Uma rede local pode ser distinguida de uma
outra através das aplicações pretendidas e serviços oferecidos, da topologia
da rede, do meio de transmissão e da sua arquitetura de protocolo.
As Redes Locais foram desenvolvidas
para das suporte a vários tipos de aplicações, incluindo entre elas:
aplicações para transmissão de dados e/ou voz e/ou vídeo, comunicações entre
terminais e computadores, comunicações entre computadores, controle de
processos e automação de escritório, entre outras.
Qualquer que seja a aplicação,
vários fatores devem ser levados em consideração, dentre eles: dispersão
geográfica, ambiente de operação, número máximo de nós, separação máxima e
mínima entre os nós, tempo de resposta, tipo de informação transmitida, tipo
de interação entre dispositivos, taxa máxima de informação transmitida,
confiabilidade exigida, tipo de tráfego (regular ou rajada) e outros fatores a
cada aplicação.
1. Tipos de Aplicações
As Redes Locais têm em geral três
domínios de aplicações quanto a cobertura geográfica: uma única sala(por
exemplo, para compartilhamento de dispositivos especiais entre vários
computadores), dentro de um edifício(por exemplo, na integração de um serviço
de escritório), ou mesmo uma área coberta por vários edifícios(por exemplo, um
campus universitário, uma fábrica, ou uma pequena cidade). A dispersão
geográfica, como veremos, é fundamental na escolha da topologia e meio de
transmissão, sendo um fator importante também em alguns tipos de protocolo.
O ambiente de operação influencia
também na escolha do meio de transmissão e topologia. Ambientes ruidosos e com
problemas de segurança têm requisitos mais fortes quanto a escolha. A
ocorrência de erros devido a ruídos exigirá também dos protocolos mecanismos
de detecção e recuperação, em alguns casos.
O número máximo de nós, a separação
máxima e mínima entre nós e a taxa máxima de informação transmitidas também
influenciam na escolha do meio de transmissão e da topologia da rede. Em
alguns tipos de topologia a ligação ao meio de transmissão é outro fator
limitante ao número de nós que uma rede pode suportar à separação máxima e
mínima entre eles. A escolha do protocolo de acesso é também diretamente
influenciada por estes fatores. Alguns protocolos, por exemplo, levam em conta
a distância máxima entre nós para seu perfeito funcionamento.
A exigência de tempo de resposta
máximo limitado bem como o tipo de tráfego exigido será de fundamental
importância na escolha do protocolo de acesso. Para aplicações de controle de
processos e outras aplicações em tempo real, a garantia de tempo de resposta
limitado é uma característica desejável. Infelizmente, em qualquer aplicação
existe sempre uma possibilidade de um erro de transmissão, que causará uma não
limitação no tempo de resposta em qualquer caso. Em muitas aplicações
entretanto, é importante que este problema não seja causado pelo tipo de
protocolo utilizado.
O tráfego em geral varia desde
rajadas de alguns poucos dados de grandes mensagens até quantidades volumosas
de dados sendo transmitidos continuamente, como é o caso de algumas aplicações
que exigem a comunicação a computador.
A confiabilidade exigida será
fundamental tanto na escolha do meio de transmissão, quanto da topologia e
protocolo de acesso.
O tipo de informação transmitida
pode ser dados, vídeo e voz. Os diversos tipos de transmissão vão diferir em
termos de freqüência, quantidade de informação transmitida, natureza analógica
ou digital, requisitos de tempo real e de isenção de erros etc. Transmissão de
dados entre dispositivos em geral deve ser isenta de erros requerendo
retransmissão através da estrutura do protocolo, quando estes erros são
detectados. Transmissão de voz e vídeo, em geral, devem ser efetivadas sem
interrupção em tempo real e tem uma tolerância a erros, até certo ponto.
Integração de tráfegos heterogêneos em um sistema comum é desejável por razões
econômicas e pela simplicidade de operação. Integração vai oferecer a
possibilidade de um compartilhamento dinâmico das facilidades de transmissão e
de chaveamento, além de dar suporte as novas aplicações, tais como
teleconferência, que requer acesso aos diferentes tipos de informação: voz,
dados e vídeo. O tipo de informação transmitida será determinante na escolha
do meio de transmissão e do protocolo à rede, podendo chegar ao ponto de
exigir circuitos dedicados para comunicação ponto a ponto.
O tipo de interação entre
dispositivos impõem diferentes requisitos à rede. Aplicações para comunicação
computador/terminal são geralmente orientadas a transações com tráfego do tipo
rajada. O envolvimento de operadores humanos exige um serviço do tipo
conversacional com velocidade razoavelmente baixa. O objetivo maior desta
aplicação é fornecer aos usuário de terminais geograficamente dispersos acesso
a bancos de dados e a fonte computadora. Aplicações para comunicação
computador/computador(transferências de arquivos, processamento distribuído,
etc.) exigem velocidade de comunicação maiores, e possuem um tráfego mais
intenso, algumas vezes regular.
2. Topologia
Conforme definido, Redes Locais
constituem-se de um conjunto de estações(nós) interligadas por um sistema de
comunicação. Este sistema se comporá de um arranjo topológico interligando os
vários nós e de um conjunto de regras de forma a organizar a comunicação.
Dentre as topologias mais usuais encontram-se a estrela, o anel e a barra
comum.
2.1. Topologia em Estrela
Neste tipo de topologia cada nó é
interligado a um nó central(mestre), através do qual todas as mensagens devem
passar. Tal nó age, assim, como centro de controle da rede, interligando os
demais nós(escravos) que usualmente podem se comunicar apenas com um outro nó
de cada vez. Isto não impede que haja comunicações simultâneas, desde que as
estações envolvidas sejam diferentes.
NÓ NÓ NÓ NÓ NÓ
NÓ CENTRAL
Várias redes em estrela operam em
configurações onde o nó central tem tanto a função de gerência de comunicação
como facilidades de processamento de dados. Em outras redes o nó central tem
como única função o gerenciamente das comunicações.
Esta topologia não necessita de
roteamento, uma vez que concentram todas as mensagens no nó central. O
gerenciamento das comunicações por este nó pode ser por chaveamento de pacotes
ou chaveamento de circuitos. No primeiro caso, pacotes são enviados do nó
fonte para o nó central que o retransmite então ao nó de destino em momento
apropriado. Já no caso de chaveamento de circuitos, o nó cantral, baseado em
informações recebidas, estabelece uma conexão elétrica ou realizada por
software, entre o nó fonte e nó de destino, conexão esta que existirá durante
toda a conversação. Neste último caso, se já existir uma conexão ligando duas
estações, nenhuma outra conexão pode ser extabelecida para estes nós. Redes de
chaveamentos computadorizadas - CBX(“Computerized Branch Exchange”) - são
exemplos deste último tipo de rede, onde a função de chaveamento é realizada
por um PABX(“Privat Automatic Branch Exchange”).
OBS: As CBX’s são apropriadas tanto para o
tráfego de voz quanto para o de dados entre terminais e terminais e
computadores.
Como mencionado, nó central pode
realizar funções além das de chaveamento e processamento normal. Por exemplo,
o nó central pode realizar a compatibilidade da velocidade de comunicação
entre o transmissor e o receptor. Os dispositivos fonte e destino podem até
operar com protocolos e/ou conjunto de caracteres diferentes. O nó central
atuaria neste caso como um conversor de protocolos permitindo a um sistema de
um fabricante trabalhar satisfatoriamente com um outro sistema de um outro
fabricante. Poderia ser também função do nó central fornecer algum grau de
proteção de forma a impedir pessoas não autorizadas de utilizar a rede ou ter
acesso a determinados sistemas de computação. Outras, como operações de
diagnósticos de rede, por exemplo, poderiam também fazer parte dos serviços
realizados pelo nó mestre.
A configuração em estrela é em
alguns aspectos parecida com os sistemas de barra comum centralizados os
requisitos de comunicação são entretanto menos limitados, uma vez que a
estrela permiti mais de uma comunicação simultânea. A confiabilidade das
ligações também é maior, pois uma falha na barra de comunicação em uma estrela
só colocaria a estação escrava correspondente fora de operação. Por outro
lado, o nó central é mais complexo, uma vez que deve controlar vários caminhos
de comunicação concorrentemente.
Confiabilidade é um problema nas
redes em estrela. Falhas em um nó escarvo apresentam um problema mínimo de
confiabilidade, uma vez que o restante da rede ainda continua em
funcionamento. Falhas no nó central, por outro lado, podem ocasionar a parada
total do sistema. Redundâncias podem ser acrescentadas, porém as dificuldades
de custo em tornar o nó central confiável pode mais do que mascarar o
benefício obtido com a simplicidade das interfaces exigidas pelas estações
secundárias.
Outro problema da rede em estrela é
relativo a modularidade. A configuração pode ser expandida até um certo limite
imposto pelo nó central: em termos de capacidade de chaveamento, números de
circuitos concorrentes que podem ser gerenciados e número total de nós que
podem ser servidos. Embora não seja freqüentemente encontrado é possível a
utilização de diferentes meios de transmissão para ligação de nós escravos ao
nó central.
O desempenho obtido em uma rede em
estrela depende da quantidade de tempo requerido pelo nó central para
processar e encaminhar uma mensagem, e da carga de tráfego na conexão, isto é,
o desempenho é limitado pelo capacidade de processamento do nó central. Um
crescimento modular visando o aumento do desempenho torna-se a partir de certo
ponto impossível, tendo como única solução a substituição do nó central.
2.2. Topologia em Anel
Uma rede em anel consiste de
estações conectadas através de um caminho fechado, evitando os problemas de
confiabilidade de uma rede em estrela. O anel não interliga as estações
diretamente, mas consiste de uma série de repetidores ligados por um meio
físico, sendo cada estação ligada a estes repetidores.
Redes em anel são capazes de
transmitir e receber dados em qualquer direção. As configurações mais usuais,
no entanto, são unidirecionais o projeto dos repetidores mais simples e tornar
menos sofisticados os protocolos de comunicação que asseguram a entrega da
mensagem corretamente e em seqüência ao destino, pois sendo unidirecionais
evita o problema do roteamento. Os repetidores são em geral projetados de
forma a transmitir e receber dados simultaneamente, diminuindo assim o retardo
de transmissão e assegurando um funcionamento do tipo “full-duplex”.
·
·
· NÓ NÓ NÓ NÓ
Estação
Monitora Fonte de Alimentação Fonte de Alimentação
Quando uma mensagem é enviada por um
nó, ela entra no anel e circula até ser retirada pelo de nó de destino, ou
então até voltar ao nó fonte, dependendo do protocolo empregado.
Os maiores problemas com topologia
em anel são sua vulnerabilidade a erros e pouca tolerância a falhas. Qualquer
que seja o controle de acesso empregado, ele pode ser perdido por problemas de
falhas e pode ser difícil determinar com certeza se este controle foi perdido
ou decidir qual nó deve recriá-lo. Erros de transmissão e processamento podem
fazer com que uma mensagem continue eternamente a circular no anel.
A topologia em anel requer que cada
nó seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las à frente
para o próximo nó. Isto vai requerer um repetidor ativo em cada nó e a rede
não poderá ser mais confiável do que estes repetidores. Uma quebra em qualquer
dos enlaces entre os repetidores irá parar toda a rede até que problema seja
isolado e um novo cabo instalado. Falhas no repetidor ativo também podem
causar a parada total do sistema.
Uma outra solução seria considerar a
rede local como consistindo de vários anéis, e o conjunto dos anéis conectados
por uma ponte(“bridge”). Esta encaminha os pacotes de dados de uma sub-rede a
outra com base nas informações de endereçamento do pacote. Do ponto de vista
físico, cada anel operaria independentemente. NÓ NÓ NÓ NÓ NÓ PONTE GATEWAY NÓ Desconectado Concentrador
A modularidade de uma rede em anel é
bastante elevada devido ao fato de os repetidores ativos regenerarem as
mensagens. Redes em anel podem atingir grandes distâncias(teoricamente o
infinito). Existe, no entanto, uma limitação prática do número de estações em
um anel. Este limite é devido aos problemas de manutenção e confiabilidade
citados anteriormente e ao retardo cumulativo do grande número de repetidores.
Por serem geralmente unidirecionais,
redes com esta topologia são ideais para utilização de fibra ótica. Existem
algumas redes que combinam seções de diferentes meios de transmissão sem
nenhum problema, como é o caso do ANEL DE CAMBRIDGE.
2.3. Topologia em Barra
Topologia em barra comum se
caracteriza pela ligação de estações (nós) ao mesmo meio de transmissão. A
barra é geralmente compartilhada no tempo ou na freqüência, permitindo a
transmissão de informação. Ao contrário das outras topologias que são
configurações ponto a ponto (isto é, cada enlace físico de transmissão conecta
apenas dois dispositivos), a topologia em barra tem uma configuração
multiponto (isto é, mais do que dois dispositivos estão conectados ao meio de
comunicação).
Nas redes em barra comum cada nó
conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas.
Existe uma variedade de mecanismos
para o controle de acesso à barra, que pode ser centralizado ou
descentralizado. A técnica adotada para cada acesso à rede (ou a banda de
freqüência de rede no caso de redes em banda larga) é a multiplexação no
tempo. Em um controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma
estação especial da rede. Em um ambiente de controle descentralizado, a
responsabilidade é distribuída entre todos os nós.
Diferente da topologia em anel,
toplogias em barra podem empregar interfaces passivas, nas quais falhas não
causam a parada total do sistema. A confiabilidade deste tipo de topologia vai
depender em muito da estratégia de controle. O controle centralizado oferece
os mesmos problemas de confiabilidade de uma rede em estrela, com atenuante de
que, aqui a redundância de um nó pode ser outro nó comum da rede. Mecanismos
de controle descentralizados semelhantes aos empregados na topologia em anel
podem também ser empregados neste tipo de topologia, acarretando os mesmos
problemas quanto a detecção da perda do controle e sua recriação.
A ligação ao meio de transmissão é
um ponto crítico no projeto de uma rede local em barra comum. A ligação deve
ser feita de forma a alterar o mínimo possível as caracterícas elétricas do
meio. O meio por sua vez deve terminar em seus dois extremos por uma carga
igual a sua impedância característica, de forma a evitar reflexões exporias
que interfiram com o sinal transmitido. O poder de crescimento, tanto no que
diz respeito a distância máxima entre dois nós da rede quanto ao número de nós
que a rede pode suportar, vai depender do meio de transmissão utilizado, da
taxa de transmissão e da quantidade das ligações ao meio. Conforme se queira
chegar a distâncias maiores que a máxima permitida em segmento de cabo,
repetidores serão necessários para assegurar a qualidade do sinal. Tais
repetidores, por serem ativos, apresentam um ponto de possível diminuição da
confiabilidade da rede.
O desempenho de um sistema em barra
comum é determinado pelo maio de transmissão, número de nós conectados,
controle de acesso, tipo de tráfego e outros fatores. Por empregar enterfaces
passivas, a inexistência de armazenamento local de mensagens e a inexistência
de retardos no repetidor não vão degradar o tempo de resposta, que contudo,
pode ser altamente dependente do protocolo de acesso utilizado.
2.4. Outras Topologias
Dentre ouras topologias ainda
podemos citar as topologias em árvore e a estrutura de grafos ou parcialmente
ligadas.
A topologia em árvore é
essencialmente uma série de barras interconectadas. Geralmente existe uma
barra central onde outros ramos menores se conectam. Esta ligação é realizada
através de derivadores e as conexões das estações realizadas do mesmo modo que
no sistema de barra padrão.
Cuidados adicionais devem ser
tomados nas redes em árvores, pois cada ramificação significa que o sinal
deverá se propagar por dois caminhos diferente. A menos que estes caminhos
estejam perfeitamente casados, os sinais terão velocidades de propagação
diferentes e refletirão os sinais de diferente maneiras. Em geral, redes em
árvore, vão trabalhar com taxa de transmissão menores do que as redes em barra
comum, por estes motivos.
Barra Derivador
Redes interligadas ponto a ponto
crescem em complexidade com o aumento do número de estações conectadas. Neste
sistemas não é necessário que cada estação esteja ligada a todas as outras
(sistemas completamente ligados). Devido ao custo das ligações é mais comum o
uso de sistemas parcialmente ligados baseados em chaveamento de circuitos de
mensagens ou de pacotes. O arranjo das ligações são normalmente baseados no
tráfego da rede. A generalidade introduzida neste tipo de topologia visa a
otimização do custo do meio de transmissão. Devido a isto tal topologia é
normalmente empregada em redes de longas distância (geograficamente
distribuídas).
Em redes locais meios de transmissão
de alta velocidade e privados podem ser utilizados, pois têm um custo baixo,
devido as limitações das distâncias impostas. Tal topologia não tem tanta
aplicação neste caso, por introduzir mecanismos complexos de decisões de
roteamento em cada nó da rede, causado por sua generalidade. Tais mecanismos
iriam introduzir um custo adicional nas interfaces de rede que tornariam seu
uso proibitivo quando comparado com o custo das estações.
Estruturas parcialmente ligas têm o
mesmo problema de confiabilidade das estruturas em anel. O problema , no
entanto, é aqui atenuado devido a existência de caminhos alternativos em caso
de falha de um repetidor. A modularidade desta topologia é boa desde que os
dois ou mais nós com os quais um novo nó a ser incluído se ligaria possam
suportar o aumento do carregamento.
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