Redes de Computadores Topologias de Rede Conceitos sobre LAN, MAN, WAN Tecnologia Ethernet Tecnologias Wireless Módulo 2 Quais as topologias disponíveis? Onde são utilizadas? Quais as limitações envolvidas? Prof. Engº Ricardo Luís Rodrigues Peres Topologias das Redes O Avanço das Redes Rede Local (LAN) barramento estrela Sistema Campus (CAN) Rede Metropolitana (MAN) anel malha Árvore ou hierárquico Rede de longa distância (WAN) O Avanço das Redes Os principais dispositivos ou equipamentos ativos utilizados em uma rede local são: Repetidores ou Bridges Hubs Switches Roteadores Estes equipamentos serão estudados no próximo módulo. LAN - Local Area Network Uma LAN é um ambiente de rede que conecta computadores e dispositivos de rede dentro de um mesmo prédio, seja em uma única sala ou em um conjunto de salas e ente andares do prédio. Pode interligar prédios próximos, sendo esta parte da estrutura chamada de Sistema Campus (CAN) Refere-se, portanto, a uma combinação de hardware, software e mídia de transmissão em um espaço geográfico relativamente pequeno. As LANs não utilizam nem o cabeamento e nem os serviços das empresas de telecomunicações. => a exceção hoje está no acesso à Internet 1
Ambiente LAN típico LAN - Local Area Network Servidores de Arquivos 100 a 1000 Mbps Switch Router 10 Mbps Switch Switch Print Server ATM impressora 100 Mbps ( UTP 100 base-t ) As principais características da LAN são: A rede se refere a uma combinação de hardware (equipamentos), software (protocolos e S.O.) e mídia de transmissão (cabos) relativamente simples. As LANs trabalham com vários computadores (normalmente PCs) que têm acesso a um mesmo tipo de meio de comunicação (cabeamento) em grande velocidade (grande largura de banda). Fornece acesso em tempo integral aos serviços e equipamentos localmente disponíveis. CAN - Campus Area Network Uma CAN é uma rede que interliga Redes Locais dentro de um mesmo terreno, a distâncias de até 2 ou 3 km, ou seja, prove a conectividade entre prédios próximos dentro de uma mesma área. Uma CAN não utiliza o cabeamento ou os serviços das empresas de telecomunicações. Nas normas de Cabeamento Estruturado está descrita como parte da estrutura de cabeamento adotada e é identificada como Sistema Campus (Campus Backbone) Na prática, é uma extensão do conceito de Rede Local - LAN. MAN - Metropolitan Area Network MAN é uma rede em ambiente externo, cujas distâncias entre os pontos conectados não excedem a 10 ou 20 km; Conecta sites ou redes locais dentro de uma mesma área metropolitana; Normalmente utiliza serviços públicos de uma empresa de telecomunicações, mas podem ser utilizados meios de transmissão próprios, tais como WIRELESS (links a laser ou por rádio-freqüência) e Fibras Ópticas. WAN Wide Area Network Uma WAN conecta redes de diferentes localidades com distâncias entre si variando em até milhares de km, oferecendo conectividade em âmbito regional, nacional ou internacional. A infra-estrutura normalmente é fornecida pelas operadoras de telecomunicações de longa distância, através de equipamentos e protocolos específicos. Nosso principal exemplo é a Internet. WAN Wide Area Network As principais características da WAN são: Opera além do escopo geográfico local da LAN. Usa os serviços de concessionárias regionais e de longa distância, através de tecnologias específicas para cada necessidade. Isto implica em conexões seriais de vários tipos, assegurando a largura de banda desejada ou disponível em cada área geográfica. A escolha da tecnologia sofre forte pressão da relação preço do serviço versus largura de banda requerida 2
WAN Wide Area Network Os principais dispositivos da WAN são: Roteadores -- oferecem muitos serviços, incluindo portas para interface com a WAN e de internetworking Switches podem conectam-se na largura de banda de WAN para a comunicação por voz, dados e vídeo (ATM) Modems - fazem interface dos serviços de voz; a interface com os serviços T1/E1; e com os serviços de Linha de Assinante Digital (xdsl) Servidores de comunicação -- concentram as comunicações do usuário e administram os acessos à rede externa e validam os que vêm da rede externa. WAN Wide Area Network Padrões WAN: ITU-T - lnternational Telecommunication Union- Telecommunication Standardization Sector ISO - International Organization for Standardization IETF - lnternet Engineering Task Force EIA - Electronic lndustries Association Incluem também várias interfaces de conexão e protocolos. WAN Wide Area Network Exemplos de Tecnologias WAN: Serviços comutados por circuito: Narrowband ISDN (Integrated Services Digital Network): O RDSI em banda estreita Serviços comutados por pacotes: X25, Frame Relay Serviços comutados por células: ATM (Asynchronous Transfer Mode) Serviços digitais dedicados (T1,T3 e E1,E3) xdsl (Digital Subscriber Line e família) SONET (Synchronous Optical Network) Redes Locais Crescimento das LANs no mercado A tecnologia de rede local evoluiu rapidamente tanto em velocidade como em confiabilidade e performance. O custo desta tecnologia caiu muito, barateando a conexão dos computadores, que também diminuíram de preço no mesmo período. Passa a ser utilizada em diferentes ramos de atividades: indústrias, bancos, hospitais, comércio, órgãos governamentais, transportes, etc. As tecnologias de Rede Local As três tecnologias de LAN cabeada mais utilizadas no mundo possuiam características bastante distintas, cada uma delas baseada em sua própria topologia física, topologia lógica e meios físicos (cabos e conectores). Ethernet (usada até hoje!) Token-Ring FDDI Falaremos sobre cada uma delas! NORMAS IEEE (Aplicáveis a LAN) O IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) é uma organização norte americana responsável por desenvolver padrões e, neste particular, normas para a arquitetura de redes locais. Fundado em 1884 com o propósito de desenvolver teorias e práticas nos campos de engenharia elétrica. Mais tarde, passou a atuar nos campos de engenharia eletrônica e computacional. 3
NORMAS IEEE (Aplicáveis a LAN) A Série IEEE/802.X - ISO/8802.X Em 1985, o comitê do Computer Society's Project 802 do Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) publicou uma série de padrões para as camadas Física e de Link de Dados (ou Enlace) do modelo OSI, os quais foram adotados pelo ANSI (American National Standard Institute). Esses padrões foram também revisados e publicados pela ISO, onde são chamados de protocolos ISO 8802. NORMAS IEEE (Aplicáveis a LAN) Desativada Desuso Desativada Desativada Desuso Resumo de Protocolos IEEE 802.X: IEEE 802.2 Implementação de protocolos IEEE 802.3 Especificações de Ethernet IEEE 802.4 Redes Industriais IEEE 802.5 Especificações Token-Ring IEEE 802.6 Implementações de MAN IEEE 802.9 Transmissão de dados baixa veloc. IEEE 802.11 Implementações Wireless-WIFI IEEE 802.12 Implementações 100VG-AnyLAN IEEE 802.16 Implementações Wireless-WIMAX O padrão de protocolo Ethernet tornou-se a tecnologia de LAN mais utilizada em todo o mundo. Desenvolvido pela Xerox, DEC e Intel em 1972, com uma largura de banda de 1 Mbps, foi disponibilizado ao mercado gratuitamente. Mais tarde, foi padronizado pelo IEEE na velocidade de 10 Mbps. A primeira aplicação comercial de LAN Ethernet foi em topologia de barramento, utilizando cabo coaxial. O custo de instalação, manutenção e gerenciamento é relativamente baixo. Pode operar com vários tipos de meios físicos: par trançado, fibra óptica e rede sem fio. Topologias Topologia BARRAMENTO: Inicialmente: 10BASE-5 - Cabo coaxial grosso - Yellow Cable Utilização de transceiver - Vampiro Evolução: 10BASE-2 - Cabo coaxial fino - Cheapernet Quanto maior o número de nós, maior era a quantidade de conexões e de problemas no cabeamento Hoje os cabos coaxiais estão excluídos das normas de cabeamento! Exceto em TV Topologias Topologia física em ESTRELA: Padrões 10 Base-T, 100 Base-TX, 10 Base-FL, 100 Base-FX Cabos UTP, par trançado sem blindagem, nas categorias 5E e 6-4 Pares (só usa 2 pares) e Fibras Ópticas MM. Topologia lógica: barramento Utilização de dispositivos de conexão conhecidos por hub e switch 4
ALT 1 MEDIA EXPANSION 1 SEGMENT 1 SEGMENT 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 SEGMENT 3 19 20 21 22 23 24 COLLISION/ M ODE 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11 10 12 SERIAL 13 15 LINK/PARTITION STATUS 17 14 16 18 19 20 /SEGMENT CONFIGURATION 21 23 22 24 M ODE 1 - BACKPLANE M ODE 2 - LINK M ODE 3 - PARTITION Net Worth Series 3000 TM Topologia Vantagens (topologia física em estrela) baixo custo de mão de obra e material para manutenção e gerenciamento da rede: facilidade de identificação e correção de falhas físicas no sistema de cabeamento facilidade de manutenção nas estações melhor organização do ambiente de rede redução do tempo de parada da rede devido a problemas físicos isolamento do sinal elétrico entre as estações de trabalho O padrão ETHERNET 10 Mbps Estrutura de frame Ethernet Interfaces de rede cabos UTP - 100 ohms Hub - concentrador conectores 10 base - 2 ( 185m ) 10 base - 5 ( 500m ) 10 base - T ( 100m ) 10 base - FL ( 2000m ) O endereço padronizado pelo Ethernet vem gravado na placa de rede e permite que as estações de trabalho se reconheçam e enderecem mensagens. Gargalo de rede ou Bottleneck ponto de gargalo Protocolo de Controle de Acesso ao Meio MAC (Media Access Control) CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) A lógica para transmissão das mensagens é definida pelo padrão CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection conexões com várias estações 5
ALT 1 MEDIA EXPANSION SEGMENT 1 SEGMENT 2 SEGMENT 3 COLLISION/ M ODE 1 2 3 1 3 5 2 4 6 SERIAL 7 9 11 13 15 17 8 10 12 14 16 18 LINK/PARTITION STATUS /SEGMENT CONFIGURATION 19 21 23 20 22 24 M ODE 1 - BACKPLANE M ODE 2 - LINK M ODE 3 - PARTITION Net Worth Series 3000 TM ALT 1 MEDIA EXPANSION 1 SEGMENT 1 SEGMENT 2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 SEGMENT 3 19 20 21 22 23 24 COLLISION/ M ODE 1 2 3 1 3 5 7 9 11 SERIAL 13 15 17 2 4 6 8 10 12 14 16 18 LINK/PARTITION STATUS 19 20 /SEGMENT CONFIGURATION 21 23 22 24 M ODE 1 - BACKPLANE M ODE 2 - LINK M ODE 3 - PARTITION Net Worth Series 3000 TM Congestionamento de mensagens Excesso de tráfego => gargalo na rede (colisões) associado ao grande número de mensagens dos usuários. Como sanar os problemas de gargalo na rede? 1ª alternativa de solução: Segmentação direta por meio de placas de rede instaladas no servidor, limitada ao número de slots disponíveis no servidor. 2ª alternativa de solução: Aumentar a velocidade de transmissão das mensagens, conseguindo, com isto, maior performance Segmentando a Rede DIVISÃO DO TRÁFEGO conexãocom o servidor segmentado complacasde rede e HUB s segmento 1 segmento 2 Padrões diferenciados Redes Locais Fast Ethernet Fast Ethernet 10 Mbps Ethernet 100 Mbps Conexão Servidor-HUB com um padrão que proporcione uma maior largurade Banda 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 conexões com várias estações Fast Ethernet (100BaseT) A tecnologia Fast Ethernet (100BaseTX) é uma versão de 100 Mbps da popular Ethernet 10BaseT, e foi adotada pelo IEEE como nova especificação em maio de 1995. Essa tecnologia foi oficialmente denominada de padrão IEEE 802.3u e é um padrão suplementar ao já existente, o IEEE 802.3. Redes Locais Fast Ethernet 10 vezes mais rápido FAST-ETHERNET - topologia Suporta três meios físicos diferentes: 100 BASE TX - 2 pares UTP (cat. 5) ou STP 100 BASE FX com 2 fibras ópticas (full-duplex) Opera em banda base - PCM em codificação Manchester Mas qual é a diferença entre Ethernet e Fast-Ethernet? Velocidade Ethernet : 1 bit time = 1 bit/10 MHz = 100 ns Fast Ethernet: 1 bit time = 1 bit/100 MHz = 10 ns 6
Redes Locais Gigabit Ethernet: + velocidade 1990 Ethernet 10Base-T 1995 Fast Ethernet 100 Base-TX - 802.3u 1996 Gigabit Ethernet 1000BaseT - 802.3z GEA - Gigabit Ethernet Alliance extensão da Ethernet e Fast Ethernet, mas com padrão de sinais elétricos diferenciado pode rodar em cabos ópticos e metálicos (Cat.5E e Cat.6) Redes Locais Gigabit Ethernet Mesmo padrão MAC utilizado pelo Ethernet de 10Mbps e de 100Mbps para acessar o meio físico: CSMA/CD operação em full-duplex => usa os 4 pares O Gigabit Ethernet é apontado como o padrão para a ligação entre os servidores. É preciso se ter atenção para utilização de material categoria 6 (recomendado) Gigabit Ethernet - topologia Redes Locais Gigabit Ethernet O padrão IEEE 1.000BaseT Cada seção opera a 250 Mbps com 2 bits por símbolo, com uma taxa de 125 Msímbolos/s. O throughput (vazão) total é de 250 Mbps x 4 pares, que é igual a 1.000 Mbps ou 1 Gbps. CLOCK 1000 base T - 100m cat.6 1000 base SX - 275m MMF 1000 base LX - 550m MMF 1000 base LX - 5000m SMF binário 2 níveis binário 4 níveis 11 10 01 00 0 1 1 0 0 1 0 Padrão 10 Gigabit Ethernet O grupo intitulado HSSG (Higher Speed Study Group), foi criado para estudar velocidades superiores a 1Gbps. Estudos levaram à viabilidade do 10 Gbps Ethernet conhecido como 10 GE, como suporte a aplicações em MAN, WAN e LAN sobre fibras ópticas. Os principais objetivos do grupo (HSSG) foram os seguintes : Preservar o formato do frame 802.3 ; Preservar o tamanho mínimo e máximo do frame ; Suportar somente operações em full-duplex ; Suportar topologias em estrela ; Prover suporte a distâncias como : - 02 Km, 10 Km e 40 Km sobre fibras SM ; - 100m sobre fibras MM (62,5/125); - 300m sobre fibras MM ( 50/125 ). Padrão de meios físicos Meio físico: canal por onde trafegam as informações na rede Cabo UTP: cat. 5E ou cat. 6 CM ou CMR fibras ópticas multimodo 62,5/125 micron ou 50/125 micron fibras ópticas monomodo 9/125 ou 8/125 micron Sistemas de comunicação sem fio wireless em tecnologias WIFI e WIMAX 7
Redes sem fio => operam como as redes locais convencionais (mesmos protocolos) Viabilizam o acesso aos servidores e aos demais equipamentos da rede sem o uso de cabos: Infravermelho, LASER ou RF (Rádio-freqüência) Ainda apresentam variadas taxas de transmissão, a depender da tecnologia adotada. IEEE 802.11: WIFI - Wireless Fidelity LAN O funcionamento do 'Wi-Fi' é simples. Para se ter acesso à Internet através de uma rede Wi-Fi (também conhecida como Wlan) deve-se estar na área de cobertura de um ponto de acesso (normalmente conhecido por hotspot e que pode estar em local público ou privado) e usar um dispositivo móvel, como um computador portátil, um Table PC ou um PDA (assistente pessoal digital) com capacidade de comunicação Wireless. IEEE 802.11: WIFI - Wireless Fidelity LAN Os pontos de acesso do Wi-Fi (hotspots) são distribuídos dentro dos prédios e têm alcance limitado: o sinal só alcança 100 metros, em média, a uma velocidade máxima de até 11 Mbps. Acontece que o acesso e a velocidade dependem de uma série de fatores e, geralmente, não se chega a esse valor. Um roteador genérico de Wi-Fi permite a cobertura de 45m em ambiente interno e cerca de 90m externo. Para distâncias maiores, é preciso criar redes de múltiplos pontos de acesso. IEEE 802.11 a: Padrão wi-fi para freqüência 5Ghz com capacidade teórica de 24Mbps (em desuso). IEEE 802.11 b: Padrão wi-fi para freqüência 2,4 Ghz com capacidade teórica de 11Mbps. É o mais usado! Este padrão utiliza DSSS (Direct Sequency Spread Spectrum Seqüência Direta de Espalhamento de Espectro) para diminuição de interferência. IEEE 802.11 g: Padrão wi-fi para freqüência 2,4 Ghz com capacidade teórica de 54Mbps. IEEE 802.11 i: Wi-Fi Protected Access (WPA e WPA 2) padrão de segurança. A tecnologia WiMax (IEEE 802.16) se encaixa na categoria de WMAN (wireless metropolitan area network) e promete levar acesso de alta velocidade a equipamentos mais remotos (conceito de "last mile ). Qualquer pessoa em qualquer lugar, através de diversos tipos de aparelhos (desktop, notebook ou handheld), poderá acessar a web em alta velocidade. A transmissão do sinal WiMax é bem parecida com a de um telefone celular. Um torre central envia o sinal para várias outras torres espalhadas e, estas, multiplicam o sinal para chegar aos receptores. Em condições ideais o sinal alcança um raio de até 50 km e velocidade de 75 Mbps. 8
A transmissão do sinal WiMax é bem parecida com a de um telefone celular. Um torre central envia o sinal para várias outras torres espalhadas e, estas, multiplicam o sinal para chegar aos receptores. Em condições ideais o sinal alcança um raio de até 50 km e velocidade de 75 Mbps. As empresas-líderes na tecnologia são Intel, Airspan Networks, Alvarion, AT&T, Aperto Networks, British Telecom, Fujitsu, KT Corp, Samsung, Sprint Nextel, Wi-LAN e ZTE Corporation. Alguns detalhes técnicos do WiMax WiMax vem de Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidade mundial para acesso de microondas). O nome é a "máscara" da definição técnica da norma 802.16a, um novo padrão sem fio que foi aprovado em janeiro de 2005 no WiMax Forum, que reuniu mais de 60 companhias do setor. Grande largura de banda: uma estação-base pode permitir simultaneamente o acesso de mais de 60 empresas com conectividade do tipo T1/E1 ou centenas de residências com conexões DSL. As empresas-líderes na tecnologia são Intel, Airspan Networks, Alvarion, AT&T, Aperto Networks, British Telecom, Fujitsu, KT Corp, Samsung, Sprint Nextel, Wi-LAN e ZTE Corporation. Alguns detalhes técnicos do WiMax Independência de protocolo: pode transportar IP, Ethernet, ATM e outros. Serviços agregados: pode transmitir Voz sobre IP, dados, vídeos, etc. Compatibilidade: é compatível com as antenas de telefonia de terceira geração (chamadas de "antenas inteligentes") que, graças à emissão de feixe demarcado, apontam constantemente ao receptor, mesmo que em movimento. Os visionários dizem que se poderá dividir a história da internet em antes e depois do WiMax. Antes, as pessoas só podiam acessar a internet através de pontos físicos pré-estabelecidos, como cyber-cafés, salas de aeroporto com cobertura Wi-Fi ou através do computador residencial. Depois do WiMax, as pessoas poderão acessar a web a partir de qualquer lugar: no camping, na rodovia, no sítio ou no Cristo Redentor! Uma variante da tecnologia wireless está sendo bastante empregada em sistemas de telefonia FIXA e em acessos a INTERNET via rádio. Enquadra-se no conceito de LAST MILE (última milha) e é conhecida por WLL ou WIRELESS LOCAL LOOP. Wireless Local Loop Uma outra aplicação consiste na implementação de um sistema de distribuição de dados do tipo ponto-amultiponto, ou seja a partir de um ponto central, que possui acesso a INTERNET, é oferecida, por meio de uma antena OMNI-DIRECIONAL, banda de acesso para ser compartilhada por várias LAN s, formando assim uma MAN. Esta solução normalmente é oferecida por um provedor para condomínios de casas ou grupo de pequenas empresas. 9
Links a laser Os enlaces a laser, como opção para o wireless, permitem a transmissão de sinais entre 2 pontos a distâncias da ordem de 1500m, sem a necessidade da instalação de cabos ou reserva de espectro de freqüência. As velocidades são compatíveis com o padrão ethernet (10Mbps) e o link inclui conversores eletro-óptico e optoelétrico, e telescópios transmissor e receptor de alta resolução. São normalmente usados em área externa, interligando LANs existentes dentro dois prédios e onde não seja possível passar os cabos ópticos. The State of the Art Padrão 10Base-T - 10 Mbps UTP utilizado em pequenas redes ou no usuário final departamental que não tenha requisitos especiais. Fast Ethernet - 100Base-T - 100 Mbps - para redes de melhor desempenho e em sistema primário (ligação sala de usuário CPD). Gigabit Ethernet - 1 Gbps interligação entre servidores e switches no CPD, ou ligação entre o switch central e os switches departamentais (sistema primário). Recomenda-se o uso de equipamentos do tipo SWITCH nas redes locais. Surge a especificação 10 Gigabit 10 Gbps Redes de Computadores Conceitos sobre LAN, MAN, WAN Tecnologia Ethernet Tecnologias Wireless Módulo 2 Prof. Engº Ricardo Luís Rodrigues Peres 10