Redes de Computadores: Topologias e Transmissão de Dados, Esquemas de Comunicação

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Fundamentos de

Redes de Dados

e Comunicação

Rede de Computadores

grande número de computadores separados fisicamente e totalmente interligados. Em termos práticos, uma rede de computador é formada por dois ou mais computadores interligados, podendo existir uma troca de informação entre eles. Essa ligação não precisa ser feita obrigatoriamente através de um fio, pois existem diversas tecnologias que permitem a troca de dados, como infravermelho, microondas, satélite etc. 1.2 Redes de Computadores em aplicações comerciais Atualmente, as empresas possuem um grande número de computadores para desempenhar os mais diversos tipos de aplicações, como monitoramento, controle de produção e estoque, geração de planilhas e relatórios etc. Inicialmente, cada processo era feito de modo isolado, não existia nenhuma forma de correlacionamento de informações e compartilhamento de recursos. Foi observado então, que com a interligação desses computadores espalhados pelas empresas, era possível comunicar os mais diversos sistemas, além de compartilhar recursos como impressores e drivers de cd-rom, o que permite que todos os usuários da rede utilizem esses recursos.

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Na maioria dos casos em que as empresas implantam em sua estrutura uma rede de computadores, elas sempre obtêm economia com o compartilhamento de recursos. Como exemplo, imagine a situação em que existem várias impressoras individuais, sendo estas substituídas por uma única impressora de grande porte, com essa troca, a manutenção é facilitada, permite o acesso de um número maior de usuários, além de possibilitar o controle do número de impressões. Tão importante quanto o compartilhamento de recursos é o compartilhamento de informações. As grandes instituições possuem filiais espalhadas por regiões diferentes e precisam acessar informações que são comuns a todas, como registro de clientes, estoque de produtos, pedidos, etc. O fato de os usuários estarem em países diferentes, não impede que eles acessem esses dados como se eles estivessem armazenados em seu computador local. Para permitir esta facilidade de acesso, são utilizados servidores de grande porte para o armazenamento de informações e os usuários, com suas estações de trabalho, acessam esses dados remotamente. Essa comunicação entre computadores clientes e servidores é feita através das redes de computadores. Temos como exemplo de um modelo cliente/servidor, o acesso a uma página na internet, onde o usuário é o cliente que solicita através do seu navegador Web, um site qualquer e o servidor remoto encarrega-se de responder à solicitação do cliente. Observe que nesse modelo existem dois processos envolvidos, formado pelo computador cliente e o computador servidor.

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Todas as aplicações que citamos anteriormente envolvem a interação entre o usuário e um banco de dados. Outra categoria de utilização de redes de computadores é a comunicação entre os usuários, comandada principalmente pelo e-mail que já faz parte do dia-a-dia das pessoas e é utilizado por milhões de pessoas em todo o mundo. A troca de mensagens instantâneas como MSN Messenger, ICQ, Google Messenger virou uma febre entre os jovens, as salas de bate-papo são muito visitadas por pessoas que desejam discutir assuntos em comum. Essa interatividade entre os usuários, proporcionada pela grande rede de computadores é que faz da internet um sucesso. Por fim, há o entretenimento que é composto principalmente pelos jogos em rede e jogos on-line. Os jogos em redes estão perdendo espaço para os on-line, principalmente pela sua limitação de estrutura física, pois os jovens montam suas “redes caseiras” formadas por dois ou mais computadores e fi cam restritos à estrutura e ao espaço físico limitado. Com os on- line, basta apenas estar conectado à internet, em que é possível acessar jogos de simulação em tempo real formados por equipes de vários participantes, onde o usuário pode competir com jogadores de todas as partes do mundo.

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As redes de computadores tornaram-se extremamente importantes para as pessoas que se encontram em regiões distantes, pois propiciam a elas serviços que são oferecidos às pessoas das grandes cidades, e sem dúvida a diversidade do uso das redes de computadores crescerá rapidamente no futuro, e chegará onde ninguém é capaz de prever agora. 2 TOPOLOGIAS DE REDES As redes de computadores de modo geral estão presentes em nosso dia-a-dia, estamos tão acostumados a utilizá-las que não nos damos conta da sofisticação e complexidade da estrutura, que mantém os dados e as informações ao nosso redor. A maneira com que as redes de computadores são interligadas é um ponto importante, pois dispositivos podem ser interconectados de várias formas envolvendo tanto o ponto de vista físico, como o lógico. A topologia física refere-se ao layout físico e ao meio de conexão dos dispositivos de redes, ou seja, como eles são conectados, e esses dispositivos que formam a estrutura de uma rede são chamados de nós ou nodos. A topologia lógica é a forma com que os nós se comunicam através dos meios de transmissão. As redes são compostas por arranjos topológicos interligados, cuja principal finalidade, a economia de recursos, pois com suas estruturas o compartilhamento e o processamento individual são distribuídos para todos, o que torna as informações ao alcance de todos os usuários que estão conectados. 2.1 Topologias Físicas 2.1.1 Ponto a Ponto É a topologia mais simples e pode ser representada por dois computadores interligados entre si, através de um meio de

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2.1.3 Anel ou Ring A topologia em anel é formada por nós conectados através de um percurso fechado, onde o sinal circula na rede passando por cada estação. Essas estações fazem o papel de repetidoras e retransmitem o sinal até que o destinatário seja encontrado. É capaz de transmitir e receber informações em ambos os sentidos, o que torna os protocolos de entrega de mensagens aos destinatários, menos sofisticados. Infelizmente essa topologia é pouco tolerável à falha, sendo complicado a implantação de detecção de erros, que podem fazer com que uma mensagem circule eternamente no anel. Para contornar esse tipo de problema, uma estação pode iniciar o anel, monitorar o envio de pacotes e diagnosticar o funcionamento da rede, essa estação monitora pode ser dedicada ou então cada estação assume a monitoria por um determinado período de tempo. 2.1.4 Estrela A topologia em estrela é formada por diversas estações conectadas a um dispositivo central e toda a comunicação é supervisionada por esse nó central.

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A unidade central tem o poder de determinar a velocidade de transmissão entre o transmissor e o receptor, e converter sinais transmitidos por protocolos diferentes, o que permite a comunicação entre redes de fabricantes distintos. As falhas em estações ou na ligação entre a estação e o nó central, deixam de fora apenas o nó que está envolvido na ligação, mas se a falha ocorrer no nó central, todo o sistema ficará fora do ar. Como solução para esse tipo de problema, teríamos a replicação de estações centrais, só que os custos aumentariam bastante, o que limita a implantação dessa topologia. O seu desempenho está totalmente ligado à unidade central, pois depende do tempo de que ela necessita para o processamento e o encaminhamento de mensagens. Apesar de todos os seus problemas, essa topologia permite um melhor controle da rede e a maioria dos sistemas de redes implementam essa configuração. 2.1.5 Árvore É equivalente a várias redes estrelas interligadas entre si, essa ligação é feita através dos seus nós centrais. É utilizada principalmente na ligação de Hub`s e repetidores, conhecida também como cascateamento.

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2.1.8 Comparativo entre as topologias mais conhecidas. Topologias Vantagens Desvantagens Estrela - Monitoramento

• Instalação simples
  • Custo de instalação
  • Muito cabeamento Barramento - Estrutura simples
• Pouco cabeamento
• Lentidão causada pelo uso intenso
• Dificuldade no isolamen- to de problemas Anel
• Instalação simples
• Desempenho uniforme Dificuldade em isolar problemas
• Se um nó parar, todos param 2.2 Topologias Lógicas Como falamos anteriormente as topologias lógicas significam a forma com que os nós se comunicam através dos meios físicos. Os dois tipos mais comuns de topologias lógicas são o Broadcast e a passagem de Token. Na topologia de Broadcast o nó envia seus dados a todos os nós espalhados pela rede. Não existe nenhum tipo de ordem para este envio, o único tipo de ordem é: o primeiro a chegar é o primeiro a usar. A Ethernet funciona dessa forma.

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2.2.1 Ethernet A Ethernet é a tecnologia mais utilizada em redes locais, ela pode ser encontrada em topologias do tipo estrela que é composta por ligações utilizando cabeamento par trançado e uma unidade central e em topologias do tipo barramento com a utilização de cabo coaxial. Nesse tipo de rede, a estação que deseja transmitir “ouve” o tráfego na rede, se não “ouvir” nada, ela transmite a informação. Se duas estações transmitirem informações ao mesmo tempo, ocorrerá uma colisão de pacotes, cada estação será alertada sobre a colisão e elas esperarão um período aleatório para transmitirem novamente. Esse método é conhecido como CSMA/ CD (Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection). A segunda topologia lógica é a passagem de Token, onde um sinal de Token controla o envio de dados pela rede. Um exemplo de rede que utiliza a passagem de token é a Token Ring. 2.2.2 Token Ring O método de acesso Token Ring utiliza a topologia em anel para transmitir dados entre duas estações. A estação transmissora necessita obter um sinal (Token), que concede à estação o direito de transmissão e percorre a rede de nó em nó. Apenas um Token está disponível na rede, o que faz com que uma única estação acesse a rede por vez, evitando-se colisões de pacotes. Seu funcionamento é feito da seguinte forma:

1. O sinal de Token circula no anel;
2. O emissor espera a chegada do Token;
3. O emissor captura o Token e transmite os dados;
4. O receptor recebe os dados e libera o Token.

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3.2 Modo de Operação Em qualquer tipo de comunicação, a transmissão e a recepção podem ou não existir simultaneamente, sendo classificadas em SIMPLEX, HALF-DUPLEX E FULL-DUPLEX. 3.2.1 Simplex A comunicação só é possível em uma única direção. Exemplo:

1. A ligação entre um computador e uma impressora.
2. Transmissão de sinais de rádio e televisão. 3.2.2 Half-Duplex A comunicação é possível em ambas as direções, porém não simultaneamente. Exemplo: Comunicação entre rádios amadores. 3.2.3 Full-Duplex A comunicação é possível em ambas as direções simultaneamente.

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Exemplo: Conversação telefônica entre duas pessoas. 3.3 Transmissões seriais e paralelas Os equipamentos utilizados na computação transmitem e recebem bits simultaneamente. A transmissão paralela tem como característica vários bits caminhando juntos através de fios independentes, sendo mais rápida, já que os bits são transmitidos de forma simultânea. Sua desvantagem está no custo, pois é cara a transmissão de bits simultâneos por longas distâncias, são exigidos cabos complexos que incluem vários condutores, o que o torna sensível às interferências eletromagnéticas. A transmissão serial consiste no envio de bits, sendo que um por vez, pois com isso, é possível atingir facilmente distâncias maiores. Os cabos são mais simples e baratos, o que facilita a sua construção com blindagem eletromagnética e com isso a redução das interferências que são captadas.

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3.4.2 Transmissão Síncrona Na transmissão síncrona, os bits de um caractere são enviados imediatamente após o anterior, não existem os bits de controle no início e no fim do caractere e nem irregularidades nos instantes de transmissão. A transmissão síncrona é estabelecida através de uma cadência fixa para a transmissão dos bits de todo um conjunto de caracteres, um bloco. Resumindo, o transmissor e o receptor comunicam-se, sincronizam suas ações, e preparam-se para receber a comunicação, já sabendo da taxa de transmissão e o tamanho dos dados ordenados e conhecidos. A comunicação síncrona é mais cara que a assíncrona, pois necessita de um relógio no hardware para permitir o seu sincronismo e é muito utilizada em redes com altas taxas de transmissão. 4 MEIOS FÍSICOS DE TRANSMISSÃO Os meios físicos de transmissão são compostos pelos cabos coaxiais, par trançado, fibra óptica, transmissão a rádio, transmissão via satélite e são divididos em duas categorias: os meios guiados e os meios não guiados. No meio guiado, o sinal percorre através de meios sólidos, como a fibra, o cabo coaxial e o par trançado. No meio não guiado, o sinal propaga-se na atmosfera, como é o caso das redes sem fio e transmissões via rádio e via satélite. 4.1 Cabo par trançado O meio de transmissão guiado mais utilizado pelas redes telefônicas é o par trançado, que está presente em quase 95% das ligações entre os aparelhos residenciais e as centrais telefônicas. Sua constituição é feita por dois fios de cobre isolados e enrolados em forma de espiral, com o intuito de reduzir as interferências dos pares semelhantes que estão próximos. Os

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pares são conjugados dentro de um cabo, sendo que cada par é isolado por uma blindagem de proteção. O par de fio trançado UTP (Unshielded Twisted Pair) é bem utilizado em redes de computadores existentes em edifícios comerciais. Sua taxa de transmissão está na faixa de 10 Mbps a 1 Gbps, o que pode variar dependendo da distância entre o transmissor e o receptor. A tecnologia UTP categoria 5 consegue o alcance de taxas de transmissão de dados de 100 Mbps, na distância de algumas centenas de metros permitindo que o par trançado firme-se como a tecnologia dominante em LANs de alta velocidade. O par trançado não é usado apenas comercialmente, em muitas residências ele é utilizado para o acesso à internet via modem, com uma taxa de acesso de até 56 Kbps, e com a utilização da tecnologia DSL (Linha digital de assinante), que permite o alcance de taxas de transmissões maiores que 6 Mbps com pares de fios trançados. 4.2 Cabo coaxial Outro meio de transmissão guiado é o cabo coaxial. Ele possui melhor blindagem se comparado com o cabo par trançado, podendo se estender por distâncias maiores e em velocidades mais altas. Sua constituição é formada por dois condutores de cobre concêntricos e não paralelos com um isolamento e blindagem especial, o que permite, com essa configuração, o alcance de altas taxas de transmissão de bits.