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.

1. Fundamentos de Redes
de Computadores
Redes, topologia e meios
físicos de transmissão
Prof. Ricardo J. Pinheiro

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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