Agrupamento de Escolas Gil Vicente

Escola secundária com 2ºe 3º Ciclo Gil Vicente

SEBENTA DE REDES DE COMUNICAÇÃO

Ano Lectivo 2010/2011

Módulo 2

Curso Profissional de Técnico de Gestão e Programação de Sistemas Informáticos

Ano 10º,Turma GI

Módulo 2- Redes de Computadores

• Introdução às de Computadores

• Tipos de Redes

• Diagramas de Encaminhamento

• Modelo Geral de Comunicação

• Componentes da Camada 1 do Modelo OSI

• Segmentação, Colisões e Domínios de Colisão

• Camada 2 do Modelo OSI

1. Introdução às Redes de Computadores

A internet é conhecida como a maior rede existente. A internet não passa de uma super rede constituída por várias redes de menor dimensão ligadas entre si. Quando nos ligamos á internet o nosso computador ou rede local fica ligada ao mundo. Através do nosso PC podemos aceder a qualquer parte dela. Esta ligação é possível graças á rede pública (ISP), suportada por cabos eléctricos (Cabos de pares entrançados –UTP ou STP, Cabos Coaxiais), Cabos ópticos (fibra óptica), wireless (Ondas de rádio, laser, microondas, via satélite, etc).

Exemplo:

Uma empresa do Norte do país tem um contrato com uma empresa de sul do país relativo á manutenção de uma rede de vídeo-vigilância. Quando ocorre um problema, alguém da primeira empresa terá de se deslocar á segunda. No entanto, em média 85% dos problemas conseguem ser corrigidos remotamente. Desta forma, através, por exemplo de um VPN (uma forma segura de nos ligarmos a uma rede local, que não a nossa, através da internet), poderíamos entrar na rede da empresa do sul e sem sairmos da nossa secretária corrigir o erro. O cliente ficaria satisfeito porque o problema seria resolvido rapidamente e a empresa do norte não teria encargos com a viagem.

As redes são de extrema utilidade para muitas organizações e por vezes são também um factor preponderante nos lucros da mesma.

Noção e classificação de Redes de Computadores

Os parâmetros mais comuns de classificação das redes de computadores são:

• Meio Físico de Transmissão – rede de fibra óptica, wireless, cabos eléctricos;

• Dimensão da rede/abrangência geográfica – LAN, WAN, etc;

• Tecnologia de transmissão – rede, “Ethernet”, Token-Ring, FDDI, etc;

• Capacidade de transferência de informação – baixo débito, médio débito, alto débito;

• Tipologia ou topologia – Redes de estrela, bus ou barramento, árvore, Malha ou Mesh, Anel ou ring.

Tipos de redes

Quanto á abrangência geográfica, podemos classificar as redes do seguinte modo:

• PAN – personal área network – rede de computadores domésticos (rede doméstica da nossa casa);

• LAN – local area network – quando a abrangência geográfica sala ou até um edifício (Sala tic 2 ou a rede da escola Gil Vicente);

• WLAN – wireless local área network - rede local sem fios (wireless);

• CAN – campus area network - quando a abrangência geográfica é um campus que interliga vários edifícios (campus da universidade nova de Lisboa, campus da Justiça que interliga os vários tribunais);

• MAN – metropolitan area network – quando a abrangência geográfica é uma área metropolitana, ligando vários edifícios espalhados por uma cidade ( rede que interliga as várias esquadras da PSP da área de Lisboa);

• WAN – wide area network – quando a abrangência geográfica é uma região, país ou mesmo a totalidade do Mundo ( rede multibanco, internet);

Topologias de Rede

Uma rede pode encontrar-se disposta de várias formas ou topologias/tipologias.

Topologia Física

A forma como estão dispostos os equipamentos na rede e como estão interligados constituem o tipo de topologia física associada. Existem 5 topologias físicas: Árvore (tree), Barramento (bus), Anel (ring), Malha (mesh) e Estrela (star).

Barramento (bus)

Todos os equipamentos interligam-se através de um único canal denominado de BUS.

BUS

• “ Utilizada em redes locais (LAN) porque necessita de poucos equipamentos e as ligações são fáceis de configurar ou seja é fácil adicionar um novo PC na rede.

• Deixou de ser utilizada em consequência da velocidade máxima de transmissão limitada pelo cabo coaxial e a baixa fiabilidade. Uma ficha mal cravada impedia todos os outros computadores de comunicar.

• O terminador refere-se a um equipamento que garante a comunicação evitando a reflexão do sinal e a consequente perda de comunicação.” (Sérgio, 2009)

Estrela (Star)

Nesta topologia todos os equipamentos de rede de interligam através de um dispositivo central normalmente um Hub/Switch. Os cabos utilizados nesta topologia são: UTP/STP, cabos de pares entrançados.

• “É a mais utilizada em redes locais (LAN).

• Dada a necessidade de um equipamento de interligação (switch) entre os computadores o comprimento do cabo utilizado é maior do que nas redes bus.

• Os equipamento de interligação apresentam um número limitado de portas o que limita a adição de novos PC's à rede.

• As vantagens desta tipologia são a fiabilidade e a velocidade. Se um dos computadores da rede apresentar qualquer problema os outros não serão afectados. São possíveis velocidades de 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps e 10Gbps.” (Sérgio, 2009)

• Se o dispositivo central avariar toda a rede fica inoperante.

Árvore (tree)

Nesta topologia existem vários equipamentos de interligação que ligam os vários dispositivos de rede numa estrutura em árvore.

• “Existem vários equipamentos de interligação que podem ser switchs, hubs e routers.

• Cada switch/hub liga-se a vários computadores na sua própria zona, criando LANs que formam uma CAMPUS.

• É a estrutura implementada em situações em que existem vários pavilhões; em cada pavilhão existe um switch/hub/router que interliga todas as salas; em cada sala existe também um switch/hub/router.

• A grande vantagem desta tipologia reside no facto de permitir em caso de avaria detectar o sítio onde ocorreu.” (Sérgio, 2009)

Malha (mesh)

Esta topologia é utilizada em redes do tipo WAN. Os vários dispositivos interligam-se entre si formando vários caminhos alternativos.

• “Quando enviamos um pacote de dados, por exemplo um email, ele vai percorrer um dos muitos caminhos alternativos até ao destino. Ao enviar o pacote pela segunda vez existe a possibilidade dele não seguir o mesmo caminho; apesar de ter o mesmo destino e a mensagem ser a mesma.

• A grande vantagem reside na possibilidade de existirem vários caminhos disponíveis para atingir um destino.

• Tem como desvantagens a grande compexidade da rede e o preço dos equipamentos de interligação nos nós (routers).” (Sérgio, 2009)

Anel (Ring)

Nesta topologia os diversos equipamentos de redes encontram-se então ligados entre si formando anel fechado.

• “É usada em LAN, CAMPUS e MAN.

• Consiste em interligar os computadores em anel evitando colisões; os sinais passam sequencialmente de PC em PC e sempre no mesmo sentido.

• A fiabilidade é um dos principais problemas; no caso de se danificar o cabo todos os PC's deixam de ter comunicação, à semelhança do que se passa com a tipologia em barramento.

• Para lidar com a baixa fiabilidade existe a tipologia de duplo anel.” (Sérgio, 2009)

Topologias lógicas

Para lidar com a fraca fiabilidade de algumas das tipologias físicas são implementadas tipologias lógicas.

Existem 2 tipologias lógicas: Barramento, Anel.

Lógica em barramento (com topologia física em Estrela)

• “Trata-se de um tipologia em bus com a introdução de um HUB para interligar os PC's;

• Se um dos PC's avariar a rede continua a funcionar;

• O HUB contém um barramento interno o que causa uma diminuição da eficiência na presença de múltiplos pedidos.” (Sérgio, 2009)

Lógica em anel (com topologia física em Estrela)

• “O equipamento que interliga os PC's designa-se por MAU - Multistation Access Unit; este equipamento em vez de um barramento possui um anel interno;

• A grande vantagem reside na fiabilidade; se um cabo avariar apenas o PC respectivo perde a comunicação todos os outros continuam a dispor de rede;

• O MAU simula um anel sequencial com ligações ponto-a-ponto.” (Sérgio, 2009)

Topologias de rede sem fios

Estruturada

• “Os computadores ligam-se a um AP - Access Point e este controla todo o tráfego na rede;

• O  AP está ligado através de um cabo a uma rede e difunde o acesso através de uma área de cobertura circular.” (Sérgio, 2009)

AD-HOC

• “Os diversos computadores de uma rede ligam-se entre si formando uma rede;

• Não existem AP's;

• Cada computador funciona como um AP, sendo responsável por controlar o seu tráfego na rede;

• Os computadores que pretendam aderir a uma rede AD-HOC têm que estar na zona de alcance uns dos outros.” (Sérgio, 2009)

Diagramas de encaminhamento

Nas redes os pacotes de dados podem seguir vários caminhos. Existem três formas de encaminhamento de pacotes numa rede: BroadCast, MultiCast e UniCast.

• BroadCast- um emissor enviar os pacotes para todos os receptores em simultâneo. Ex: Transmissão de televisão

• MultiCast- um para muitos em simultâneo. Esta técnica é muito utilizada para prevenir sobre carga na rede, apenas um pacote é enviado mas capturado por vários sectores.

• UniCast- um emissor e um receptor. É estabelecida uma ligação ponto a ponto. Ex: visualizar vídeo no Youtube.

 

Modelo OSI

Dada a complexidade da comunicação em redes definiram-se modelos baseados em camadas. Um desses modelos é o OSI(open systems interconnection) da ISO(international standarization organization).

O Modelo OSI (Open Systems Interconnection) foi criado tendo como base um conjunto de normas universais. O Modelo OSI é um modelo padrão que possibilitou que vários fabricantes conseguissem inter-operar, formando-se assim um sistema aberto.

Trata-se de um modelo abstracto da comunicação entre sistemas e não um modelo de implementação. É um modelo flexível usado para descrever as redes e os respectivos serviços.

O Modelo OSI está dividido em 7 camadas:

7-Aplicação

6-Apresentação

5-Sessão

4-Transporte

3-Rede

2-Ligação de dados

1-Física

• Cada camada superior faz uso dos serviços da camada directamente inferior e presta serviços à camada directamente acima.

• Quando uma camada recebe dados (SDU - Servide DATA Unit) da camada imediatamente acima, a existência de um protocolo obriga à adição de informação de controlo (PCI - Protocol Control Information). O resultado obtido (PDU - Protocol Data Unit) é enviado para a camada directamente abaixo. Isto acontece em todas as camadas até que a primeira seja atingida.

• Este processo de adicionar informação ao passar pelas várias camadas chama-se encapsulamento.

• No lado do receptor o processo é inverso e chama-se desencapsulamento.

As camadas têm funções independentes no entanto garantem sempre a entrega da informação à camada seguinte num formato que esta seja capaz de interpretar:

• A camada física define a forma como os dados são convertidos fisicamente em sinais numéricos nos meios de comunicação (impulsos eléctricos, modulação da luz, etc.).

• A camada ligação dados define o interface com a placa de rede e a partilha dos meios de transmissão.

• A camada rede permite gerir o endereçamento e o encaminhamento dos dados, quer dizer o seu encaminhamento através da rede.

• A camada transporte está encarregada do transporte dos dados, o seu corte em pacotes e a gestão dos eventuais erros de transmissão.

• A camada sessão define a abertura e o fim das sessões de comunicação entre as máquinas da rede.

• A camada apresentação define o formato dos dados manipulados pelo nível aplicativo (a sua representação, eventualmente a sua compressão e a sua codificação) independentemente do sistema.

• A camada aplicação assegura o interface com as aplicações. Trata-se do nível mais próximo possível dos utilizadores, gerido directamente pelos softwares.

Modelo TPC/IP

Trata-se do que hoje chamamos Internet Reference Model ou simplesmente TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol).

O protocolo TCP/IP é usado quer em redes locais quer em redes de longa distância.

Uma das grandes vantagens reside no facto dos dados poderem seguir diferentes caminhos até ao destino independentemente da dimensão da rede.

O modelo TCP/IP á semelhança do modelo OSI define 4 camadas:

4-Aplicação

3-Transporte

2- Internet

1-Interface de rede

4-Aplicação

3-Transporte

2- Internet

1-Interface de rede

Cada camada tem a seguinte função:

• Camada Interface de rede: especifica a forma sob a qual os dados devem ser encaminhados independentemente do tipo de rede utilizado. Equivalente á camada 1 e 2 do modelo OSI.

• Camada Internet: é encarregada fornecer o pacote de dados (datagrama). Define o protocolo IP. Equivalente á camada 3 do modelo OSI.

• Camada Transporte: assegura o encaminhamento dos dados, assim como os mecanismos que permitem conhecer o estado da transmissão. Define o protocolo TCP.

• Camada Aplicação: engloba as aplicações standard da rede (Telnet, SMTP, FTP,…). Corresponde as camadas 5, 6 3 7 do modelo OSI.

Meios Físicos de Transmissão

Um meio físico de transmissão é o canal pelo qual é transmitida a informação. São classificados em dois tipos: Guiados (cabos) e os não Guiados (wireless ou sem fios).

Meios físicos de transmissão Guiados

O s cabos utilizados em redes de computadores são de dois tipos: Eléctricos e os ópticos.

UTP

STP

Fino

Grosso

Monomodo

Multimodo

Cabos eléctricos

Utilizam-se dois tipos de cabos: Coaxial e pares Entrançados

Cabo Coaxial – é usado sobretudo em redes locais de topologia física em bus ou barramento. Usado também na ligação da antena á televisão. Existem dois tipos de cabos coaxiais: Fino e o Grosso.

Fino – com blindagem simples, máximo de comprimento 185m, velocidade máxima de 10Mbps.

Grosso – com blindagem dupla, máximo de comprimento 500m, velocidade máxima de 10Mbps.

Pares entrançados

São os tipos de cabos mais utilizados em redes locais. Existem dois tipos de cabos de pares entrançados: UTP e STP.

UTP – Usado para interior, não possui uma camada metálica de protecção contra interferências electromagnéticas, máximo de comprimento 100m, com velocidade máxima de 1Gbps.

STP - Usado para exteriores, não possui uma camada metálica de protecção contra interferências electromagnéticas, máximo de comprimento 150m, com velocidade máxima de 1Gbps.

Cabos Ópticos

Outra vertente de cabos são as fibras ópticas conhecido por (FO). Numa FO é transmitida luz no seu interior através reflexão sucessivas. É utilizada sobretudo para grandes distâncias e quando é necessário altas velocidades de transmissão. Existem dois tipos de FO: Monomodo e multimodo.

Multimodo – Vários comprimentos de onda percorre a mesma fibra. Tecnologia mais barata (que a Monomodo), maior diâmetro e percorre distâncias mais curtas.

Monomodo – Apenas um comprimento de onda percorre a mesma fibra. Technologia mais dispendiosa, difícil instalação e menor diâmetro do que as FO Monomodo.