Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 1 Redes de Computadores Tecnologias, topologias,...

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

1

Redes de Computadores

Tecnologias, topologias, Endereçamento de hardware e Frames

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

2

Introdução

• Comunicação Ponto a Ponto– um meio físico para cada par de computadores– modelo adotado pelas primeiras redes

• Canais compartilhados de Comunicação– início dos anos 70– LANs– meio compartilhado entre vários computadores

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

3

Pacotes, Frames e Detecção de Erros

• Pacotes: pequenos blocos de dados enviados individualmente pelo sistema de rede. Por que?

– coordenação na transmissão entre emissor e receptor.– acesso compartilhado de vários computadores à rede.

• Frames: “pacote” especifico para uma determinada tecnologia de rede (frame ethernet, frame ATM)

• Detecção de Erros– Bits de Paridade– Checksum– Cyclic Redundancy Check

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

4

Tecnologias e Topologias de Redes

• Tecnologias: como computadores enviam pacotes pela rede. (ethernet, token ring, FDDI, ATM, LocalTalk)

• Topologias: distribuição física e lógica dos computadores em uma determinada rede. (barramento, estrela, anel)

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

5

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

6

Tecnologia Ethernet

• Hoje a mais utilizada– balanço entre velocidade, custo e facilidade de

instalação.– aceitação no mercado de computadores e

existência de bom suporte.– Padrão definido pelo IEEE.

• A que topologia pertence ?

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

7

Ethernet - Barramento

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

8

Ethernet - Estrela

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

9

Ethernet - Mista

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

10

Cabeamento Ethernet

• Quatro tipos de cabos mais usados hoje:– 10Base5 : coaxial grosso (thick ethernet)– 10Base2 : coaxial fino (thin ethernet)– 10BaseT (UTP) : par trançado– 10BaseFL : fibra óptica

• ambientes com interferência• 2 km de distância• 100 Mbps

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

11

1 - Tecnologia Token Ring

• Passagem de Token– padrão de bits que difere de um frame normal de

dados.• Apenas um computador transmite por vez.• Quando um token chega, o computador o

retira do anel e transmite o dado (frame).• O frame continua pelo anel até voltar a

origem.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

12

Tecnologia Token Ring

• O nó gerador “reconhece” (Acknowledge) o frame.

• Tempo de “viagem” do token: 1 mseg !– Token é pequeno– controlado pelo hardware do anel.

• IBM Token Ring: 16 MBps.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

13

Exemplo - Token Ring

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

14

Token Ring

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

15

Token Ring

• MAU (MultiStation Access Unit) - IBM 8228

– 10 portas• 8 p/ nós• 2 p/ encadeamento (RI - Ring In; RO - Ring Out)• Max. 260 nós Até 33 MAU’s

– Comprimento anel: • Rede com uma MAU e 3 nós. Cada nó dista 100

metros da MAU Comprim. Anel = 600 m

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

16

FDDI

• Fiber Distributed Data Interface– 100 Mbps.– 500 estações / 200 km de extensão.– Timed-token: cada estação tem garantido um

tempo de acesso a rede (no startup)– Fibra óptica– Contém duas fibras (uma é backup)– Rede “self-healing”

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

17

Exemplo - FDDI

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

18

Como funciona: Ethernet

• Não há uma “central” de coordenação.• Xerox - início anos 70 (1973 - Bob Metcalf)• Ethernet: 10Mbps• Fast Ethernet: 100Mbps.• Pode haver colisão. • Como controlar ?

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

19

Fluxo de dados na Ethernet

Comprimento máximo da ethernet: 2500 mdistância max. percorrida por 64 bits (10Mbps) sem colisão

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

20

CSMA

• Carrier Sense with Multiple Access– esquema de coordenação distribuída– Atividade elétrica no cabo determina status.– Se nenhum computador envia frames: não há

portadora (carrier).– Se algum computador transmite: há portadora.– Se não há portadora, a placa transmite um

frame!

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

21

CSMA

• Se há uma portadora, a placa espera p/ enviar seu frame.

• Tecnicamente:– Verificar a presença de uma portadora chama-

se: carrier sense !– Usar a presença de sinal para transmissão por

vários computadores: Carrier Sense with Multiple Access

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

22

Colisão

• O que acontece se, na ausência de portadora, dois computadores decidem transmitir simultaneamente?– Colisão (interferência) !

• Qual o mecanismo de Recuperação ?– CSMA/CD – CD: Colision Detection (and BackOff)

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

23

Tratando a colisão

• Ao sentir a colisão (alteração anormal na voltagem, pela placa), o computador espera.

• Mas se ambos computadores esperarem o mesmo tempo para retransmitir: nova colisão !

• Usar um delaydelay de no máximo d.• Selecionar um valor randômico!

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

24

Evitar colisões múltiplas

• Se houver nova colisão, duplica-se o tempo de delaydelay !

• Binary exponential Backoff : ato de dobrar o tempo de delaydelay a cada colisão

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

25

2 - Endereçamento de Hardware e Frames

• Meio físico compartilhado por muitos computadores.

• Sinal chega a vários, além daquele a qual é especificamente destinado.

• Como identificar este computador específico?– Frames !

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

26

Endereçamento físico

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

27

Formato de Endereços Físicos

• Estáticos: pré-estabelecido pelo fabricante.• Configuráveis: manual, na EPROM.• Dinâmicos

– Endereço determinado quando a estação é ligada. Pode tentar valores aleatórios até encontrar algum que não seja usado por outro computador na rede.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

28

Frames

• Permitem a identificação do conteúdo do dado a ser transmitido.

• Composto por “campos”

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

29

Frame Ethernet

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

30

Tipos de Frames

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

31

Erros de Transmissão

• Raios, variações na corrente elétrica, interferências eletro-magnéticas, etc.– Alteram o valor do dado.– Interpretação errada.

• Mecanismos de verificação de erros– Paridade– CheckSum– CRC

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

32

Verificando a Paridade

• Bit de paridade• Paridade Par:

– O transmissor configura o bit de paridade para 0 ou 1 de forma que o nro total de bits 1 (incluindo o próprio bit de paridade) seja par

– o bit de parid. para 0100101 é 1.• Paridade Ímpar: análoga.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

33

CheckSum

• Dados são tratados como uma seqüência de inteiros sobre os quais é calculada uma soma.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

34

Limitações do CheckSum

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

35

CRC - Cyclic Redundancy Check

• Implementado em Hardware– registrador de deslocamento + porta Xor

• melhor que checksum• Cada bit muda dramaticamente o resultado

final.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

36

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

37

3 - Conectividade.

• Estendendo uma LAN– Repetidores (Repeaters)– Pontes (Bridges)– Switches– Roteadores (Routers)– Gateways – Hubs

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

38

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

39

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

40

Repetidores

• “Pega” um sinal e o repete !• Não apenas amplifica, tenta também

regenerá-lo (eliminando ruídos)• Corresponde a camada 1 do modelo ISO

– Camada Física• Não tem a mínima noção da idéia de Frame

– o sinal é elétrico– portadora

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

41

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

42

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

43

Bridges

• Mais inteligente que um repetidor– Camada 2 (Data Link) do modelo ISO– Entende o formato do Frame, portanto, é

específica para uma determinada tecnologia– Pode tomar decisões inteligentes

• Filtra Frames – Reduz tráfego na rede

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

44

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

45

Filtragem de Frames

• Bridge possui CPU, memória e duas placas de rede.

• Aprendizado adaptativo. (spanning tree algorithm)

• “Observa” a rede em modo promíscuo (aceita para análise todos os frames que chegam a ela).

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

46

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

47

Uso de bridge - 1

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

48

Uso de bridge - 2

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

49

Um “ciclo” de Bridges

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

50

Hubs• Inicialmente: um concentrador de fiação• Hubs mais modernos

– stack (pilhas de hubs): max 10 (IBM)– SNMP (Simple Network Management Protocol)

• gerenciamento remoto do hub– Portas “bufferizadas”: armazena frames– filtragem de pacotes: descarta frames ruins– agem como repetidores– Cada né detém uma porção da largura de banda

total da capacidade de transmissão do HUB !

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

51

HUB

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

52

Switches• Tem a aparência de um hub

– HUB: age como um longo fio compartilhado– SWITCH: simula uma rede com várias bridges!

• Permite comunicação em paralelo• aumentam performance da rede• agem também como um filtro• qd um pacote chega, lê o header e o repassa ao segmento

destino (– Funcionam na camada 2 e 3 (Layer 3 Switches)– Cada nó tem a capacidade total de transmissão do

Switch

Store-Forward

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

53

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

54

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

55

Layer 3 Switching

• Incorpora características de roteadores• Opera no nível 3 (redes) do modelo

ISO/OSI• Opera de modo idêntico a um roteador, mas

tem otimização por hardware (tao rápido quanto um switch nível 2)

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

56

Roteadores

• Transfere dados de uma rede para outra (que podem ser fisicamente diferentes - frames diferentes)

• Camada 3 (Redes) do modelo ISO.• Inteligente: tenta encontrar a melhor rota

para o pacote.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

57

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

58

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

59

Gateways

• PC: manipulam dados em formato ASCII• IBM Mainframes: formato EBCDIC• Conversão exige uma completa re-

estruturação dos dados.• Gateway: dispositivo que atua em qualquer

camada do modelo ISO/OSI para vencer “diferenças” entre redes.

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

60

Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238

61

Dispositivo Camada OSI Performance SofisticaçãoRepeater Física Rápida Baixa

Bridge Data Link Rápida Também Baixa

Switch Data Link Rápida Complexa

Roteador Network Média Complexa

Gateway Qualquer Devagar Muito Complexa

Dispositivos de Conexão