Redes

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Redes de Computadores Conceitos e Arquiteturas 1 Introdução a Redes de Computadores As empresas têm um número significativo de frequentemente instalados em locais distantes entre si. computadores operaçao, As redes de computa sistema, pois têm fo alternativas de forne dinheiro pois os PCS uma relação preço/b 1 Swip view nent page abilidade do m a economlzar e a dos computadores de grande porte; possibilitam a escalabilidade da rede. Desde a década de 90, as redes de computação começaram a oferecer serviços para pessoas físicas: acesso a informações remotas; comunicação essoa a pessoa; diversão interativa.

Em resumo, a possibilidade de mesclar informações, comunicação e entretenimento certamente é uma nova e avançada indústria baseada nas redes de computadores atuais e futuras. 1. 1 Hardware e Software de Rede As redes de computadores podem ser classificadas em função da topologia. O tamanho das LANS é restrito: o pior tempo de transmissão é conhecido. A tecnologia de transmissão das LANS consiste em um cabo (fios de cobre, fibra ótica) ou rádio (wireless LAN) que conecta todas as máquinas localmente.

As LANs operam a taxas ípicas de 1,5 Mbps a 100 Mbps, dependendo da tecnologia empregada, e operam com baixíssimas taxas de erros. Francisco Adell Péricas O mecanismo de acesso ao meio é o conjunto de regras que disciplinam o acesso das estações ao meio físico de transmissão. A topologia é o mapa de uma rede. A topologia física descreve por onde os cabos passam e onde as estações, nós, routers e gateways são localizados. A topologia lógica refere-se aos percursos das mensagens entre os usuários da rede.

As LANS aceitam várias topologias: • arvore; estrela; anel; 21 comutação, hamados de routers, conectam duas ou mais linhas de transmissão. Os routers usam normalmente a tecnologia “Store-and-Forward”. A utilização de redes sem fio está crescendo muito. As redes sem fio são redes de difusão que não utilizam um meio condutor para transmissão de informação, operando a taxas típicas de 2 Mbps, com taxas de erros significativamente maiores do que as das LANS com fio. O número de redes é cada vez maior e tem sido necessário que sejam interconectadas, mesmo que ás vezes sejam incompatíveis.

Esta conexão entre redes é feita através de quipamentos chamados gateways. Para cada topologia de rede existe um tipo mais adequado de protocolo de acesso ao meio. O protocolo de comunicação é composto de dispositivos de hardware e de software que cuidam da comunicação, isto é, que tratam dos dados que transitam pela rede. por exemplo, o protocolo determina como será feito o recebimento de dados, o seu empacotamento, o endereçamento pela rede e o seu envio. Os protocolos das redes são organizados em níveis ou camadas hierárquicas.

As entidades de um mesmo nível que se encontram em diferentes máquinas são chamadas ares, e a comunicação é feita entre os pares usando o protocolo da camada. Entre cada par há uma interface, e a interface define as operações e os serviços que a camada inferior tem a oferecer para a camada superior. O conjunto de camadas de um rotocolo é chamado de arquitetura de rede. As ca funciona como um tubo: o emissor empurra bits em uma extremidade os quais são recebidos pelo receptor na mesma ordem na outra extremidade. Esta conexão deve ser estabelecida antes do início da transmissão.

No serviço sem conexão, cada mensagem carrega o endereço completo do destino e ada uma é roteada ao longo da rede independentemente das outras. Os serviços são ainda classificados pela sua qualidade de serviço (QoS), o que é representado pela garantia de que uma mensagem chegue até seu destino. O serviço é formalmente especificado pelas suas primitivas (operações) que são: Request, ndication, Response, Confirm. 3 Por definição, um protocolo é um conjunto de regras que controla o formato e o significado dos quadros, pacotes ou mensagens trocadas pelas entidades pares contidas em uma camada. m serdiço é um conjunto de primitivas que uma camada oferece ara a camada acima dela. 1. 2 Tecnologias de Redes de Telecomunicações Há duas formas fundamentais de se implementar o núcleo de uma rede de transmissão de dados: redes baseadas em comutação de circuitos e redes baseadas em comutação de pacotes. Nas redes baseadas em c 4 21 ircuitos, os recursos ou seja, o circuito, também são reservados recursos para manter uma taxa de transmissão constante ao longo da rede durante todo o tempo em que a conexão for mantida.

Rede Telefônica (Comutação de Circuito) Estação N circuitos TOM oU FDM Conexão digital Elementos de Comutação Modem analógica Um circuito em um enlace da rede pode ser implementa do tanto através de multiplexação por divisão de freqüência (FDM (Frequency Division Multiplexing)) quanto por multiplexação por divisão de tempo (TDM (Time Division Multiplexing)). Redes de computadores, como or exemplo a Internet, são redes Redes Baseadas em Comutação de Pacotes Há dois tipos básicos de redes baseadas em comutação de pacotes: redes de datagramas e redes de circuitos virtuais.

As redes que roteiam pacotes de acordo com um endereço de destino chamam-se redes de datagramas (por exemplo a Internet). As redes que roteiam acotes de acordo com números de circuitos virtuais são chamadas redes de circuitos virtuais. As redes de circuitos virtuais consistem de um caminho, ou seja, uma série de enlaces e de comutadores de pacotes, uma sequência de números de circuitos virtuais (um para cada enlace do caminho) e tabelas de tradução dos números de circuitos virtuais (VCI (Virtual Channel Identifier)) para as Interfaces de entrada e saída de cada comutador de pacotes do caminho.

Tradução de VCls VCI=22 VCI=45 VCI=12 VCI=51 va=12 Elemento de Comutação de Circuitos Virtuais Enlace de Transmissão Uma vez que um caminho rigem e o destino correspondente da tabela de tradução precisa ser removida. Nas redes de datagramas, cada pacote que é enviado através da rede contém em seu cabeçalho o endereço do destino. Quando um pacote chega em um comutador de pacotes, ele examina o endereço de destino e envia o pacote através da interface de salda (enlace de saída) mais apropriada.

De forma resumida, as redes de telecomunicações podem ser tanto baseadas na comutação de circuitos (através de multiplexação FDM ou TDM) quanto na comutação de pacotes (através do uso de circuitos virtuais ou datagramas). As edes de circuitos virtuais oferecem unicamente serviços orientados à conexão, enquanto que redes de datagramas podem oferecer tanto serviços orientados à conexão quanto sem conexao. Redes de Telecomunicações Redes de Comutação de Circuitos FDM TDM Redes de Comutação de Datagramas Pacotes 1. . 2 Atrasos nas Redes Baseadas em Comutação de Pacotes Quando um pacote é enviado ao lon o de uma rede, ele inicia por um equipamento (a analisar o conteúdo do pacote e decidir se ele não contém erros e qual é o caminho que ele deverá seguir. Após analisar o conteúdo do pacote, ele é nviado para a fila de transmissão. O atraso de enfileiramento é o tempo que o pacote deve aguardar na fila de transmissã o até que ele seja efetivamente transmitido pelo nó da rede através do enlace de saída.

Este tempo depende, portanto, da quantidade de pacotes que estão aguardando na fila, ou seja, do tráfego da rede. O tempo de transmissão é o tempo que leva para que todos os bits de um pacote sejam transmitidos para o enlace de comunicação. Considere L (bits) como sendo o número de bits que compõe um pacote e R (bits/s) a taxa de transmissão do enlace, então o atraso é dado por: d trans – O tempo de propagação é o tempo que leva para cada bit propagar do início até o fim do enlace de comunicação, o qual depende exclusivamente do meio fisico de transmissão.

Considere x (m) a distância do enlace e v (m/s) a velocidade de propagação do link, então o atraso é dado por: d prop = redes residenciais de acesso tipicamente conectam PCS domésticos a uma rede de computadores. A forma de acesso mais comum é através de Modems utilizando o acesso discado da rede telefônica. O modem converte a saída digital do PC em um sinal analógico para ser transmitido pela linha analógica do telefone. No provedor de acesso, o sinal analógico é convertido para o sinal digital e enviado a rede de computadores.

Atualmente a velocidade dos modems permite acesso discado a taxas de até 56Kbps, dependendo da qualidade das linhas telefônicas utilizadas. Enquanto a utilização de modems requer uma conversão do sinal digital da rede, a tecnologia N-ISDN (Narrowband Integrated Services Digital Network) permite uma transmissão completamente digital ao longo de linhas telefônicas N-ISDN, desde a residência até a companhia telefônica, utilizando a mesma infra- estrutura de fios elefônicos.

O N-ISDN é basicamente um canal de bits digitais que fluem entre o cliente ea concessionária de comunicações. Aceita vários canais interconectados por TDM (Time Division Multiplexing), com as seguintes combinações digitais: • taxa básica: 2 canais de 64 Kbps 1 canal de 16 Kbps para sinalização; • taxa principal: 23/30 canais de 64 Kbps + 1 canal de 16 Kbps para sinalização.

Trata-se portanto de um sistema de telefonia cujos terminais e equipamentos de comutação são digitais: uma vez estabelecida a conexão (ligação telefônica), o sistema orna-se um circuito digita qual é conceitualmente similar ao modem de acesso discado mas que pode transmitir a taxas de até 1 Mbps desde a residência até o provedor de acesso e de até 8 Mbps na direção contrária.

O ADSL usa FDM (Frequency Division Multiplexing) dividindo o canal de ligação em três bandas de frequência: • um canal telefônico bi-direclonal tradicional: entre 0 kHz e 4 kHz; • um canal de velocidade média (da residência para o provedor): entre 4 kHz e 50 • um canal de alta velocidade (do provedor para a residência): entre 50 kHz e 1 MHZ. Uma tecnologia alternativa ao uso da rede telefônica é o HFC (Hybrid Fiber Coaxial Cable).

O HFC é uma extensão da rede de TV a cabo, que se conecta a uma rede de computadores através do uso de modems especiais chamados cable modems- 8 Esses modems dividem a rede HFC em dois canais, um pode transmitir a taxas de até 768 Kbps desde a residência até o provedor de acesso e outro a taxas de até 10 Mbps na Uma diferença fundamental entre o HFC e o ADSL é que o primeiro compartilha a banda de transmissão com todas as residências que estiverem acessando a rede de 0 DF 21

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