Ano Lectivo 2015/2016

Curso de Educação e Formação de Adultos/Secundário

Técnico de informática - Instalação e gestão de redes

Área de competência: 0829 - Topologias de redes

Arquitectura de Rede

Tipologias de Rede

Token-Ring

Dispositivos activos de Rede

As inicias CSMA significam “Carrier Sense Multiple Access”, trata-se de um protocolo que permite a partilhado meio de transmissão baseando-se na detecção da existência de uma transmissão em curso (“Carrier Sense”).

Quando um nó pretende emitir dados, verifica se o meio de transmissão está livre, se for esse o caso procede àemissão. Se o meio de transmissão está ocupado, existem vários algoritmos possíveis:

CSMA não persistente

se o meio de transmissão está ocupado esperar um período de tempo aleatório e voltar a tentar, adesvantagem é que o meio de transmissão pode estar desocupado enquanto existem dados para transmitir.

CSMA 1 persistente

continuar a escutar o meio até que esteja livre e emitir nesse instante. Se existe mais do que um nó nestascondições ocorre uma colisão, nesse caso espera um período de tempo aleatório e volta a tentar.

CSMA p persistente

este algoritmo tenta diminuir as colisões evitando que o meio de transmissão seja sub-utilizado: espera atéque o meio esteja livre, então transmite com uma probabilidade p, em alternativa espera um período de tempoequivalente ao atraso máximo de propagação no meio de transmissão e volta ao inicio.

Mesmo a técnica p-persistente não resolve totalmente os problemas, por um lado continuam a existir colisões epor outro continuam a existir instantes em que o meio não é utilizado e existem dados à espera para seremitidos.

Arquitectura de RedeCSMA

CSMA/CD - Colision Detection

Métodos de contenção de acesso

As iniciais CD significam “CollisionDetection”, quando surge uma colisão naemissão de pacotes de dados, o meio detransmissão fica inutilizado durante toda atransmissão dos mesmos.

Tipicamente a técnica CSMA/CD utilizaum algoritmo 1-persistente que é o maiseficiente sob o ponto de vista da utilizaçãodo meio de transmissão, em lugar deminimizar o número de colisões, tenta-sereduzir as suas consequências.

Nas implementações CSMA anteriores, quando ocorria uma colisão o meio detransmissão ficava inutilizado por um período de tempo igual ao tempo detransmissão de cada uma das tramas.

O mecanismo CD obriga a que os nós escutem a rede enquanto emitem dados, razãopela qual o CSMA/CD é também conhecido por “Listen While Talk” (LWT).

Como o nó emissor também escuta a rede, pode detectar a colisão, nesse caso cessaimediatamente a emissão do pacote e emite um sinal ("jam") de 48 bits que notificatodas as estações de que ocorreu uma colisão. Depois da colisão o nó espera umperíodo de tempo aleatório e volta a tentar. Para evitar colisões sucessivas utiliza-seuma técnica conhecida por "binary exponential backoff" em que os tempos aleatóriosde espera são sempre duplicados por cada colisão que ocorre.

Existe um aspecto importante a considerar para que as colisões sejam detectadascom sucesso, o tamanho mínimo dos pacotes deve ser tal que o seu tempo detransmissão seja superior ao dobro do atraso de propagação. Se isto não aconteceruma estação pode completar a emissão do pacote sem que o sinal produzido pelacolisão chegue a tempo. Por outras palavras o atraso de propagação normalizadodeve ser inferior a 0,5 ( a < 0,5).

Por exemplo no caso das redes Ethernet (802.3) o tamanho mínimo dos pacotes é de 64 bytes. A figura seguinte ilustra a situação

descrita:

O método de acesso CSMA/CD é altamente não determinístico, isto querdizer que não é possível prever com exactidão o seu comportamento.Podemos contudo ser optimistas e calcular a eficiência máxima deste métodode acesso obedecendo a determinados pressupostos.

Supondo uma rede CSMA/CD com n nós activos, se todos eles pretenderememitir as colisões sucedem-se, vamos por isso supor que cada nó emite comprobabilidade p.

É conveniente dividindo o tempo em "slots" com duração igual ao dobro doatraso de propagação porque trata-se do tempo necessário à detecção de umacolisão, logo será o tempo desperdiçado sempre que ocorre uma colisão.

CSMA/CA - Colision Avoidance

A estação só transmite quando recebe aconfirmação (pacote CTS) da recepçãocorrecta do pacote RTS; depois dissotransmite os dados

Esquema normalizado: IEEE 802.11

Diferença entre CSMA/CA e CSMA/CD

CSMA/CA é o Colidion Avoidance (evita colisão) enquanto que o CSMA/CD é oColision Detection (detecta a colisão).

CSMA/CD é usado em redes Ethernet, enquanto que o CSMA/CA é usado em redesWi-fi.

O CSMA/CA "escuta" o meio (ao contrário do CSMA/CD que transmite sem escutare caso detecte a colisão, ele retransmite), e se este estiver livre por determinadotempo (DIFS), transmite. Senão, backoff. O tempo de backoff é randômico pra poderevitar colisões.

Tipologias de RedeBus 10Base2

Cabo Coaxial Fino ou 10 Base 2 (Thinnet)

10BASE2 (conhecido como thinnet) é um padrão de redeEthernet que utiliza cabo coaxial fino, daí ser denominadopor thinnet. O cabo transmite sinais a 10 Mbps e a umadistância máxima de 185 metros, por segmento.

A rede que utiliza este tipo de cabo, possui uma topologialinear, com um máximo de 30 computadores conectadosao segmento e com espaçamento mínimo de 0,5 metro,para conectar os computadores é utilizado um conectorBNC do tipo T, um cabo coaxial denominado RG-58 cujaimpedância é de 50 ohms e dois terminais resistivos de 50ohms, colocados nas extremidades do cabo, com o intuitode evitar que o cabo capte algum ruído. Por ter umatopologia linear, a montagem e manutenção desse tipo derede requer cuidados especiais, já que um problema nocabo (geralmente mau contacto) faz com que a rede todadeixe de funcionar, e esses problemas são de difícildiagnóstico.

Tipologias de RedeBus 10Base5

cabo coaxial 10 Base 5 ou cabo coaxial grosso (Thicknet)

Existe o cabo coaxial 10 Base 5, que é usado para redesde telecomunicação, sendo que se destacam algumascaracterísticas como a sua rigidez e difícilmanuseamento. O diâmetro é de 1,25 cm e podetransportar um sinal por até 500 metros. A conexão éatravés de um conector AUI(Attachment Unit Interface). Suporta uma velocidadede 10Mbps para transmissão de dados.

• Possui um alcance de 500 metros por segmento (istoé, sem a adoção de repetidores).

• Tem capacidade para conectar 100 estações porsegmento.

• Pode utilizar no máximo 4 repetidores.

• Para conectar cabos coaxiais grossos o conector usadoé o "Conector Tipo N".

Cabos coaxiais

Cabos coaxiais são cabos que transmitem dados por filamentos de cobre como os de par entrelaçados, mas com outras características.

Características

O cabo coaxial mantém uma capacidade constantee baixa, independente do seu comprimento, o quelhe permite suportar velocidades da ordem demegabits/segundo, sem a necessidade deregeneração do sinal e sem distorções ou ecos.

A forma de construção do cabo coaxial oferece-lheuma boa combinação de banda alta e excelenteimunidade a ruídos e, por isso, eram o meio detransmissão mais usado em redes locais.

A imagem mostra os componentes utilizados nasconexões com cabos Thin Ethernet. Os conectores”T” são acoplados ao conector BNC da placa derede, e nele são conectados os cabos que ligam oPC aos seus vizinhos. O terminador deve serligado no último conector “T” da cadeia.

Cabos AUI e conectores(Thicknet)

10Base2 THIN ETHERNET NETWORK LAYOUTLimitations

maximum number of trunk segments = 5maximum trunk segment length = 607 feet (185 meters)maximum network trunk cable = 3035 feet (925 meters)maximum number of stations on a trunk segment = 30minimum distance between T connectors = 1.5 feet (0.5 meters)

Rules

each end of the trunk segment is terminated in 50-ohmsone of the terminators is groundedconnector splices are kept to a minimum

Cabling

BNC-T type connectorsRG58-AU 50-ohm cable, 0.2"

10Base5 THICK ETHERNET NETWORK LAYOUTLimitations

maximum number of trunk segments = 5maximum trunk segment length = 1640 feet (500 meters)maximum network trunk cable = 8200 feet (2500 meters)maximum number of stations on a trunk segment = 100minimum distance between transceivers = 8 feet (2.5 meters)maximum transceiver cable length = 165 feet (50 meters)

Rules

each end of the trunk segment is terminated in 50-ohmone of the terminators is groundedconnector splices are kept to a minimum

Cabling

Transceivers 802.350-ohm cable RG-11Male DIX connector

Barramento (Bus ou Fila)

Numa topologia em Barramento ou Bus, temosum cabo, com duas extremidades separadas, aolongo do qual se interligam os computadores.

Os sinais que codificam os dados sãotransmitidos de cada computador, através de umcabo comum, para todos os nós da Rede aomesmo tempo – transmissão em broadcast; Noentanto, as mensagens são recebidas apenas pelocomputador ou computadores a que se destinam.

Nesta topologia, utilizam-se normalmente caboscoaxiais, desta forma, cada computador liga-se aocabo através de um conector BNC-T ou de umtransceiver – dispositivo de transmissão erecepção.

Nas extremidades do cabo são colocadosterminadores, que actuam como resistências deforma a evitar a dissipação do sinal.

O acrescento ou retirada de um computadornuma Rede com esta topologia faz-se juntandomais um conector ao conjunto de cabos econectores já instalados ou mais um transceivercom um cabo próprio de derivação para ocomputador.

Esta topologia já foi a mais utilizada em RedesLocais (LAN).

Cabos de cobre -Entrelaçados

Existem 3 tipos de cabelagem para se poder ligar uma rede, sendo quedentro das mesmas existem vários tipos diferentes por onde escolher, poistemos que saber primeiro que tipo de rede queremos montar.

O cabeamento por par trançado

O RJ45 como é mais conhecido esse cabo de pares de fios entrelaçados um emredor do outro, é um standard que qualquer placa de rede hoje em dia necessitapara poder criar qualquer tipo de rede.

Características

Este cabo consiste em um par de fios eléctricos de cobre ou aço recoberto decobre (aumenta a resistência à tração). Os fios são recobertos de uma camadaisolante, geralmente de plástico, e entrelaçados em forma de trança (de ondesurgiu o seu nome). Este entrelaçamento é feito para se evitar a interferênciaelectromagnética entre cabos vizinhos e para aumentar a sua resistência. Oconector utilizado é o RJ-45.

Sua transmissão pode ser tanto analógica quanto digital. Na transmissãoanalógica, para o qual foi originalmente construído, é necessário umamplificador a cada 5 ou 6 km. Na transmissão digital, um repetidor énecessário a cada 2 ou 3 km.

Cabo UTP Ou Par Traçado sem blindagem

Unshielded Twisted Paír - UTP ou Par TraçadoSem Blindagem: é o mais usado atualmentedevido a ser de fácil manuseio e instalação,permitindo taxas de transmissão de até 100Mbps com a utilização de um cabo de CAT 5e.

É um cabo bastante barato em comparaçãocom os outros e usado para distancias até 100metros, sua estrutura é de quatro pares de fiosentrelaçados e revestidos por uma capa dePVC.

Pela falta de blindagem este tipo de cablagemnão é recomendado ser instalado próximo deequipamentos que possam gerar camposmagnéticos, ou onde haja umidade.

STP ou Par Traçado Blindado

Shielded Twisted Pair - STP ou ParTrançado Blindado: semelhante ao UTPmas com um custo mais elevado devidoà sua blindagem feita de malha metálicaem cada par. É a escolha recomendadapara ambientes com interferênciaeletromagnética acentuada e ambienteonde exista umidade.

ScTP ou FTP (Foil Twisted Pair)

Screened Twisted Paír - ScTP tambémreferenciado como FTP (Foil Twisted Pair),usa os mesmos compostos que o cabo UTPcategoria 5, tendo no entanto uma peliculade metal enrolada no conjunto de parestraçados, sendo o que tem melhor proteçãocontra interferência electro magnéticas.Sendo menos comum devido ao seuelevado preço.

Estrela (Star)

Nesta topologia existe um dispositivo central, Hub ou Switch (que pode ser activo oupassivo), ao qual se ligam os vários computadores da Rede, através de cabosindividuais.

As mensagens emitidas por umas computadoras são enviadas ao ponto central e dai sãotransmitidas aos outros computadores da Rede.

O acrescento ou retirada de um computador da rede é realizado facilmente, pois bastainserir ou retirar o cabo de ligação desse computador a um conector do dispositivocentral (Hub ou Switch). O Hub ou Switch têm um determinado número de portas, maspodem interligar-se vários Hubs de forma a aumentar o número de computadores aligar.

Trata-se da topologia mais utilizada em Redes Locais (LAN).

Anel (Ring)

Numa topologia em Anel ou Ring existe um cabo coaxial fechado sobresi próprio (anel), ao qual se ligam os vários computadores da Rede.

Os sinais ou mensagens circulam dentro do referido cabo em anel,passando sequencialmente – transmissão ponto-a-ponto – de ligaçãoem ligação até chegar ao destinatário.

Esta topologia é utilizada em Redes Locais (LAN).

• Primeira regra básica: a rede só poderá ter no máximo 5 segmentos e quatro

repetidores;

• A segunda regra diz respeito á cabelagem. Se forem utilizados 4 repetidores e 5

segmentos, somente até três segmentos podem usar o cabo coaxial; quando for

usada uma rede em série, utilizando no máximo 4 segmentos e cabelagem de fibra

óptica não devem ultrapassar 300 metros no padrão 10BaseFP e 500 metros para

os demais padrões.

• A terceira e ultima regra de segmentação especifica que, no caso de redes onde a

distância máxima entre as duas máquinas mais distantes é de quatro segmentos e

três repetidores, então todos os segmentos podem ser de cabo coaxial sem

problemas e, portanto “habilitados”.

• É ainda mais simples;

• Existem dois tipos de repetidores para esse tipo de segmentação: Classe I e classe

II;

• Classe I: são mais simples e só permitem ligação entre no máximo dois segmentos;

• Se usarmos par trançado, o limite de cada segmento é de 100 m, sendo assim a

distância máxima entre dois PC’s é de 200 m.

• Já os repetidores Classe II permitem a sua ligação com mais de um repetidor Classe

II

• Nesse caso, a ligação entre os dois repetidores pode ter até 5 metros.

• Se os segmentos entre os Pc’s forem menores do que 100 metros, então a ligação

entre os dois repetidores pode ter um comprimento maior.

• O facto é que a distância entre dois Pc’s não pode exceder 205 metros.

• As regras de segmentação para redes Giga Ethernet são ainda mais simples,

esse tipo de rede pode ter somente um único repetidor.

Token-RingToken-passing

Esta técnica usa um pacote de controlo conhecido como “token” que dá o direito deemitir. É então necessário assegurar que apenas um nó possui o “token” em cadainstante, e que por outro lado o “token” circula entre todas os nós para que todospossam emitir dados.

Cada nó possui um número de ordem, o “token” circula de nó em nó segundo estaordem, o nó de número de ordem mais elevado envia o “token” para o de ordem maisbaixa.

Devido a esta circulação do token, em termos lógicos os nós estão dispostos em anel(“ring”). Em termos físicos a disposição dos nós pode ser a mais diversa, mas raramenteforma efectivamente um anel.

Quando um nó não necessita do “token” envia-o para o nó seguinte. Para evitar umamá distribuição da utilização do meio de transmissão, geralmente os nós têm umalimitação de tempo de detenção do “token”.

O grande problema desta técnica é complexidade dos algoritmos que sãonecessários nos nós:

Inicialização/reinicialização do anelSaída de um nó do anelEntrada de um novo nó no anel

Por outro lado as redes em anel lógico são sujeitas a algumas falhas próprias quedevem estar previstas:

Mais do que um nó com o “token”Nenhum nó com o “token”

Existem inúmeras variantes da técnica“token”, grande parte delas estãoespecialmente adaptadas para redes comligações físicas em anel, onde cada nópossui duas ligações físicas, uma com o nóanterior e outra com o nó seguinte.

Mecanismo de envio de dados: Cada nodo recebe dados do nodo anterior(NAUN= nearest active upstream neighbor) e o retransmite para o nodoposterior (Nearest Active Downstream Neighbor). Se a mensagem não épara ele: retransmissão verbatim

NAUN & NADN

O router, transmite regularmente um sinal na rede para, entre outrasfunções, avisar os dispositivos a ele agregados que está presente. Osreceptores por sua vez, só precisam ajustar o seu ciclo e manterem-seactivos apenas no intervalo que o router transmite seus beaconsframes, que são sinais que tem por finalidade manter o sincronismoentre os dispositivos, no restante do tempo permanecem em modosleep, ou seja, “dormindo”, sendo que o único que não pode participardeste modo é o coordenador.

Beaconing

http://www.dei.isep.ipp.pt/~andre/documentos/mac.html

https://fenix.tecnico.ulisboa.pt/downloadFile/3779576358355/RC%20Camada%20Logica%202010%20-%20Parte%201.pdf

http://vinteealguma.blogspot.pt/2012/02/diferenca-entre-csmaca-e-csmacd.html

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