Introducao Redes Computadores

8/2/2019 Introducao Redes Computadores

1/87

INTRODUO A REDES DECOMPUTADORES.

Ronei Ximenes Martins

Varginha Minas Gerais

2002


2/87


3/87

1

NDICE ANALTICO.

APRESENTAO. ...............................................................................................................................................................................................4

1 INTRODUO................................................................................................................................................................................................6

2 HISTRIA DAS REDES.............................................................................................................................................................................7

2.1 EVOLUO DAS REDES DE COMUNICAO. .....................................................................................................................7

2.2 EVOLUO DOS SISTEMAS DE COMPUTAO. ................................................................................................................9 3 CONCEITOS BSICOS. ..........................................................................................................................................................................12

3.1 OBJETIVOS DE UMA REDE DE COMPUTADORES. .............................................................................................................12 3.1.1 - COMPARTILHAMENTO DE RECURSOS. .....................................................................................................................12 3.1.2 AUMENTO DA CONFIABILIDADE. ................................................................................................................................12 3.1.3 REDUO DE CUSTOS. ........................................................................................................................................................12 3.1.4 ESCALABILIDADE....................................................................................................................................................................12 3.1.5 COOPERAO. ..........................................................................................................................................................................12

3.2 PARMETRO DE COMPARAO PARA A IMPLANTAO DE REDES DE COMPUTADORES. ..................12 3.2.1 CUSTO. ...........................................................................................................................................................................................13 3.2.2 CONFIABILIDADE. ..................................................................................................................................................................13 3.2.3 DESEMPENHO............................................................................................................................................................................13 3.2.4 MODULARIDADE.....................................................................................................................................................................14 3.2.5 COMPATIBILIDADE. ..............................................................................................................................................................14

4 O HARDWARE DE REDE ......................................................................................................................................................................15

4.1 TECNOLOGIA DE TRANSMISSO. ............................................................................................................................................15 4.1.1 ARRANJOS TOPOLGICOS. ...............................................................................................................................................17

4.1.1.1 - TOPOLOGIA EM ESTRELA. ......................................................................................................................................18 4.1.1.2 - TOPOLOGIA EM ANEL. ...............................................................................................................................................19 4.1.1.3 - TOPOLOGIA EM BARRA. ...........................................................................................................................................20 4.1.1.4 - OUTRAS TOPOLOGIAS. .............................................................................................................................................20 4.1.1.5 - TOPOLOGIA FSICA X TOPOLOGIA LGICA. ..............................................................................................21

4.2 ESCALA: CATEGORIAS DE REDES. ..........................................................................................................................................22 4.2.1 REDES LOCAIS (LANs - Local Area Networks). .........................................................................................................22 4.2.2 REDES METROPOLITANAS (MAN - Metropolitan Area Network). ....................................................................23 4.2.3 REDES GEOGRATICAMENTE DISTRIBUIDAS (WANs - Wide Area Networks). .......................................23 4.2.4 REDES SEM FIO (Wireless Networks). ............................................................................................................................24

4.3 - SUPORTES DE TRANSMISSO.....................................................................................................................................................24 4.3.1 - PAR DE FIOS TRANADOS (PAR TRANADO - UTP). .......................................................................................24 4.3.2 - CABO COAXIAL. .......................................................................................................................................................................26 4.3.3 - FIBRA TICA. ..............................................................................................................................................................................27 4.3.4 - REDES SEM FIO (RADIODIFUSO). ...............................................................................................................................27 4.3.5 - QUADRO COMPARATIVO DOS MEIOS DE TRANSMISSO. ...........................................................................28 4.3.6 QUADRO COMPARATIVO ENTRE OS PADRES ETHERNET / FAST ETHERNET / GIGABITETHERNET ..................................................................................................................................................................................................28

4.4 COMPONENTES DE CONEXO. ................................................................................................................................................29 4.4.1 REPETIDORES. ...........................................................................................................................................................................29 4.4.2 PONTES. .........................................................................................................................................................................................30 4.4.3 ROTEADORES. ...........................................................................................................................................................................30 4.4.4 GATEWAYS. ................................................................................................................................................................................31

5 O SOFTWARE DE REDE. .......................................................................................................................................................................32 5.1 - HIERARQUIA DE PROTOCOLOS. ...............................................................................................................................................34 5.2 - DIFERENAS ENTRE SERVIO E PROTOCOLO. ...............................................................................................................35 5.3 QUESTES DE PROJETO RELACIONADAS S CAMADAS. ..............................................................................................35 5.4 - INTERFACES E SERVIOS. ............................................................................................................................................................36 5.5 - SERVIOS ORIENTADOS CONEXO E SEM CONEXO. ............................................................................................375.6 - PRIMITIVAS DE SERVIO. .............................................................................................................................................................38

6 ARQUITETURAS DE REDES...............................................................................................................................................................40

6.1 - A ARQUITETURA DO RM/OSI. .....................................................................................................................................................42 6.1.1 - AS CAMADAS DO RM-OSI. ..................................................................................................................................................44


4/87

2

6.1.1.1 - A CAMADA FSICA........................................................................................................................................................44 6.1.1.2 - A CAMADA DE ENLACE DE DADOS.................................................................................................................44 6.1.1.3 - A CAMADA DE REDE..................................................................................................................................................46 6.1.1.4 - A CAMADA DE TRANSPORTE..............................................................................................................................49 6.1.1.5 - A CAMADA DE SESSO. ..........................................................................................................................................55 6.1.1.6 - A CAMADA DE APRESENTAO.......................................................................................................................56 6.1.1.7 - A CAMADA DE APLICAO. .................................................................................................................................56

6.2 - O RM-OSI E AS REDES LOCAIS. ..................................................................................................................................................57 6.3 - O PADRO IEEE 802........................................................................................................................................................................57 6.4 - INTERCONEXO DE REDES LOCAIS. ......................................................................................................................................59 6.5 - A ARQUITETURA TCP/IP INTERNET. ...................................................................................................................................59

6.5.1 - AS CAMADAS DO TCP/IP. ....................................................................................................................................................60 6.5.1.1 - A CAMADA DE ACESSO REDE.........................................................................................................................61 6.5.1.2 - A CAMADA INTERNET. ...............................................................................................................................................61 6.5.1.3 - A CAMADA DE TRANSPORTE. ..............................................................................................................................62 6.5.1.4 - A CAMADA DE APLICAO.....................................................................................................................................62

6.5.2 ENDEREAMENTO IP. ..........................................................................................................................................................63 6.5.2.1 - REDES IP. ............................................................................................................................................................................65 6.5.2.2 - SUB-REDES IP. ................................................................................................................................................................65 6.5.2.3 - RESOLUO DE ENDEREOS IP EM ENDEREOS DE REDE.....................................................67

6.5.3 ROTEAMENTO IP. ....................................................................................................................................................................69 6.5.3.1 - ROTEAMENTO ESTTICO X ROTEAMENTO DINMICO .....................................................................72

6.5.4 FRAGMENTAO DE PACOTES IP. ..............................................................................................................................72 6.5.5 PROTOCOLOS DA CAMADA DE TRANSPORTE .....................................................................................................73

6.5.5.1 - PROTOCOLO UDP .........................................................................................................................................................74 6.5.5.2 - PROTOCOLO TCP ..........................................................................................................................................................75

6.5.6 PROTOCOLOS DA CAMADA DE APLICAO. .......................................................................................................77 6.5.6.1 PROTOCOLO DNS ........................................................................................................................................................77

6.6 - OUTROS EXEMPLOS DE ARQUITETURAS DE REDES. ...................................................................................................78

7 SISTEMAS OPERACIONAIS DE REDE. ........................................................................................................................................79

7.1 SISTEMAS CLIENTE/SERVIDOR E PEER-TO-PEER. .........................................................................................................80 7.2 SERVIDORES DEDICADOS. ..........................................................................................................................................................81

7.1.1 - SERVIDORES DE ARQUIVOS. ............................................................................................................................................81 7.1.2 - SERVIDORES DE IMPRESSO...........................................................................................................................................82 7.1.3 - SERVIDORES DE COMUNICAO. ................................................................................................................................82 7.1.4 - SERVIDORES GATEWAY. ....................................................................................................................................................82 7.1.4 - SERVIDORES DE MONITORAMENTO. .........................................................................................................................82

8 REFERNCIAS BIBLIOGRAFIAS ....................................................................................................................................................84


5/87

3

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Ilustrao do processo de comunicao.........................................................................................................................................................7Figura 2.2 Sala de C.P.D. com mainframes e terminais ................................................................................................................................................9Figura 2.3 (a) Terminal e (b) Microcomputador...........................................................................................................................................................10Figura 4.1 Tipos de tecnologia de transmisso................................................................................................................................................................15Figura 4.2 - (a) Sistema de transmisso ponto-a-ponto unidirecional; (b) modelo bidirecional.................................................................16Figura 4.3 - Topologias ponto-a-ponto: (a) estrela, (b) anel, (c) malha regular, (d) malha irregular e (e) rvore. ..............................17Figura 4.4 - Topologias das redes de difuso: (a) barramento e (b) anel................................................................................................................18Figura 4.5- Classificao de redes quanto a distncia fsica entre os ns. ..............................................................................................................22Figura 4.6 - Ligaes entre hosts e a sub-rede de comunicao .................................................................................................................................23Figura 4.7 Cabo Par tranado. ...................................................................................................................................................................................................25Figura 4.8 Conector RJ-45 e ferramenta de prensagem...............................................................................................................................................25Figura 4.9 Detalhe de (a) Cabo Coaxial de 50 ohms, (b) Conector BNC para ligao com interfaces e (c) terminador de

extremidades dos cabos................................................................................................................................................................................................26Figura 4.10 Detalhes de Cabos de Fibra tica. ...............................................................................................................................................................27Figura 4.11 - Atuao dos repetidores na arquitetura OSI ............................................................................................................................................29Figura 4.12 - Atuao das pontes na arquitetura O SI ......................................................................................................................................................30Figura 4.13 - Atuao dos roteadores na arquitetura OSI..............................................................................................................................................30Figura 4.13 - Atuao dos gateways na arquitetura OSI .................................................................................................................................................31Figura 5.1 - Filosofia das redes, ilustrada por um processo de relaes entre empresas. ..............................................................................32Figura 5.2 - Arquitetura hierarquizada em 4 camadas......................................................................................................................................................33

Figura 5.3 Comunicao virtual em uma arquitetura de rede.......................................................................................................................................34Figura 5.4 - Diferentes conceitos associados interface entre camadas................................................................................................................37Figura 5.5 Mapeamento das primitivas da uma conversao atravs do sistema telefnico. Os nmeros prximos

extremidade das setas fazem referncia s primitivas de servio utilizadas no exemplo anterior. ........................................39Figura 6.1 Cpia um esboo original do Projeto ARPA.................................................................................................................................................40Figura 6.2 - Mapa do Projeto ARPA em setembro de 1971.........................................................................................................................................41Figura 6.3 - Arquitetura de sete camadas do modelo OSI.............................................................................................................................................43Figura 6.4 - Ilustrao da comunicao no modelo OSI. ...............................................................................................................................................43Figura 6.5 TSAPs, NSAPs e conexes.................................................................................................................................................................................52Figura 6.6 Exemplo de estabelecimento de conexo entre hosts para acesso a um servidor de hora do dia. ................................53Figura 6.7 - Diferentes relaes entre conexo de Sesso e de Transporte: (a) correspondncia 1 a 1; (b) uma conexo de

Transporte para vrias sesses; (c) vrias conexes de Transporte para uma nica sesso. ....................................................55Figura 6.8 - Relao entre os padres RM-OSI e IEEE 802. ......................................................................................................................................58Figura 6.9 Camadas da arquitetura TCP/ IP em comparao com as camadas do RM-OSI ...................................................................61Figura 6.10 - Encapsulamento de dados na pilha TCP/ IP. ..........................................................................................................................................61Figura 6.11 - Processamento de uma requisio FTP atravs da arquitetura TCP/ IP ...................................................................................63Figura 6.12 - Representao de um endereo IP. ...............................................................................................................................................................63Figura 6.13 - Faixas de endereamento IP das classes adotadas pelo InterNIC...............................................................................................64Figura 6.14 - Exemplos de endereamento de mquinas situadas (a) na mesma rede e (b) em redes diferentes..............................65Figura 6.15 Constituio do endereo MAC....................................................................................................................................................................67Figura 6.16 (a) Exemplo do funcionamento do protocolo ARP. Inicio do envio da mensagem. .........................................................67Figura 6.16 (b) Exemplo do funcionamento do protocolo ARP. Envio de pacote ARP em difuso. ...............................................68Figura 6.16 (c) Exemplo do funcionamento do protocolo ARP. Resposta requisio ARP. ..............................................................68Figura 6.18 Roteamento de um datagrama IP por um roteador. ...........................................................................................................................70Figura 6.19 Exemplo de estrutura de rede incluindo trs roteadores (R). .........................................................................................................72Figura 6.20 Fragmentao do pacote IP. ............................................................................................................................................................................73Figura 6.21 Exemplo de fragmentao do pacote IP. ..................................................................................................................................................73Figura 6.22 - Multiplexao/ Demultiplexao realizada na camada de transporte...........................................................................................74Figura 6.24 Exemplo de conexo TCP................................................................................................................................................................................75

Figura 6.25 Fases de uma conexo TCP. ............................................................................................................................................................................76Figura 6.26 Mensagem TCP. .....................................................................................................................................................................................................77 Figura 6.27 - Servidores DNS estruturados hierarquicamente ....................................................................................................................................78Figura 6.28 O modelo de referncia da Novel NetWare............................................................................................................................................78Figura 7.1 Incluso do Redirecionador em um Sistema Operacional..................................................................................................................79Figura 7.2 Estrutura de um computador Cliente e de um Servidor Dedicado. ..............................................................................................80Figura 7.3 Relao entre os componentes de um NOS tpico e o RM-OSI. ...................................................................................................81Figura 7.4 - Exemplo de Rede Local Elementar.................................................................................................................................................................83


6/87

4

A P R E S E N T A O .

Esta publicao prope-se a ajudar voc a entender as redes de computadores, como funcionam e os conceitosbsicos necessrios para sua implantao e manuteno. Utilizada em conjunto com atividades prticas, ela o ajudar adesvendar o que acontece dentro dos cabos, equipamentos e programas. Considere que se voc entender a estruturabsica e o funcionamento de uma rede, poder ser um profissional mais eficiente.

Alm da formao bsica proposta, esta publicao pretende prepar-lo para estudos avanados do tema, emdisciplinas de cursos de graduao ou em cursos especficos e de ps-graduao. Os conhecimentos relacionados sredes de computadores so vastssimos e novas tecnologias surgem a cada dia. Considere esta publicao como sendo aporta de entrada para este mundo.

Alm de prover informaes, ela parte integrante de uma proposta metodolgica para o ensino de Redes deComputadores. Utilizada em conjunto com estudos de casos e atividades prticas, poder levar voc a exercitar,pesquisar e produzir seu prprio conhecimento. O caderno de atividades prticas e exerccios disponibilizado duranteo curso.

Na organizao deste trabalho foram utilizados textos publicados na Internet de diversos autores. Comoestamos na era da informao e do compartilhamento, no faria sentido reescrever contedos que j estoconsolidados e bem organizados, somente para descaracterizar a autoria de terceiros e tornar a obra indita.A inteno no reinventar a roda. Ento, considere este trabalho como sendo a organizao de contedos em umformato interessante para aqueles que esto iniciando o estudo das redes de computadores, principalmente em cursos degraduao ligados Informtica. Em vrios captulos existem trechos transcritos das publicaes obtidas. Para evitarcitaes repetitivas, nas referncias bibliogrficas esto indicadas as contribuies.

Da mesma forma que vrios dos captulos desta publicao receberam a contribuio voluntria de professoresque publicaram trabalhos na Internet de forma gratuita, esta obra est disponvel gratuitamente no formato digital.Porm, acredito que todo trabalho deve ser recompensado. Assim, gostaria de manter um registro de todos os queutilizarem esta publicao, produzida em muitas horas de trabalho. Com este registro ser possvel contabilizarquantas pessoas esto utilizando-a e obter contribuies para seu aperfeioamento.

Para registrar-se, solicito que faa uma contribuio de qualquer valor para a Instituio Filantrpicade sua preferncia, solicite um documento que comprove a contribuio e envie para o endereo indicado abaixocom os seguintes dados:

Nome Completo;Endereo Completo (incluindo CEP);Data de Nascimento;Sexo;Profisso (se trabalha);Curso que freqenta (se est estudando);Criticas e/ou sugestes sobre a obra.

Endereo para envio: Prof. Ronei Ximenes MartinsR. Cel. Jos Alves 256, Vila Pinto.37010-540 Varginha MG.

As informaes de todos os registros estaro disponveis no site www.ronei.varginha.br/registros.

Se preferir, voc pode fazer uma cpia digital do comprovante e enviar juntamente com os dados solicitados

para o e-mail [email protected] no assunto: Registro de Introduo Redes de Computadores.

Faa este gesto de boa vontade, contribua com algum que necessita e registre-se como usurio destapublicao. Obrigado.


7/87

5

I N S T R U E S P A R A U T I L I Z A O .

As informaes desta publicao no esto relacionadas a um tipo especfico de rede, a um produto ou modelode equipamento, elas esto relacionadas com os fundamentos que sustentam o funcionamento de todas as redes.

Para complementar os estudos, existe uma srie de atividades cujo objetivo principal criar motivao,incentivar a manipulao do contedo, refletir sobre questes tericas, demonstrar a aplicao dos fundamentos tericos

e fomentar a pesquisa por temas e conceitos no apresentados. Algumas destas atividades vo requerer o uso de umcomputador e, em alguns casos, de computadores ligados em rede. Assim, para tirar o maior proveito possvel, importante participar das atividades propostas no caderno distribudo no curso. importante tambm que voc tenhaacesso a uma rede local com protocolo tcp/ip.

Voc poder utilizar o presente trabalho de maneiras distintas:

1 Se voc obteve esta publicao, porm no freqenta o curso de redes que ministro, realize uma leituraseqencial dos captulos na ordem em que esto organizados, grifando o que considerar mais importante e os conceitosfundamentais de cada trecho. Aps a leitura, procure ter acesso a um ambiente de rede e busque realizar experimentosque comprovem os conceitos tericos envolvidos. Busque identificar componentes, suportes de transmisso, protocolos,componentes de conexo. Depois tente implantar uma pequena rede em TCP/IP, criando nmeros IP para cadamquina. Busque aplicativos que fazem anlise de protocolos (O Ethereal um bom aplicativo e gratuito). Tenteidentificar com o analisador, os protocolos que esto sendo utilizados na rede e os datagramas que esto trafegando. Setiver chance, instale duas placas de rede em um computador com Linux ou Windows NT. Isto permitir que vocconfigure rotas e teste o comportamento das pontes e roteadores.

2 Se teve acesso ao caderno de atividades do curso de redes que ministro, realize uma leitura seqencial doscaptulos na ordem em que esto organizados, grifando o que considerar mais importante e os conceitos fundamentaisde cada trecho. Aps toda a leitura, pode realizar o conjunto de atividades, buscando nos captulos as informaesrelacionadas a cada uma delas.

3 Se aluno do curso de redes que ministro, iniciar o estudo pelas atividades propostas, buscando no textoas informaes necessrias para realizar cada tarefa. Todas as atividades indicam o captulo ou captulos relacionados aela. Esta tcnica permitir um acesso mais dinmico e no seqencial aos contedos. Aps concluir cada atividade,dever realizar uma leitura dos captulos envolvidos, procurando recordar onde cada conceito ou tecnologia se encaixounas atividades propostas. As aulas tericas so um espao importante para sanar dvidas e propor novos estudos decasos.

importante salientar que as atividades propostas no caderno de atividades se relacionam com mais de umcaptulo e que este relacionamento no seqencial. Em alguns casos, parte das informaes dever ser pesquisada emoutras mdias. Isto proposital. Na aplicao prtica dos conhecimentos adquiridos, voc no vai encontrar problemashierarquicamente organizados, cuja soluo estar descrita em uma seqncia lgica com elaborao do mais simplespara o mais complexo. Ter que entender sua complexidade catica e dessec-los, utilizando tudo o que sabe ebuscando atravs da pesquisa o que no sabe.

Desejo que voc tenha uma utilizao produtiva deste material.

Um bom trabalho!Ronei Ximenes Martins.


8/87

6

1 I N T R O D U O .

Hoje a maioria dos computadores utilizados no trabalho, nas escolas e nos lares esto conectados em rede ecertamente voc j utiliza ou utilizar computadores interconectados.

As redes de computadores no surgiram como uma tecnologia nica e independente. Os sistemas em rededependem de muitos conceitos com os quais voc j est familiarizado. De fato, as redes modernas tm razes nosprimeiros sistemas de telefones e telgrafos. Assim os laos histricos relacionados s redes de comunicao so

utilizados aqui para ilustrar a tecnologia envolvida nas redes. Antes de conhecer e aplicar os conceitos e tecnologiasrelacionadas s redes de computadores, vamos conhecer um pouco da histria e da evoluo das redes de comunicaoe dos sistemas de computao.

Depois de navegar pela histria, vamos nos aprofundar nos aspectos relacionados ao hardware das redes. Astecnologias e suportes de transmisso sero detalhados e comparados. As diversas topologias e a categorizao dasredes sero estudadas. Os diversos componentes de conexo sero apresentados e sua aplicao estudada.

Conhecendo o hardware das redes, as questes relacionadas ao software de rede sero apresentadas. Ahierarquia e a descentralizao proposta pelos modelos em camadas, os modelo de referncia OSI, a construo deprotocolos, as interfaces e os servios sero analisados e detalhados.

Para complementar o estudo da base conceitual e com os princpios tericos que sustentam as tecnologiasintegradas nas redes de computadores, as Arquiteturas de Redes RM-OSI e TCP/IP sero detalhadas e analisadas mais

profundamente, principalmente as camadas Fsica, de Enlace e de Rede, que constituem a base do projeto e implantaode uma rede de computadores. Questes prticas relacionadas ao uso do TCP/IP tais como Endereamento IP, Sub-Redes IP, Roteamento e os protocolos UDP e TCP sero abordadas.

Encerrando, analisaremos a constituio dos Sistemas Operacionais de Rede, os conceitos relacionados aosmodelos Cliente/Servidor e Peer-to-Peer e os servidores dedicados. Neste ponto, j estaremos nos preparando para acomplementao do curso de redes, que seguir na segunda publicao abordando questes relativas a administrao egerncia, segurana, aspectos prticos relacionados instalao, configurao e manuteno de diversos servidores emsistemas operacionais diferentes. Mas at l, temos muito trabalho. Mos a obra.


9/87

7

2 H I S T R I A D A S R E D E S .

2.1 EVOLUO DAS REDES DE COMUNICAO.A comunicao um processo dialogal. Em um processo de comunicao, se produz intercmbio troca - de

informaes. Existe um emissor, um receptor e um meio de transmisso pelo qual a informao (ou mensagem) levada do emissor ao receptor. Qualquer interferncia que dificulte ou impea a troca de mensagens atravs do meio decomunicao considerada rudo. A figura 2.1 ilustra o esquema de um processo de comunicao.

Figura 2.1 Ilustrao do processo de comunicao.

A comunicao inerente sociedade humana. Conforme as sociedades foram ocupando espaosgeograficamente dispersos, a necessidade de comunicao atravs de longas distncias foi tornando-se mais intensa.

Emissor

Rece tor

Mensagem

Mensagem

Rece tor

Emissor

Emissor/Receptor

Emissor/Receptor

Mensagem

Emissor

Receptor

Receptor

Mensagem

Rudo

Emissor


10/87


11/87

9

esto compartilhadas e publicamente disponveis.

2.2 EVOLUO DOS SISTEMAS DE COMPUTAO.

Os primeiros sistemas de computadores eram muito grandes e caros. Um computador de grande porte(mainframe) tpico custava milhes de dlares e necessitava de uma rea de centenas de metros quadrados

especialmente preparada e com ar condicionado. Alm do hardware, os primeiros computadores precisavam deassessoria de tcnicos em tempo integral para mant-los funcionando. Os usurios organizavam as tarefas a seremprocessadas emjobs e o computador as processava em lote (batch). No havia nenhuma forma de interao direta entreusurio final e computador sendo que a rotina consistia em perfurar cartes, entrega-los a um operador qualificado eaguardar o recebimento de relatrios impressos com os resultados. O computador realizava tarefas, uma a uma,organizadas em uma fila de entrada.

Na dcada de 1960, o desenvolvimento de terminais remotos permitiu aos usurios acesso ao computadorcentral atravs de linhas de comunicao. Assim, o usurio final passou a ter um mecanismo de interao direta com ocomputador.

Nesta mesma poca, pela necessidade de otimizao do uso dos mainframes, nasceu o conceito de tempocompartilhado (time-sharing). Um sistema de tempo compartilhado permite que mais de um usurio - freqentementemuitas centenas - utilizem o mesmo computador ao mesmo tempo. O usurio final podia executar seus prpriosprogramas e cada usurio final interagia com o computador atravs de seu terminal. Os primeiros terminais demainframes eram unidades mecnicas semelhantes a uma mquina de escrever (teletipos). Por volta da metade dadcada de 1970, o terminal de vdeo (VDT) tinha substitudo os terminais de impresso em muitas aplicaes. . A figura2.2 ilustra um ambiente de CPD com mainframes e terminais;

Figura 2.2 Sala de C.P.D. com mainframes e terminais

Apesar dos custos envolvidos, milhares de empresas e universidades instalaram sistemas de grande porte nasdcadas de 1960 e 1970, sendo que muitos destes sistemas esto em uso at hoje.

A IBM, na poca, era lder no mercado e desenvolvia seu prprio sistema para conectar terminais aocomputador central. Entretanto, outros fabricantes (entre eles a Digital Equipment Corporation, Data General eHoneywell) utilizam a conexo RS-232C (uma forma de conexo serial) entre o computador central e os terminaisatravs de cabos. Os usurios que estivessem fora da rea de alcance dos cabos poderiam utilizar terminais equipadoscom modems para acessar o computador central.

Estas conexes permitiram que os terminais sassem da sala do computador central e fossem instalados sobreas mesas dos usurios finais. Esta realocao aparentemente simples teve um grande efeito sobre a forma de como aspessoas usavam os computadores. A permisso a centenas de usurios para que compartilhassem o mesmo computadorfez com que o custo por usurio casse vertiginosamente. De repente, tornava-se economicamente sensato utilizar o

computador para tarefas rotineiras como fazer a contabilidade, organizar o horrio de aulas e at mesmo processartextos. Antes do compartilhamento de tempo, o computador era de domnio de grandes corporaes, instituies depesquisa e universidades. Reduzindo o custo por usurio, os computadores de grande porte tornaram-se acessveis amuitas empresas de mdio e pequeno porte, organizaes governamentais e no governamentais e diversos tipos deinstituies.

Os computadores pessoais surgiram no final da dcada de 1970. Em muitos casos, estes computadores pessoaiseram comprados por mdias e grandes empresas, a maioria das quais j dispunha de um grande sistema de computao.No princpio, estes computadores eram utilizados como sistemas isolados para executarem aplicaes tais como Lotus1-2-3, Visicalc, ou WordPerfect. No era incomum se ver um escritrio com um computador pessoal na ponta de umamesa e um terminal de mainframe em outra. Em pouco tempo, estas mesmas companhias aprenderam que,


12/87

10

acrescentando um programa de comunicao ao computador pessoal, elas poderiam utilizar o computador como umterminal e economizar, alm um precioso espao na mesa, o custo de aquisio e manuteno do terminal. A figura 2.3apresenta um terminal de acesso remoto a mainframes (a) e um computador pessoal (b).

Assim, os computadores pessoais passaram a ser utilizados como ponto de acesso para o mainframe e comominicomputador. Em vez de colocar um computador pessoal e um terminal em cada mesa, muitas companhias retiraramseus terminais e os substituram por computadores. Com o software de comunicao adequado, um computador pessoalpode realizar todas as funes de um terminal. Na maioria dos casos, um computador pessoal com software decomunicao oferece mais do que o terminal.

Figura 2.3 (a) Terminal e (b) Microcomputador

Os softwares de comunicao utilizados para acessar computadores remotos so denominados Emuladores deTerminais. Alm de possuir as caractersticas originais do terminal eles oferecem transferncia de arquivos e muitosoutros recursos. Embora sejam designados para operar com modems, muitos programas proporcionam conexo diretaao mainframe, sistemas de minicomputadores ou outros computadores pessoais.

Embora o custo do hardware estivesse caindo, o preo dos equipamentos eletromecnicos ainda era alto. Pelarazo do custo, se justificava o uso compartilhado de perifricos tais como impressoras e unidades de armazenamentode dados. Assim, alm do tempo compartilhado, surge o conceito de compartilhamento de recursos.

A capacidade de troca de informaes tambm passou a ser explorada nos grandes sistemas que incluamcomputador central e terminais. As bases de dados passaram a ser compartilhadas e vrios usurios passaram a interagirdentro de um mesmo sistema aplicativo, trabalhando de forma cooperativa. Novos recursos surgiram ento, utilizando ainterconexo dos equipamentos como meio de compartilhamento da informao. Sistemas de correio eletrnico, rea dearmazenamento compartilhada para grupos de trabalho e quadro de aviso eletrnico passaram a fazer parte da rotina dosusurios.

Com o aumento do nmero de usurios e com a saturao do meio de comunicao entre terminais ecomputador central devido ao volume de informao circulando, a busca por solues para os problemas deperformance impulsionou os pesquisadores a criar novas arquiteturas que propunham distribuio e paralelismo comofora de melhorar o desempenho dos sistemas.

Fruto das propostas para novas arquiteturas, os Sistemas de Multiprocessadores Fortemente Acopladosforam idealizados para superar a limitao do modelo de Von Neumann1 de computao seqencial. Estes sistemasintroduzem a idia de sequncias mltiplas e independentes de instrues em um sistema composto por vrioselementos processadores compartilhando espao comum de memria.

Finalmente, o conceito de Sistemas de Processamento Distribudos elaborado. A idia aqui interconectar lgica e fisicamente uma srie de elementos de processamento para executar aplicaes (programas) deforma cooperativa sendo que o controle geral dos recursos envolvidos descentralizado. Nos Sistemas Distribudos oestado do sistema fragmentado em partes que residem em diferentes processadores e memrias, com a comunicaoentre as partes sujeita s variaes do meio de comunicao que as une.

1Jon Von Neumann: Matemtico Hngaro, idealizador da programao interna utilizada ainda hoje nos computadores, participou da construo de

primeiro computador eletrnico (projeto ENIAC - Electronic Numeric Integrator And Calculator) e posteriormente do EDVAC (Electronic DiscreteVariable Computer) onde foi aplicada a idia de programao interna que cria a possibilidade de armazenamento de programas, codificados de acordo comcertos critrios na memria do computador.


13/87


14/87

12

3 C O N C E I T O S B S I C O S .

Existe uma classificao para os sistemas com mltiplos processadores, organizados de acordo com tamanhofsico. No topo esto as mquinas de fluxo de dados, computadores altamente paralelos com vrias unidades funcionais,todas trabalhando no mesmo programa. Estes so os Sistemas de Multiprocessadores Fortemente Acoplados. Emseguida, vm os sistemas multiprocessadores, que se comunicam atravs de memria compartilhada. Estas so asMquinas de Arquitetura Distribuida. As redes de computadores esto aps os multiprocessadores, sendocomputadores que se comunicam atravs da troca de mensagens.

Como dito anteriormente, um Sistema Distribudo (SD) formado por um conjunto de mdulosprocessadores interligados por um sistema de comunicao. Mas um SD no deve ser confundido com uma rede decomputadores. Segundo alguns autores, SD so construdos para obteno de maior desempenho e confiabilidadeenquanto as redes de computadores so construdas para o compartilhamento de recursos. Outros autores incorporam asredes de computadores no conceito de SD, porm subdividindo-os em duas categorias: (1) Mquinas de ArquiteturaDistribuda e (2) Redes de Computadores.

Uma Rede de Computadores formada por um conjunto de mdulos processadores capazes de trocarinformaes e compartilhar recursos, interligados por um sistema de comunicao.

O sistema de comunicao vai se constituir de um arranjo topolgico interligando os vrios mdulosprocessadores atravs de enlaces fsicos (meios de transmisso) e de um conjunto de regras com o fim de organizar acomunicao (protocolos).

As redes foram feitas para o compartilhamento. Compartilhamento de arquivos de processadores de textos eplanilhas, impressoras, conexes com redes de computadores distantes alm de sistemas de correio eletrnico soalgumas das funes de uma rede.

3.1 OBJETIVOS DE UMA REDE DE COMPUTADORES.

3.1.1 - COMPARTIL HAM ENTO DE RECURSOS.O compartilhamento de recursos permite que programas, dados e perifricos e rea de armazenamento, entre

outros, estejam disponveis para qualquer um na rede, independentemente da localizao fsica do recurso e do usurio.

3.1.2 AUMENTO DA CONFIABILIDADE.Considerando-se que passa a existir redundncia de recursos disponveis, dependendo da forma como a rede

projetada e implementada a tolerncia a falhas ampliada consideravelmente, o que amplia a confiana no sistema..

3.1.3 REDUO DE CUSTOS.Computadores de pequeno porte tm uma razo preo/desempenho muito melhor do que os de grande porte.

Um mainframe pode ser vrias vezes mais rpido que o mais rpido microprocessador de um microcomputador, mascusta milhares de vezes mais. Esse desequilbrio fez com que muitos projetistas de sistemas construssem sistemasconstitudos de computadores pessoais potentes, um por usurio, com os dados guardados em uma ou mais mquinasservidoras de arquivos.

3.1.4 ESCALABI LIDADE.A possibilidade de aumentar o desempenho do sistema gradualmente, medida que cresce o volume de

trabalho, adicionando-se mdulos processadores permite um crescimento gradual e a distribuio dos custos ao longodo tempo.

3.1 .5 COOPERAO.Uma rede de computadores pode prover um meio de comunicao muito poderoso entre pessoas dispersas

geograficamente. Utilizando-se de uma rede de computadores, duas ou mais pessoas que moram em lugares distantespodem produzir de forma cooperativa.

3.2 PARM ETRO DE COMPARAO PARA A IMPLANTAO DE REDES DE COMPUTA DORES.

A escolha de um tipo de rede de computadores tarefa complexa. Cada arquitetura possui determinadas


15/87

13

caractersticas que a tornam mais ou menos adequada, dependendo de um conjunto de fatores que afetam sua destinaoe seu uso. Nenhuma soluo pode ser considerada tima para todos os casos. Muitos atributos entram em jogo: custo,confiabilidade, desempenho, modularidade, compatibilidade, entre outros.

3.2.1 CUSTO.O custo de uma rede dividido entre o custo das estaes de processamento (microcomputadores,

minicomputadores etc.), o custo das interfaces com o meio de comunicao e o custo do prprio meio de comunicao.O custo das conexes depender muito do desempenho que se espera da rede. Redes de baixo a mdio desempenho

usualmente empregam poucas estaes com uma demanda de taxas de dados e volume pequeno, com isso as interfacessero de baixo custo devido as sua limitaes e aplicaes. Redes de alto desempenho j requerem interfaces de custosmais elevados, devido em grande parte ao protocolo de comunicao utilizado e ao meio de comunicao.

3.2.2 CONFIABI LIDADE.A confiabilidade de um sistema em rede pode ser avaliada em termos de tempo mdio entre falhas (Medium

Time Between Failures- MTBF), tolerncia a falhas, degradao amena (Gracefull Degradation), tempo dereconfigurao aps falhas e tempo mdio de reparo (MTTR - Medium Time to Repair).

O tempo mdio entre falhas geralmente medido em horas, estando relacionado com a confiabilidade decomponentes e nvel de redundncia.

A degradao amena dependente da aplicao. Ela mede a capacidade da rede continuar operando empresena de falhas, embora com um desempenho menor.

A reconfigurao aps falhas requer que caminhos redundantes sejam acionados to logo ocorra uma falha ouesta seja detectada.

A rede deve ser tolerante a falhas causadas por hardware e/ou software, de forma que tais falhas causemapenas uma confuso momentnea que ser resolvida em algum nvel de reinicializao do sistema. Falhas emcomponentes eletrnicos ou destruio de programas necessitam de redundncia, mas essas no so as nicas falhaspossveis, devendo o sistema estar preparado para operar em condies de falhas no terminais.

O tempo mdio de reparo caracteriza-se pela mdia dos tempos em que a rede esteve em reparo. Ele pode serdiminudo com o auxlio de redundncia, mecanismos de autoteste e diagnstico e manuteno eficiente.

3.2.3 DESEMPENHO.Vrias so as medidas que caracterizam o desempenho de uma rede. Para entende-los, faz-se necessrio definir

o que retardo de transferncia, retardo de acesso e retardo de transmisso.

Retardo de Acesso o intervalo de tempo decorrido desde que uma mensagem a transmitir gerada pelaestao at o momento em que a estao consiga obter somente para ela o direito de transmitir, sem que haja coliso demensagens no meio.

Retardo de Transmisso o intervalo de tempo decorrido desde o incio da transmisso de uma mensagem poruma estao de origem at o momento em que a mensagem chega estao de destino.

Retardo de Transferncia a soma dos retardos de acesso e transmisso, incluindo o todo o tempo de entregade uma mensagem, desde o momento em que deseja transmiti-la, at o momento em que ela chega para ser recebidapelo destinatrio.

O retardo de transferncia , na grande maioria dos casos, uma varivel aleatria. No entanto, em algumas

redes o maior valor que o retardo de transferncia pode assumir limitado, ou seja, determinstico.

A rede dever ser moldada ao tipo particular de aplicao de modo a assegurar um retardo de transfernciabaixo. O sistema de comunicao entre os mdulos deve ser de alta velocidade e de baixa taxa de erro, de forma a noprovocar saturao no trafego de mensagens. Em algumas aplicaes (em particular as de controle em tempo real) anecessidade de retardo de transferncia mximo limitado de vital importncia.

O desempenho caracteriza-se pela capacidade efetiva de transmisso da rede. Isto envolve diretamente osistema de comunicao. Sabe-se que a utilizao efetiva do sistema de comunicao apenas uma porcentagem dacapacidade total que ela oferece. Uma rede deve, ento, proporcionar capacidade suficiente para viabilizar suas tarefascrticas. Certos critrios devem ser elevados em conta para isto: a escolha adequada do sistema de comunicao, a


16/87

14

estrutura de conexo, o protocolo de comunicao e o meio de transmisso.

3.2.4 MODULARIDA DE.A Modularidade pode ser caracterizada como o grau de alterao de desempenho e funcionalidade que um

sistema (rede) pode sofrer ao se modificar seu projeto original. Os trs maiores benefcios de uma arquitetura modularso:

1 - a facilidade para modificao que a simplicidade com que funes lgicas ou elementos de hardware

podem ser substitudos, a despeito da relao ntima com outros elementos;2 - a facilidade para crescimento que diz respeito configurao de baixo custo (melhora de desempenho);

3 - baixo custo de expanso.

Uma rede bem projetada deve adaptar-se modularmente s vrias aplicaes, como tambm deve preverfuturas ampliaes.

3.2.5 COMPATIBILIDADE.A compatibilidade de fundamental importncia e define-se como a capacidade que o sistema (rede) possui

para de utilizar a dispositivos de vrios fabricantes, quer seja hardware ou software. Essa caracterstica extremamenteimportante na economia de custo de equipamentos j existentes.

Uma rede deve ter a capacidade de suportar todas as aplicaes para qual foi dedicada e mais aquelas que ofuturo possa requer. Quando possvel, no deve ser vulnervel tecnologia, prevendo a utilizao de futurosdesenvolvimentos, quer seja de novas estaes, de novos padres de transmisso ou novas tecnologias de transmisso.


17/87

15

4 O H A R D W A R E D E R E D E .

Agora a que j discutimos alguns aspectos bsicos importantes ao projeto de redes de computadores, vamosestudar a forma de estruturao de uma rede.

Em relao estruturao, podem ser abordadas: a fsica e a lgica. Para isso sero discutidas as vriastopologias de uma rede. O conceito de topologia, at h pouco relacionado apenas com a estruturao fsica da rede,

agora abrange, tambm, a forma como a mesma definida logicamente.

A topologia de uma rede de comunicao ir caracterizar seu tipo, eficincia e velocidade. A topologia refere-se forma com que os enlaces fsicos e os ns de comunicao esto organizados, determinando os caminhos fsicosexistentes e utilizveis entre quaisquer pares de estaes conectadas a essa rede.

Como foi definida anteriormente, uma Rede de Computadores formada por um conjunto de mdulosprocessadores interligados por um sistema de comunicao. Este sistema de comunicao se constituir de um arranjotopolgico interligando os vrios mdulos processadores atravs de enlaces fsicos (meios de transmisso) e de umconjunto de regras com o fim de organizar a comunicao (protocolos).

Ao organizarmos os enlaces fsicos, podemos utilizar diversas formas possveis de linhas de transmisso.

Existem vrias classificaes para as diferentes redes de computadores. Dentre elas, duas dimenses se

destacam mais:1 - a tecnologia de transmisso que diz respeito s ligaes fsicas entre os mdulos processadores;2 - a escala que diz respeito distribuio espacial dos mdulos processadores ou abrangncia da rede.

4.1 TECNOLOGIA DE TRANSMISSO.

Basicamente h dois tipos de tecnologia de transmisso: as redes em difuso (ou multiponto) e as redesponto-a-ponto.

Nas redes em difuso h apenas um canal de transmisso compartilhado por todas as mquinas. Umamensagem enviada por uma estao ouvida por todas as outras estaes. Nas redes ponto-a-ponto existem vriasconexes entre pares individuais de estaes. Estes dois tipos de ligao podem ser vistos na figura 4.1 abaixo.

Figura 4.1 Tipos de tecnologia de transmisso

O meio de transmisso consiste geralmente de um conjunto de recursos e regras que permitem a transmisso deinformao de um ponto a outro numa rede de comunicao. A transmisso de bits uma das formas mais simples detransferncia de informao. Este processo ilustrado pela figura 4.2(a), onde podemos observar os seguinteselementos:

1. a fonte de informao, que pode ser um computador ou um terminal, por exemplo, que gera as informaesque devero ser transmitidas, estas sendo representadas, usualmente, por um conjunto de dgitos binrios, oubits;

2. o transmissor, que responsvel da adaptao ou converso do conjunto de informaes, de bits, para sinaleltrico ou eletromagntico, adaptando-o ao meio de transmisso;

3. o suporte de transmisso, encarregado do transporte dos sinais representando a informao e que pode sercaracterizado por uma das tcnicas apresentadas na seo precedente; o suporte de transmisso quem realiza


18/87

16

a ligao fsica entre os elementos envolvidos na comunicao; o receptor, responsvel pela reconstituioda informao a partir dos sinais recebidos via suporte de transmisso, e que, inclusive pode ter sofridodistores provocadas por rudos existentes no meio;

4. o destinatrio da informao, que pode ser um computador, um terminal ou outro equipamento e que vaiconsumir a informao gerada pelo elemento fonte.

Figura 4.2 - (a) Sistema de transmisso ponto-a-ponto unidirecional; (b) modelo bidirecional.

Geralmente, a transmisso de bits pode ser realizada de forma bidirecional, esta podendo ainda ser realizada deforma alternada ou simultnea. Assim, a cada n dever estar associado um equipamento transmissor e um receptorcompondo o conjunto transceptor como mostrado na figura 4.2(b).

A transmisso de dados, quando realizada nos dois sentidos denominada duplex. No caso em que ela serealiza alternadamente, ou seja, ora num sentido, ora no outro, ela se denomina half-duplex. No caso em que ela serealiza simultaneamente nos dois sentidos, esta ser denominada full-duplex.

Os modos de transmisso caracterizam as diferentes formas como os bits de informao transmitidos sodelimitados e encaminhados ao longo da linha de comunicao. No que diz respeito forma como os bits soencaminhados ao longo de uma linha de comunicao, pode-se distinguir o modo de transmisso paralelo e o modoserial.

Na transmisso paralela, os bits so transportados simultaneamente por um suporte composto de vrias linhasem paralelo. um modo de transmisso mais adequado comunicao entre equipamentos localizados a curtasdistncias. A ligao interna na arquitetura de computadores ou entre computadores e perifricos prximos soexemplos da aplicao da transmisso paralela.

Na transmisso serial, mais adequada a comunicao entre equipamentos separados por grandes distncias, osbits so encaminhados serialmente atravs de uma nica linha de comunicao. Pode-se considerar outros parmetrospara a classificao dos modos de transmisso, como, por exemplo, o fator tempo. No caso particular das transmissesseriais, a forma de delimitar os bits pode levar em conta duas diferentes filosofias a transmisso serial sncrona e atransmisso serial assncrona.

Na transmisso sncrona, os bits de dados so transmitidos segundo uma cadncia pr-definida, obedecendo aum sinal de temporizao (clock). O receptor, por sua vez, conhecendo os intervalos de tempo permitindo delimitar umbit, poder identificar a seqncia dos bits fazendo uma amostragem do sinal recebido.

Na transmisso assncrona, no existe a fixao prvia de um perodo de tempo de emisso entre otransmissor e o receptor. A separao entre os bits feita atravs de um sinal especial com durao varivel. Um casotpico de transmisso assncrona a transmisso de caracteres; neste caso, a cada grupo de bits constituindo umcaractere so adicionados bits especiais para representar o incio (start bit) e final deste (stop bit). Neste tipo decomunicao, apesar de assncrona ao nvel de caracteres, ocorre uma sincronizao ao nvel de bit.

Um outro aspecto a ser destacado aqui aquele da forma como os sinais so transmitidos num suporte decomunicao, particularmente no que consiste maneira como a banda passante do canal de comunicao explorada.

No primeiro modo, a transmisso em banda de base (baseband), a banda passante do suporte de transmisso atribuda totalmente a um nico canal de transmisso. Neste modo, os sinais so transmitidos atravs do meio de


19/87

17

comunicao multiplexados no tempo.

No segundo modo, a transmisso em barda larga (broadband), a banda passante do suporte de transmisso dividida num determinado nmero de canais de faixa de freqncia estreita, permitindo que estes possam ento sertransmitidos utilizando uma tcnica de multiplexao em freqncia. A banda passante dos canais normalmentedefinida em funo da taxa de transmisso desejada e do modo de modulao empregado. Neste modo de transmisso,cada canal pode atingir uma taxa de transmisso de at 3 Mbits/s, inferior, portanto, transmisso em banda de base.

4.1.1 ARRANJ OS TOPOLGICOS.

Como j descrito, a topologia refere-se forma com que os enlaces fsicos e os ns de comunicao estoorganizados A maneira como as diferentes estaes sero interligadas denomina-se topologia da rede. Estas topologiasesto relacionadas a forma como o canal de comunicao ser alocado, ou seja, atravs de canais ponto-a-ponto oucanais de difuso.

Nas topologias que utilizam canais ponto-a-ponto, a rede composta de diversas linhas de comunicao, cadalinha sendo associada conexo de um par de estaes. Neste caso, se duas estaes precisam comunicar-se e no hentre elas um cabo comum, a comunicao ser feita de modo indireto, atravs de uma (ou mais) estaes.

Assim, quando uma mensagem enviada de uma estao a outra de forma indireta, ela ser recebidaintegralmente por cada estao e, uma vez que a linha de sada da estao considerada est livre, retransmitida estaoseguinte. Esta poltica de transmisso tambm conhecida por store and forward. A maior parte das redes de longadistncia do tipo ponto-a-ponto. As redes ponto-a-ponto podem ser concebidas segundo diferentes topologias. Asredes locais ponto-a-ponto so caracterizadas normalmente por uma topologia simtrica; as redes de longa distnciaapresentam geralmente topologias assimtricas. A figura 4.3 apresenta as diferentes topologias possveis nas redesponto-a-ponto.

Figura 4.3 - Topologias ponto-a-ponto: (a) estrela, (b) anel, (c) malha regular, (d) malha irregular e (e) rvore.

As redes de difuso (multiponto) so caracterizadas pelo compartilhamento, por todas as estaes, de um nicocanal de comunicao. Neste caso, as mensagens enviadas por uma estao so recebidas por todas as demaisconectadas ao suporte de transmisso, sendo que um campo de endereo contido na mensagem permite identificar odestinatrio. Na recepo, a mquina verifica se o contedo do campo de endereo corresponde ao seu e, em caso

negativo, a mensagem ignorada.As redes locais pertencem geralmente a esta classe de redes. Nas redes de difuso existe a possibilidade de

uma estao enviar uma mesma mensagem s demais estaes da rede, utilizando um cdigo de endereo especial.Neste caso, todas as estaes vo tratar as mensagens recebidas endereadas para este endereo comum. Este modo deoperao denominado broadcasting.

Alguns sistemas de difuso tambm suportam transmisso para um subconjunto de estaes, conhecido comomulticasting. A figura 4.4 apresenta algumas topologias possveis no caso das redes em difuso. Numa rede embarramento, uma nica mquina pode estar transmitindo a cada instante. As demais estaes devem esperar paratransmisso caso o barramento esteja ocupado. Para isto, um mecanismo de arbitragem deve ser implementado pararesolver possveis problemas de conflito (quando duas ou mais estaes querem enviar uma mensagem), este


20/87

18

mecanismo pode ser centralizado ou distribudo.

Figura 4.4 - Topologias das redes de difuso: (a) barramento e (b) anel

No caso do anel, cada bit transmitido propagado de maneira independente em relao mensagem ao qualele pertence. Em geral, cada bit realiza uma volta completa no anel durante o tempo necessrio para a emisso de umcerto nmero de bits, antes mesmo da emisso completa da mensagem. Tambm nesta topologia, necessria a

implementao de um mecanismo de acesso ao suporte de comunicao.

Outra topologia de rede em difuso a das redes de satlite (ou rdio), cada estao dotada de uma antenaatravs da qual pode enviar e receber mensagens. Cada estao pode escutar o satlite e, em alguns casos, receberdiretamente as mensagens enviadas pelas demais estaes.

As redes de difuso podem ainda considerar duas classes de mecanismos de acesso ao suporte decomunicao: estticas ou dinmicas. Um exemplo do primeiro caso a definio de intervalos de tempo durante osquais cada estao tem a posse do canal de comunicao, permitindo ento que esta emita a mensagem de maneiracclica. No entanto, esta poltica bastante ineficiente do ponto de vista do envio das mensagens, uma vez que muitasestaes no vo enviar mensagens nos intervalos a elas destinadas.

J na outra classe de mecanismos, os dinmicos, o acesso dado s estaes segundo a demanda de envio demensagens. Nos mecanismos de acesso dinmicos, pode-se ainda considerar dois casos:

1 - os mecanismos centralizados, nos quais uma estao central (ou rbitro) a responsvel pela definio do direito deacesso ao suporte de comunicao;2 - os mecanismos distribudos, nos quais cada estao define quando ela vai emitir a mensagem.

4 . 1 . 1 . 1 - T O P O L O G I A E M E S T R E L A .

Na estrela, cada n interligado a um n central (mestre),atravs do qual todas as mensagens devem passar. O n central agecomo centro de controle da rede, interligando os demais ns(escravos) que podem se comunicar apenas em pares de cada vez. Istono impede que haja comunicaes simultneas, desde que as estaesenvolvidas sejam diferentes.

Vrias redes em estrela operam em configuraes onde o n central tem tanto a funo de gerncia decomunicao como facilidades de processamento de dados um computador, por exemplo. Em outras redes o ncentral tem como nica funo o gerenciamente das comunicaes. Quando o n central tem a funo exclusiva dechaveamento (comutao) entre as estaes, denominado switch ou comutador.

Esta topologia no necessita de roteamento, uma vez que concentram todas as mensagens no n central. Ogerenciamento das comunicaes por este n pode ser por chaveamento de pacotes ou chaveamento de circuitos. No


21/87


22/87

20

Qualquer que seja o controle de acesso empregado, ele pode ser perdido por falhas e pode ser difcil determinar comcerteza se este controle foi perdido e qual n deve recri-lo. Erros de transmisso e processamento podem fazer comque uma mensagem continue eternamente a circular no anel.

A modularidade de uma rede em anel bastante elevada devido ao fato de os repetidores ativos regenerarem asmensagens. Redes em anel podem atingir grandes distncias (teoricamente o infinito). Existe, no entanto, uma limitaoprtica do nmero de estaes em um anel. Este limite devido aos problemas de manuteno e confiabilidade citadosanteriormente e ao retardo cumulativo do grande nmero de repetidores.

Por serem geralmente unidirecionais, as redes com esta topologia so ideais para utilizao de fibra tica.Existem algumas redes que combinam sees de diferentes meios de transmisso sem nenhum problema.

4 . 1 . 1 . 3 - T O P O L O G I A E M B A R R A .

A topologia em barra (ou barramento) se caracteriza pela ligao deestaes (ns) ao mesmo meio de transmisso. A barra geralmentecompartilha tempo ou freqncia, permitindo a transmisso de informao.Ao contrrio das outras topologias que so geralmente configuraes ponto aponto (isto , cada enlace fsico de transmisso conecta apenas doisdispositivos), a topologia em barra tem uma configurao multiponto (isto ,mais do que dois dispositivos esto conectados ao meio de comunicao).

Nas redes em barra comum cada n conectado barra pode ouvir todas as informaes transmitidas.

Existe uma variedade de mecanismos para o controle de acesso ao barramento, que pode ser centralizado oudescentralizado. A tcnica adotada para cada acesso rede (ou a banda de freqncia de rede no caso de redes em bandalarga) a multiplexao no tempo. Em um controle centralizado, o direito de acesso determinado por uma estaoespecial da rede. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade distribuda entre todos os ns.

Diferente da topologia em anel, topologias em barra podem empregar interfaces passivas, nas quais falhas nocausam a parada total do sistema. A confiabilidade deste tipo de topologia vai depender em muito da estratgia decontrole. O controle centralizado oferece os mesmos problemas de confiabilidade de uma rede em estrela, comatenuante de que, aqui, a redundncia de um n pode ser outro n comum da rede. Mecanismos de controledescentralizados semelhantes aos empregados na topologia em anel podem tambm ser empregados neste tipo de

topologia, acarretando os mesmos problemas quanto deteco da perda do controle e sua recriao.

A ligao ao meio de transmisso um ponto crtico no projeto de uma rede local em barramento. A ligaodeve ser feita de forma a alterar o mnimo possvel as caractersticas eltricas do meio. O meio por sua vez deveterminar em seus dois extremos por uma carga igual a sua impedncia caracterstica, de forma a evitar interferncia nosinal transmitido. O poder de crescimento, tanto no que diz respeito distncia mxima entre dois ns da rede quanto aonmero de ns que a rede pode suportar depender: (a) do meio de transmisso utilizado; (b) da taxa de transmisso e(c) da quantidade de ligaes ao meio. Caso seja necessrio atingir distncias maiores que a mxima permitida em umsegmento de cabo, repetidores sero necessrios para assegurar a qualidade do sinal. Tais repetidores, por serem ativos,apresentam um ponto de possvel diminuio da confiabilidade da rede.

O desempenho de um barramento determinado pelo meio de transmisso, pelo nmero de ns conectados, pelocontrole de acesso, pelo tipo de trfego, alm de outros fatores. Por empregar interfaces passivas, a inexistncia dearmazenamento local de mensagens e a inexistncia de retardos no repetidor no vo degradar o tempo de resposta que,

contudo, pode ser altamente dependente do protocolo de acesso utilizado.

4 . 1 . 1 . 4 - O U T R A S T O P O L O G I A S .

Dentre ouras topologias ainda podemos citar as topologias em rvore e a estrutura de grafos (malha regularou irregular).

A topologia em rvore , na verdade, uma srie de barramentos interconectados. Geralmente existe umbarramento central onde outros ramos menores se conectam. Esta ligao realizada atravs de derivadores e asconexes das estaes realizadas do mesmo modo que no sistema de barramento padro.


23/87

21

Cuidados adicionais devem ser tomados nas redes em rvores, pois cada ramificao significa que o sinaldever se propagar por dois caminhos diferente. A menos que estes caminhos estejam perfeitamente casados, os sinaistero velocidades de propagao diferentes e refletiro os sinais de diferentes maneiras. Em geral, redes em rvore,trabalham com taxas de transmisso menores do que as redes em barra comuns, por estes motivos.

A topologia genrica a estrutura de grafos. Desta derivam as redes completamente ligadas (malha regular), asredes parcialmente ligadas (malha irregular), em estrela e as redes em anel.

Redes interligadas ponto a ponto crescem em complexidade com o aumento do nmero de estaesconectadas. Nestes sistemas no necessrio que cada estao esteja ligada a todas as outras (sistemas completamenteligados). Devido ao custo das ligaes mais comum o uso de sistemas parcialmente ligados baseados em chaveamentode circuitos de mensagens ou de pacotes. O arranjo das ligaes normalmente baseado no trfego da rede. Ageneralidade introduzida neste tipo de topologia visa a otimizao do custo do meio de transmisso. Devido a isto taltopologia normalmente empregada em redes de longa distncia (geograficamente distribudas).

Em redes locais os meios de transmisso de alta velocidade podem ser utilizados, pois tm um custo baixo,definido pelas limitaes de distncias. Tal topologia no tem tanta aplicao neste caso, por introduzir mecanismoscomplexos de decises de roteamento em cada n da rede, causado por sua generalidade. Tais mecanismos iriamintroduzir um custo adicional nas interfaces de rede que tornariam seu uso proibitivo quando comparado com o custodas estaes.

Estruturas parcialmente ligadas tm o mesmo problema de confiabilidade das estruturas em anel. O problema,

no entanto, atenuado pela existncia de caminhos alternativos em caso de falha de um repetidor. A modularidade destatopologia boa, desde que os dois ou mais ns com os quais um novo n a ser includo se ligar possam suportar oaumento de carga.

4 . 1 . 1 . 5 - T O P O L O G I A F S I C A X T O P O L O G I A L G I C A .

A topologia de uma rede ir determinar, em parte, o mtodo de acesso rede utilizado. Mtodos de acesso sonecessrios para regular a utilizao dos meios fsicos compartilhados. A forte tendncia de utilizao de HUBs nasinstalaes fsicas das redes corresponde, fisicamente, a implantao de uma topologia em estrela. Esta tendncia explicada pela crescente necessidade de melhorar o gerenciamento e a manuteno nessas instalaes. A topologia emestrela apresenta uma baixa confiabilidade, porm, os avanos da eletrnica j permitem que se construamequipamentos de alta confiabilidade, viabilizando este tipo de topologia.

A utilizao de HUBs no exige, necessariamente, que as interfaces das estaes com a rede o percebam como

uma topologia em estrela. O funcionamento continua a ser como no acesso a um barramento ou a um anel, com os seusrespectivos mtodos de acesso. Sendo assim, podemos diferenciar dois tipos de topologias: uma topologia lgica, que aquela observada sob o ponto de vista das interfaces das estaes com a rede (que inclui o mtodo de acesso), e umatopologia fsica, que diz respeito configurao fsica utilizada na instalao da rede.

A construo dos HUBs teve uma evoluo contnua no sentido de que os mesmos no implementem somentea utilizao do meio compartilhado, mas tambm possibilitem a troca de mensagens entre vrias estaessimultaneamente. Desta forma as estaes podem obter para si taxas efetivas de transmisso bem maiores. Esse tipo deelemento, tambm central, denominado Switch. As redes ATM, por exemplo, baseiam-se na presena de switches degrande capacidade de comutao que permitem taxas de transmisso que podem chegar ordem de Gbps (gigabits porsegundo).


24/87

22

4.2 ESCALA: CATEGORIAS DE REDES.

As redes tambm podem ser classificadas por escala. A figura 4.5mostra uma classificao das vrias redes decomputadores em relao a sua abrangncia. Basicamente elas podem ser classificadas em trs grupos: LAN LocalArea Network ou Rede Local, MAN Metropolitan Area Network ou Rede Metropolitana e WAN Wide AreaNetwork ou Rede Geograficamente Distribuda (ou de Longa Distncia).

Distncia entre ns Abrangncia

at 10 m Salaat 100 m Edifcioat 1 km Campusat 10 km Cidadeat 100 km Paisat 1.000 km Continenteat 10.000 km Planeta

Figura 4.5- Classificao de redes quanto a distncia fsica entre os ns.

Esta classificao no , de maneira alguma, fechada. Por exemplo, uma rede local pode alcanar dimensesmetropolitanas e ainda assim ser considerada local.

4.2.1 REDES LOCAIS (LANs - Loc al Area Net w ork s).

As Redes Locais so redes privadas contidas em um prdio ou campus universitrio, que tem algunsquilmetros de extenso. As redes locais foram definidas e utilizadas inicialmente nos ambientes de institutos depesquisa e universidades. Elas surgiram para viabilizar a troca e o compartilhamento de informaes e dispositivosperifricos preservando a independncia das vrias estaes de processamento e permitindo a integrao em ambientesde trabalho cooperativo.

As redes locais distinguem-se pelas aplicaes pretendidas e servios oferecidos, pela topologia da rede, domeio de transmisso e por sua arquitetura de protocolo. Elas foram desenvolvidas para dar suporte a vrios tipos deaplicaes, incluindo entre elas: aplicaes para transmisso de dados e/ou voz e/ou vdeo, comunicaes entreterminais e computadores, comunicaes entre computadores, controle de processos e automao de escritrio, entreoutras.

Qualquer que seja a aplicao, vrios fatores devem ser levados em considerao, dentre eles: dispersogeogrfica, ambiente de operao, nmero mximo de ns, separao mxima e mnima entre os ns, tempo deresposta, tipo de informao transmitida, tipo de interao entre dispositivos, taxa mxima de informao transmitida,confiabilidade exigida, tipo de trfego e outros.

As Redes Locais tm em geral trs domnios de aplicaes quanto cobertura geogrfica: uma nica sala (porexemplo, para compartilhamento de dispositivos especiais entre vrios computadores), dentro de um edifcio (porexemplo, na integrao de um servio de escritrio), ou mesmo uma rea coberta por vrios edifcios (por exemplo, umcampus universitrio ou uma fbrica). A disperso geogrfica fundamental na escolha da topologia e meio detransmisso.

O ambiente de operao influencia tambm na escolha do meio de transmisso e topologia. Problemas noambiente fsico, eltrico ou de segurana determinam requisitos mais fortes quanto escolha. A ocorrncia de erros

devido a rudos gerados por problemas no ambiente exigir tambm dos protocolos mecanismos de deteco erecuperao, em alguns casos.

Nas LANs tradicionais os computadores so interconectados por cabos ou atravs de equipamentos tipo HUB.Neste tipo de rede as velocidades geralmente variam de 10 a 100 Mbps, h um baixo retardo e pouqussimos erros detransmisso so encontrados. As LANs mais modernas podem operar em velocidades ainda mais altas, alcanandoGbps.

Este tipo de rede apresenta como topologias lgicas mais usadas o barramento e o anel e como topologiasfsicas: a rvore e a estrela. fato que em qualquer tipo de rede duas ou mais estaes podem necessitar enviarinformaes pelo meio de transmisso no mesmo instante. Analisando estes arranjos topolgicos verificamos que h a

MAN

LAN

WAN


25/87

23

necessidade de um mecanismo de arbitragem para determinao de qual estao poder transmitir de forma a noexistncia de conflitos e garantia de tempo para todas as estaes que tm dados a transmitir.

4.2.2 REDES METROPOLITANA S (MAN - Metr opoli t an Area N et w ork ).

Uma Rede Metropolitana , na verdade, uma verso ampliada de uma LAN, pois basicamente os dois tiposde rede utilizam tecnologias semelhantes. Uma MAN pode abranger um grupo de escritrios vizinhos ou uma cidadeinteira e pode ser privada ou pblica. Este tipo de rede pode transportar voz e dados, podendo inclusive ser associado

rede de televiso a cabo local.

A principal razo para se tratar as redes metropolitanas como uma categoria especial que elas tm um padroespecial, o DQDB (Distributed Queue Dual Bus) ou IEEE 802.6. Atualmente as redes ATM (Asynchronous TransferMode) tm sido a tecnologia com maior aceitao para uso em redes metropolitanas.

4.2.3 REDES GEOGRATICAMENTE DISTRIBUIDAS (WANs - Wide Area Net w ork s).

As WANs, ou Redes de Longa Distncia abrangem uma ampla rea geogrfica, com freqncia um pas oucontinente. Ela tambm contm um conjunto de mquinas cuja finalidade executar programas de usurios, aschamadas aplicaes. Estas mquinas so denominadas na literatura como hosts ou end systems. Estes hosts soconectados por uma sub-rede de comunicao, ou somente sub-rede. A tarefa das sub-rede transportar mensagens deum host para outro, exatamente como o sistema telefnico transporta palavras da pessoa que fala para aquela que ouve.

Esta estrutura simplificada, pois separa os aspectos de comunicao pertencentes rede (a sub-rede) dos aspectos decomunicao.

Na maioria das redes geograficamente distribudas, a sub-rede consiste em dois componentes distintos: linhasde transmisso e elementos de comutao. As linhas de transmisso, tambm chamadas circuitos, canais ou troncos,transportam os bits entre as mquinas. Os elementos de comutao so equipamentos especializados usados paraconectar duas ou mais linhas de transmisso. Quando os dados chegam por uma linha de entrada, o elemento decomutao deve escolher uma linha de sada para encaminh-la. No existe uma terminologia padro para identificarestes equipamentos. Dependendo das circunstncias eles so chamados ns de comutao de pacotes, sistemasintermedirios, centrais de comutao de dados ou ainda IMP (Interface Message Processor). Mas o termo maiscomum para identificar estes elementos de comutao roteador. No modelo mostrado na figura 4.6, os hosts soligados a algum tipo de rede local onde h tambm um elemento de comutao, embora em alguns casos um host possaestar ligado diretamente a um elemento de comutao. O conjunto de linhas de comunicao e elementos de comutaoforma a sub-rede.

Figura 4.6 - Ligaes entre hosts e a sub-rede de comunicao

Em funo dos custos de comunicao serem bastante altos, estas redes so, muitas vezes, pblicas, isto , osistema de comunicao, chamado sub-rede de comunicao, mantido, gerenciado e de propriedade pblica. Tambmem funo dos custos, as velocidades empregadas so relativamente baixas, de alguns kilobits/segundo, podendo chegara megabits/segundo.


26/87

24

Existem muitas redes no mundo, freqentemente com hardwares e softwares especficos. Normalmente aspessoas conectadas a diferentes redes precisam comunicar-se e para que isto seja possvel so necessrias conexesentre redes que muitas vezes so incompatveis. Para que esta comunicao possa realizar-se so utilizados os chamadosgateways, que estabelecem conexes e permitem a comunicao entre usurios de redes diferentes. Um conjunto deredes interconectadas chamado de ligao inter-rede, ou apenas inter-rede.

A palavra inter-rede deve ser usada de modo genrico, j a Internet uma inter-rede mundial especfica, muitoutilizada para interconectar universidades, rgos do governo, empresas e pessoas fsicas.

As sub-redes, redes e inter-redes so freqentemente confundidas. Uma sub-rede faz mais sentido no contextode uma rede geograficamente distribuda, onde fazem referncia ao conjunto de roteadores e linhas de transmisso dooperador da rede. Por outro lado, a combinao de uma sub-rede e seus hosts forma uma rede. Uma inter-rede formada quando diferentes redes so conectadas.

4.2.4 REDES SEM FIO (Wireless Net w ork s).

Embora no constituam uma categoria especfica quanto distribuio geogrfica, as Redes Sem Fiorepresentam um segmento de mercado que vem crescendo muito. Elas so necessrias quando impossvel haver umaconexo por fios, como por exemplo, a partir de carros ou avies. Outro problema que elas solucionam quando umapessoa viaja e quer usar seu computador porttil para enviar e receber mensagens de correio eletrnico, fax, ler arquivosremotos, estabelecer login com computadores remotos, estejam eles em terra, no mar ou no ar.

As redes sem fio so muito utilizadas por empresas transportadoras, por txis e por funcionrios de assistnciatcnica ou de vendas, pois estes esto sempre necessitando de informaes atualizadas de bases de dados de suasempresas. Elas tambm tm sido muito utilizadas para operaes de resgate em caso de catstrofes onde o sistematelefnico foi destrudo e em operaes militares.

Embora as redes sem fio e a computao mvel tenham uma estreita relao, elas no so iguais. s vezes oscomputadores portteis podem ser conectados por fios. Por exemplo, se uma pessoa conecta um computador porttil natomada do telefone de um hotel temos mobilidade sem o uso de uma rede sem fio. Por outro lado alguns computadorescom comunicao sem fio no so portteis. Esse o caso das empresas sediadas em prdios muito antigos nos quaisno h possibilidade de passagem de cabeamento de rede. por vezes a instalao de uma rede sem fio pode ser maisbarata do que instalar fiao necessria no prdio.

As redes sem fios so fceis de instalar, mas elas possuem algumas desvantagens: baixa velocidade e altastaxas de erro. Elas tambm possuem inmeros formatos. Elas podem variar desde LANs sem fio que cobrem umcampus universitrio, para que os alunos possam usar seus computadores portteis e trabalhar sob a sombra de umarvore, at o uso de telefones celulares para acesso remoto a redes.

4.3 - SUPORTES DE TRANSMISSO.

Os suportes de transmisso constituem-se pela conexo fsica entre as estaes da rede. Geralmente eles sediferenciam quanto banda passante, tipo de tecnologia de transmisso (ponto-a-ponto ou multiponto), limitaogeogrfica (distncia entre pontos), imunidade a rudo, custo, disponibilidade de componentes e confiabilidade. Aescolha do suporte de transmisso adequado extremamente importante porque ele influencia diretamente no custo dasinterfaces com a rede.

Qualquer meio fsico capaz de transportar informaes eletromagnticas possvel de ser usado em redes

locais. Os mais comumente utilizados so o par tranado, o cabo coaxial e a fibra tica. Tambm so utilizados:radiodifuso, infravermelho e microondas.

4.3.1 - PAR DE FIOS TRANADOS (PAR TRANA DO - UTP).

Em diversas aplicaes, necessrio se manter uma conexo direta e permanente entre dois computadores. Osuporte de transmisso mais clssico utilizado at o momento o par de fios tranados (UTP), que composto de doisfios eltricos em cobre, isolados, e arranjados longitudinalmente de forma helicoidal (enrolados em espiral). Estatcnica de enrolar os fios permite diminuir os efeitos das indues eletromagnticas parasitas provenientes do ambienteno qual o cabo estiver instalado. A figura 4.7 apresenta o cabo UTP.


27/87


28/87

26

transmisso no mais eficiente. Este nmero varia de acordo com as caractersticas dos equipamentos de interconexoe padres utilizados.

4.3.2 - CABO COAXIAL.

Os cabos coaxiais so tambm altamente empregados como suporte de transmisso. Dois tipos de cabos sonormalmente utilizados: o primeiro tipo apresenta uma impedncia caracterstica de 50 ohms, utilizado em transmissesdigitais denominadas transmisso em banda de base; o segundo tipo, com uma impedncia caracterstica de 75 ohms,

mais adequado para a transmisso de sinais analgicos. Eles so constitudos de dois condutores arranjados de formaconcntrica: um condutor central, a alma, envolto por um material isolante de forma cilndrica. Esta capa isolante , porsua vez, envolta por uma trana metlica condutora em cobre. Finalmente, o conjunto envolto numa capa de proteoem plstico isolante.

Em relao aos pares de fios tranados, os cabos coaxiais apresentam melhores caractersticas eltricas,oferecendo uma boa relao entre a banda passante e a proteo contra interferncias eletromagnticas.

A largura de banda vai depender igualmente da qualidade da composio do cabo e do seu comprimento. Paradistncias em torno de 1 km, possvel obter uma taxa de transmisso em torno de 10 Mbits/segundo, podendo-se obtertaxas superiores para distncias mais curtas. Os cabos coaxiais so altamente utilizados como suporte de transmissonas Redes Locais Industriais.

A informao transmitida pelos cabos coaxiais geralmente codificada sob a forma de um sinal binrio, onde

os dgitos 0 e 1 so representados por dois diferentes nveis. (por exemplo, 1 volt para o bit 1 e 0 volt para o bit 0). Estaforma de codificao, embora seja uma conveno bastante adequada, no permite ao receptor do sinal detectar o incioe o fim da transmisso de um dgito binrio.

Existe uma grande variedade de cabos coaxiais, cada um com caractersticas especficas. Alguns so melhorespara transmisso em alta freqncia, outros tm atenuao mais baixa, outros so mais imunes a rudos e interferncias,etc. Os cabos de mais alta qualidade no so maleveis e so difceis de instalar, mas cabos de baixa qualidade podemser inadequados para altas velocidades e longas distncias.

O cabo coaxial, ao contrrio do par tranado, mantm uma capacitncia constante e baixa independente(teoricamente) do comprimento do cabo, evitando assim vrios problemas tcnicos. Devido a isto oferecer velocidadesda ordem de megabits por segundo, sem ser

Introducao Redes Computadores

Documents

Transcript of Introducao Redes Computadores