edes Geograficamente Distribuídas: WANs - Wide Area Networks. edes Locais: LANs - Local Area Networks. edes Metropolitanas: MANs - Metropolitan Area Networks. Outras: SANs - Storage Area Networks. CANs - Campus Area Networks. Dispositivos Terminais A origem ou o destino de uma mensagem Meios Ofereçe o caminho para a transmissão de dados Interconectam os dispositivos ventuais quipamentos Intermediários Sistema de Comunicação Conectam-se organizados segundo uma Topologia 13 14 Componentes da ede Dispositivos Terminais A origem ou o destino de uma mensagem Meios Ofereçe o caminho para a transmissão de dados Interconectam os dispositivos ventuais quipamentos Intermediários Sistema de Comunicação Conectam-se organizados segundo uma Topologia Topologias para WANs 15 16
Topologia Totalmente Ligada Topologia Parcialmente Ligada nlace nlace Inviável: n( n -1) = 2 Desafios: ndereçamento Tabelas de otas Políticas e Algoritmos de uso dos recursos o Comutação 17 18 xemplo: Telefonia xemplo: Telefonia Central Central 19 20
xemplo: Telefonia xemplo: Telefonia Central Central 21 22 xemplo: Telefonia xemplo: Telefonia Central Central 23 24
Comutação de Circuitos Comutação de Circuitos: Visão Temporal B Fases stabelecimento da Conexão (oteamento) Transferência de Informação Desconexão A C D Um caminho permanece dedicado entre origem e destino durante todo o tempo de conexão 25 26 Analogia: Comitiva passando por ruas previamente fechadas Comutação de Circuitos: Características Necessidade de estabelecimento e rompimento de conexões roteamento apenas no momento do estabelecimento da conexão endereçamento necessário apenas para o estabelecimento da conexão stabelecimento e ompimento de conexões são conhecidos como procedimentos de sinalização Um canal permanece dedicado durante todo o tempo da conexão Conexão = chamada = ligação etardo de transferência das informações através da conexão é constante 27 28
etardo Constante Continuidade Preservada Pergunta: A Comutação de Circuitos é uma boa opção para o suporte a tráfego de dados convencionais em aplicações como: ecuperação de páginas web (WWW) Terminal remoto nvio de mensagens... 29 30 Para tráfego contínuo Como voz e vídeo sem compressão. Dados produzidos continuamente. A comutação de circuitos preserva a continuidade pois o retardo é constante. Comutação de Circuitos Para tráfego de dados convencionais Transferência de arquivos, correio eletrônico, emulação de terminal, recuperação de páginas web, etc. Dados produzidos em rajadas. A comutação de circuitos representa um grande desperdício. Alternativas para Tentar Diminuir o Desperdício da Comutação de Circuitos para o Tráfego de Dados Convencionais Comutação de Mensagens Hoje em dia, não é utilizada na prática mas é a base para a comutação de pacotes Comutação de Pacotes Utilizada na prática 31 32
Comutação de Mensagens Comutação de Mensagens B B AC A D A AC D B B C C 33 34 Comutação de Mensagens Comutação de Mensagens Não existe fase de estabelecimento de chamada nem de desconexão Cada mensagem possui cabeçalho com informações necessárias ao seu encaminhamento Store-and-Forward m cada nó tem que armazenar, escolher rota e encaminhar Introduz grandes atrasos nas mensagens Na origem, tem que esperar toda a mensagem ser produzida para transmitir m cada nó, tem que esperar toda a mensagem chegar antes de encaminhá-la 35 36
Comutação de Pacotes Comutação de Pacotes B B 3AC 2AC 1 AC A D 3AC A 1 AC D É necessário um cabeçalho em cada pacote para identificação de endereço de origem e de 2B destino 1B C Cada pacote pode ser roteado de forma independente 2AC 2B 1B C 37 38 Comutação de Pacotes Comutação de Pacotes B 1B 2B B 2B 1B A D A D Os pacotes podem chegar fora de seqüência no destino C Necessidade de seqüenciar no destino C 1 AC 3AC 2AC 3 AC 2AC 1AC 39 40
Tempo de Processamento e nfileiramento Comutação de Pacotes Não há necessidade de estabelecimento de conexão ndereçamento necessário em todos os pacotes etardo de transferência é uma variável aleatória. ota pode mudar ao longo da conversação. 41 42 Pergunta: Comutação de Circuitos A Comutação de Pacotes é uma boa opção para tráfegos sensíveis a atrasos e suas variações Canais dedicados durante o tempo de existência da conexão etardo Constante Continuidade da Informação Desperdícios se o tráfego não é Constante 43 44
Comutação de Pacotes Formato Geral de Pacotes Utilização do meio de acordo com a demanda Destino Origem Seq Informação vita desperdícios da Comutação de Circuitos para tráfego em rajadas etardo é uma variável aleatória Cabeçalho ou Overhead Parte útil ou Payload Na presença de tráfego contínuo, torna-se difícil manter a continuidade da informação (necessita controles especiais) Poderia haver mais overheads: Segurança, prioridade etc. 45 46 ede Geograficamente Distribuída ede Geograficamente Distribuída oteamento Armazenamento Detecção de erros de transmissão etransmissão Seqüenciação 47 48
ede Geograficamente Distribuída De 1950 a 1970 vários estudos foram conduzidos sobre redes geograficamente distribuídas de computadores. O mais significativo em termos de impacto foi, provavelmente, a APANT, colocada em funcionamento em setembro de 1969. Inicialmente, a APANT se utilizava de linhas diretas, ponto a ponto, convencionais entre equipamentos internos da rede (chamados roteadores). edes Geograficamente Distribuídas Ao longo da das décadas de 1970 e 1980, surgiram várias outras redes importantes baseadas na idéia de comutação de pacotes. Passou a se tornar então interessante, ao invés de se fazer ligações diretas entre os roteadores, aproveitar essas redes já existentes para interligar esses equipamentos. 49 50 1 2 3 4 5 51 52
Custo de Comunicação levado Circuitos para satélite nlaces de microondas Cabos de longa distância 1 3 2 DS PÚBLICAS 4 5 edes Geograficamente Distribuídas 53 54 1 2 1 2 3 3 4 5 LAN 5 55 56
57 3 1 4 5 2 58 3 1 4 5 2 59 3 1 4 WAN 2 60 3 1 4 5 2
1 2 1 2 3 D D BACKBON 4 5 4 5 61 62 LANs, WANs e a Internet LANs e WANs WANs e a Internet A Internet, Intranets e xtranets LANs WANs stendem-se por pequenas áreas geográficas Interconectam os dispositivos finais Administradas por uma única empresa Interconectam LANs ou outras WANs mas também podem oferecer acesso direto a terminais de usuários o Podem conter redes inteiras que servem como backbone para a interconexão de outras redes Administradas por vários prestadores de serviço A Internet Grupo mundial de de redes interconectadas Não pertence a indivíduos ou grupos Intranets e xtranets 63 64
WANs e a Internet Conexões com a Internet Tecnologias de Acesso à Internet DSL (Digital subscriber line, linha digital do assinante) de banda larga WANs sem fio Serviços móveis Linhas alugadas Metro thernet Tipos de Conexões com a Internet esidências e Pequenos scritórios Negócios Topologias para LANs 65 66 Topologias para LANs Topologias mais usadas em edes Locais (e algumas Metropolitanas) Procuram evitar os problemas mais complexos das topologias que demandam grandes investimentos em operação e manutenção o vitam, por exemplo, roteamento Barra Anel strela 67 68
Topologia em Barra Barra 69 70 Barra Topologia em Anel Fisicamente opera em Broadcast (Difusão) ndereçamento criado (em um nível superior de abstração) para permitir Unicast O Broadcast é trivial de implementar o ndereço special No padrão I 802 = FF FF FF FF FF FF xiste Modo spião ou Modo Promíscuo Possibilidade de Colisão Necessidade Controle de Acesso ao Meio (Medium Access Control MAC) 71 72
Anel Anel com epetidor Interno Interface do Anel 73 74 Anel com epetidor xterno elés de Bypass Interface do Anel stação em Falha stação Ativa 75 76
Interface do Anel Anel Do Anel Para o Anel Do Anel Para o Anel Do Anel Para o Anel Pela forma de utilização, opera em Broadcast (Difusão) ndereçamento criado (em um nível superior de abstração) para permitir Unicast O Broadcast de informação é trivial de implementar o ndereço special No padrão I 802 = FF FF FF FF FF FF xiste Modo spião ou Modo Promíscuo Possibilidade de transmissão em momentos inoportunos Necessidade Controle de Acesso ao Meio (Medium Access Control MAC) Modo Bypass Modo scuta Modo Transmissão 77 78 Concentrador Duplo Anel com Concentradores epetidor 79 80
Duplo Anel com Concentradores Duplo Anel com Concentradores Anel Secundário Anel Secundário FALHA Anel Primário epetidor Anel Primário 81 82 Duplo Anel com Concentradores Topologia em strela Anel Secundário FALHA Anel Primário 83 84
strela strela A B A B F C F C D D 85 86 strela strela A B A B F C F C D D 87 88
PABX strela Private Automatic Brach exchange Centrais privativas para telefonia o Tradicionais operam com comutação de circuitos A B F C D 89 90 Anel-strela: Concentrador Barra-strela: HUBS Topologia Lógica Anel Topologia Física strela 91 92
Hub = epetidor Mutiporta Múltiplos Concentradores Sinal transmitido em uma porta qualquer gera repetição em todas as demais Ligação entre stação e Hub é half-duplex Modelo de uma barra: somente uma única transmissão válida por vez o Possibilidade de colisões Pela sua simplicidade, normalmente hubs são plug-and-play e dispensam qualquer configuração (ou até mesmo qualquer software embarcado). 93 94 Hubs, Concentradores e Switches Switch Hub ou Switch Múltiplos caminhos internos e buffers Possibilidade de várias transmissões simultâneas nlaces full-duplex entre estação e switch Costumam permitir configuração e gerência têm software para uma série de funções importantes m muitos casos (fabricantes), contêm SO e comandos próprios de configuração 95 96
Hubs e Switches WLANs Veremos mais sobre a evolução e diferenças entre esses equipamentos quando discutirmos os vários equipamentos de interconexão epetidores, pontes, hubs, roteadores, switches, gateways etc. Wireless LANs 97 98 Perguntas? OBIGADO Prof. Sérgio Colcher colcher@inf.puc-rio.br 99