Fundamentos de Redes de Computadores parte 1

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Esta é a primeira de um conjunto de apresentações que fiz para a disciplina de Redes de Computadores, que lecionei na faculdade e na escola. Engloba o início: Introdução, elementos da rede, topologia e meios físicos de transmissão, com e sem cabeamento. Espero que seja útil.

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Fundamentos de Redes de Computadores parte 1

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

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