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ANRO – Avaliação das Necessidades de Rede numa Organização

Paulo Furtado Correia – [email protected]

PROGRAMA

• O que é uma rede ? • Componentes, objectivos, vantagens,

modelos de arquitectura• Topologias e classificação em

distância dos componentes• Transmissão – tipos de transmissão

de dados• Conceitos de Protocolos e Serviços

de Rede• Modelo OSI, exemplos de protocolos

da internet• Standardização e entidades• Meios físicos de transmissão• Transmissão sem fios• Standardização – Porquê e Entidades• O espectro electromagnético –

transmissão analógica e digital• Modulação digital e multiplexagem• Equipamentos de rede – Modem,

Repetidor, Hub, Switch, Bridge, Router, Gateway

BIBLIOGRAFIA

1-)Redes de ComputadoresJosé Gouveia, Alberto Magalhães10ª EdiçãoFCA

2-)Comunicação de Dados e Redes de ComputadoresPaulo Mónica1998CTI – centro de tecnologias - Bulhosa

3-)Computer NetworksAndrew Tanenbaum, David Wetherall5th Edition - 2011Pearson

4-) TCP/IP - Teoria e PráticaFernando Boavida / Mário BernardesFCA

5-) Computer Networking- Principles, Protocols and PracticeRelease 0.25Olivier BonaventureSaylor Foundation

6-) Introdução às redes de TelecomunicaçõesRui Sá3ª. EdiçãoFCA

7-) Redes Cisco para profissionaisMário Véstias4ª. EdiçãoFCA

8-) Redes CelularesSérgio PintoFCA

9-) Sites recomendados para leitura complementarEnciclopédia online http://en.wikipedia.orgPublicações da universidade de Aberdeen https://erg.abdn.ac.uk

10-) Cursos gratuitos Cursos gratuitos do MIT http://ocw.mit.edu/courses/index.htmCursos de Networking das melhores universidades mundiais https://www.edx.org/course?search_query=networking

AVALIAÇÃO

Exame escrito – 80%

Participação nas aulas – 20%

O que é uma rede de computadores ?R: É um conjunto de computadores ligados através de determinado suporte físico oumeio de comunicação destinados à transmissão de dados entre eles, de acordo comdeterminadas regras.

Rede EmpresarialRede Casa

Rede Móvel

Quais as componentes de uma rede de computadores ?R: Computadores (2 pelo menos), suporte físico e equipamentos (meio de transmissão),regras de comunicação (protocolos) e informação (dados)

Computadores

Suporte físico ou meio de comunicação

Transmissão de dadoscom regras

Quais os objectivos de uma rede de computadores ?R: Permitir que diversos computadores comuniquem entre si com partilha de recursosrentabilizando os custos envolvidos.

Partilha de ficheirosPartilha de periféricos (discos, impressoras, etc)

Facilitar centralização de administração e segurança

Dar suporte a aplicações de rede

Onde se utilizam as redes de computadores ?R: Na empresa, em casa, nas coisas, em mobilidade e socialmente destas formas (fixaou móvel).

Muitas empresas têm dados importantes online :

- Registos de Cliente;- Informação de produto;- Inventários;- Documentação financeira e de impostos, etc.

Sem uma Redes de Computadores (ex.):

- Um banco não conseguiria sobreviver mais de 5 minutos;- Uma fábrica de produção moderna, normalmente com linha de produção controlada por computador não

demorava mais de 5 segundos;

Com uma Rede de Computadores (ex.):

- Uma pequena agência de viagens ou um pequeno escritório de advogados funcionam melhor no acesso ainformação relevante e documentação centralizada instantâneamente;

- O acesso à informação não depende da “Tirania da Geografia”

Vantagens para empresas:

Partilha de recursos:Colocar programas, equipamentos e dados à disposição dos seus colaboradores

Aumento da fiabilidade

Através da replicação de fontes alternativas

Economia:

Mainframes são, em média dez vezes mais rápidos mas custam cerca de 50 vezes mais

Escalabilidade:

Possibilidade de adicionar componentes à rede facilmente mantendo a topologia , performance e a funcionalidade corrente, sejam computadores, sejam outros componentes.

Vantagens para as pessoas:

Acesso a informação remotabases de dados

Artigos

Portais temáticos com informação actualizada

Aplicações centralizadas

Comunicação pessoale-mail

chat

Videoconferência

Aplicações VoIP

Redes sociais

Entretenimento interactivojogos

Redes

FIXAS

Redes

MÓVEIS

Vantagens sociais:

Redes sociais – pessoas podem expressar opinião publicamente sobre qualquer assunto e obter confronto de ideias e respostas do seu grupo de contactos ou outro forum;

Manter pessoas em contacto permanente – interactividade entre pessoas ;manipulação de massas

Formato livre na informação partilhada – escrito, fotos, videos, misto

Redes FIXAS Redes MÓVEIS

Modelos de redes: modelos funcionais de comunicação entre computadores

• Cliente/Servidor

• Peer-to-Peer (par-a-par) – Application or Program Layer

• Broadcast (Difusão)

• Point-to-Point – Data Link Layer

• Point-to-Multipoint

Modelo Cliente/Servidor:

Clientes - Grupo de computadores dos utilizadores (PCs) que requisitam e recebem serviços de computadores especializados (Servidores)

Servidores - Computadores de grande desempenho optimizados para fornecer serviços de rede a outros PCs (Clientes)

máquina cliente máquina servidoraProcessocliente

Rede

Processoservidor

pedido

resposta

• Centralização das tarefas no servidor

• Maior facilidade de controlo de acessos

• Facilidade de controlo e segurança nos pontos únicos de falha

• Consistência dos dados• Aumento do desempenho -

Maior capacidade de desempenho dos servidores (processamento paralelo)

• Escalável • Melhorar

desempenho de servidores

• Aumento de número de clientes/servidores

• Dependência da estabilidade e rapidez da rede/servidor

• Sites de E-Commerce tradicional para compras online funcionam neste modelo


• Cliente/Servidor• Peer-to-Peer (par-a-par) – Application or Program layer

• Broadcast (Difusão) • Point-to-Point – Data Link Layer


Modelo Peer-to-Peer:

Cada Peer é um computador independente sem função especifica (cliente ou servidor). Pode ter ambas.

O serviço de Email é inerentemente a aplicação internet mais popular de redes Peer-to-Peer.

• Computadores de utilizadores operam em condições de igualdade (1 Computador = 1 Peer)

• Cada computador partilha os seus recursos, mas não existe um servidor especializado

• Cada computador funciona simultâneamente como cliente e/ou servidor

• Mais apropriado para redes pequenas

• Existem redes que suportam ambos os modelos (MS Windows NT)

• Exemplo – BitTorrent que não tem base de dados centralizada mas em que cada utilizador tem uma BD local e disponibiliza uma lista dos outros utilizadores no sistema. Um novo utilizador pode então através dessa lista aceder às BDs de outros utilizadores através de ligações peer-to-peer.

• Muito usadas para partilha de musica e videos.

• Outro exemplo são os leilões online no sentido em que cada utilizador pode comprar ou vender (OLX)







Modelo Broadcast (Difusão):

O mesmo canal de comunicação é partilhado por

todos os computadores.

• Único canal de comunicação, partilhado por todas as máquinas (computadores) da rede

• Necessário utilizar técnica de controlo de acesso à rede

• A comunicação é tipicamente numa única direcção

• As Mensagens curtas (pacotes) são enviadas por qualquer máquina, podendo ser: • Recebidas por

todas as máquinas - Broadcast

• Recebidas por um grupo de máquinas – Multicast

• As mensagens são enviadas para todos mas apenas um a receberá, os outros ignoram-na

• Apropriado para redes de menores dimensões

• Exemplo: topologia bus• Rádio online• TV online





• Point-to-Point – Data Link layer


Modelo Point-to-Point:

Possibilidade de haver várias ligações entre pares individuais de computadores.

• Caracterizado por várias ligações entre pares individuais de máquinas

• A transmissão de dados neste modelo é também chamada de unicasting - com exactamente um emissor e um receptor

• Percurso de um pacote, da fonte ao destino, poderá implicar a passagem por outras máquinas e por isso haverá necessidade de algoritmos/dispositivos de routing (encaminhamento) dos pacotes

• Redes de maiores dimensões, geograficamente distribuídas tendem a utilizar esta topologia

• Exemplo: topologia estrela







Modelo Point-to-Multipoint:

Um dos pares é o mesmo nas várias ligações e a comunicação é bidireccional, não broadcast que é unidireccional.

• Caracterizado por várias ligações entre pares de computadores mas um deles é o mesmo (tipicamente um router de alto desempenho)

• Redes de acesso de distribuição de serviços wi-fi ou redes móveis tendem a utilizar esta topologia

• Comunicação bidireccional• Utilizada tipicamente em

redes de acesso rádio (RAN) ou também “Backhauls” sem-fios

• Exemplo: topologia estrela

Classificação das redes em função da distância entre componentes (processadores)

PAN

LAN

WAN

MAN

Internetwork

Bluetooth para ligar o PC aos periféricos ou o headset ao telemóvel ou ainda o pacemaker, a bomba de insulina ou o aparelho aufditivo a um controlo remoto.RFIDpara controlo de stocks.

Redes empresariais cabladas ou sem fios (Wi-Fi). Ethernet sobre cablagem coaxial ou rede caseira com powerline sobre a rede eléctrica local.

Redes empresariais e caseiras tipicamente ligadas entre si através de fibra óptica constituindo várias subnets de uma cidade.

Redes empresariais ou até de ISPs (Internet Service providers) tipicamente ligadas entre si através de fibra óptica ou cabo submarino constituindo várias subnets entre continentes/países.

Internetworks - Redes de interligação de operadores de cabo, ISPs, operadores de telecomunicações, etc. tipicamente ligadas entre si através de fibra óptica constituindo a internet.

Tipos de transmissão de Dados numa rede

Transmissão apenas num sentido ou unidireccional.Nunca no sentido oposto.Ex. Alarmes de fogo ou detectores de incêndio.

Transmissão em ambos os sentidos mas apenas um sentido de cada vez.Ex. Walkie Talkies, Radio amadores na banda do cidadão.

Transmissão em ambos os sentidos e em simultâneo.Ex. Quaisquer redes de transmissão de dados comenvio e recepção de dados. Triple-Play de voz e dadosde telefone, TV e internet sobre o mesmo meio fisico.

Topologias de Rede

BUS (barramento) –modelo mais usual é o Broadcast neste tipo de redes. É facil de instalar e é económico porque usa menos cabo que as outras mas por outro lado é dificil mudar componentes, não tem tolerância a falhas e é dificil diagnosticá-las.

STAR (estrela) – todos os nós se ligam num ponto central que actua como concentrador. É fácil modificar componentes, as falhas são facilmente detectadas e só afectam o componente que falhou a não ser que o nó central falhe e aí cai a rede toda. No entanto, requer mais cabo para efectuar as ligações.

RING (Anel) – cada componente está ligado a 2 pontos da rede havendo um token que dá licença a um nó para transmitir reduzindo colisões. É optimizado o comprimento do cabo a usar não sendo necessário bastidores de distribuição de cablagem. A falha de um nó compromete toda a rede. Mensagens circulam por todos os nós. É mais dificil as reconfigurações.

MESH – todos os componentes se ligam a todos. Muito cabo usado, mais resistente a falhas nos componentes ou nas ligações embora seja muito caro e por isso pouco usada em redes grandes. Utilizada em redes com poucos componentes.

Hybrid (hibrida) – os componentes ligam-se no sentido de optimizar económicamente e fisicamente o cabo utilizado e no sentido de criar resistência a falhas nos nós, utilizando routeamentos alternativos em caso de falhas. Usada em configurações WAN que envolvem grandes distâncias entre nós. Normalmente interligam subnets de topologias diferentes em BUS e em estrela.

Tree (Árvore) – os componentes ligam-se em configuração de estrela mas hierarquicamente em vários niveis fazendo com que os nós centrais da estrela sejam distribuidos em estrelas de estrelas reduzindo os pontos de falha da centralização dos nós.

Regras para os componentes de rede comunicarem – Protocolos/Serviços

• Cada componente de uma rede comunica de uma determinada forma que pode ser diferente da dos outros componentes

• Através do meio físico, dispositivos de HW, processos de SW, ou até seres humanos ou coisas sem vida, podem comunicar entre si – Peers.

• Abstracção em Layers, em que cada Peer oferece serviços ao layer superior

• Comunicação física – linhas contínuas via meio fisico e via interface

• Comunicação virtual – linhas quebradas entre Peers do mesmo layer

• Cada Layer pede serviços ao layer inferior sem ter que saber como este os vai realizar

• Cada par de Peers do mesmo layer comunicam de acordo com as regras do protocolo que ambos conhecem em termos dos componentes das mensagens que apenas circulam via meio fisico

• Numero de layers necessário para transmissão de dados, varia de rede para rede

• Cada computador pode mudar o protocolo de um

determinado layer, desde que garanta o serviço prestado

ao layer acima.

Computador 2Computador 1

O Modelo OSI de referência

• OSI – Open Systems Interconnection – modelo concebido para standardizar internacionalmente as regras de comunicação, isto é, os serviços e protocolos entre 2 Nós de rede.

• O modelo tem apenas 7 layers porque cada layer

tem um nivel de abstracção para realizar uma função

diferente da dos outros e com 7 conseguem-se

cobrir todos os protocolos conhecidos e

standardizados com esta referência. Também porque

a informação através das interfaces deve ser

minimizada e simplificadas as arquitecturas

(layers e protocolos) não ficando demasiado pesadas.

• Genericamente, este modelo explica as regras que

cada layer deve cumprir

• Apenas os layers 4 a 7 são entre pontos terminais.

Os outros (1 a 3) podem envolver nós intermediários

de encaminhamento da informação

Datagrama:

O Layer Físico (1)

• Responsável pela transmissão de bits em

bruto sem nenhuma ordem através de um

meio fisico de comunicação

• Define as caracteristicas do sinal eléctrico

digital que simboliza um 1 ou um 0.

• Define se a transmissão é Simplex,

Half-Duplex ou Full-Duplex.

• Define como é estabelecida a ligação inicial e como é desligada quando os utilizadores acabaram a transmissão

• Define quantos Pinos o conector de rede tem e para que serve cada pino, para além do meio físico utilizado abaixo do layer fisico lógico (cabo coaxial, fibra, sem fios, etc.)

• Este layer tem já 2 protocolos possiveis (PHY – independente do meio fisico ou PMD - dependente do meio de fisico (com conectores especificos) – ambos codificam e descodificam sinais electricos em bits)

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

FísicoMeio físico de comunicação

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

Utilizador Utilizador

Envio e recepção de bitsCodificação de símbolos físicos

Controlo de fluxo e errosponto-a-ponto

Encaminhamento de informaçãoentre sistemas

Transporte fiável extremo-a-extremo

Controlo de Diálogo

Representação de dados

Aspectos de comunicaçãoespecíficos da aplicação

O Layer de Dados (2) – Data Link Layer

• A sua mais importante função é enviar uma sequência de bits em bruto sem qualquer erro – Controlo de erro. Isto é muito importante porque o layer 3 não controla.

• Controlo de fluxo – envio da informação em Tramas (conjuntos organizados de bytes de informação) em sequência.

• Adapta-se e tem a capacidade de se adaptar às possiveis diferentes velocidades de envio e recepção de Tramas que cada utilizador tem, podendo acumular informação num dos lados.

• Implementa protocolos de controlo de acesso ao meio fisico quando este é partilhado com vários canais de comunicação a transmitir informação. Define quando cada Peer pode enviar e receber informação.

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

Meio físico de comunicação

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1









LLC – Logical Link Control

MAC – Medium Access Control

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

RedeLigação de

Dados

Físico


Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

RedeLigação de

Dados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1









O Layer de Rede (Network Layer) (3)

• Responsável pelo roteamento dos pacotes de informação da fonte para o destino correcto encaminhando o pacote pela rota correcta

• Gere a possivel congestão devido a vários factores como velocidade de envio e recepção que podem ser diferentes nos 2 lados da comunicação, assim como da carga de pacotes a enviar e a receber

• A Qualidade de Serviço (QoS) é também uma responsabilidade deste layer e respectivos parâmetros tipicos de uma ligação de rede (delay, transit time, jitter, etc)

• Em redes Broadcast o layer de rede praticamente não tem importância porque não interessa escolher rotas para um determinado pacote – todas terão que conduzir o pacote a todos os destinos. Portanto, este layer é inexistente nestas redes.

• Este layer garante a interligação entre diferentes redes e até com protocolos diferentes porque utiliza endereços universais identificando univocamente todos os elementos de rede

• Utilização de tabelas de encaminhamento• Estáticas: caminho invariável

• Dinâmicas: caminho variável em função do estado da rede

• Delay (ou Latency) – tempo que demora um bit de dados para ser enviado entre um lado e recebido pelo outro

• Jitter – variação do delay na recepção do pacote de informação relativamente a uma referência de clock

• Transit time – tempo de trânsito do pacote nos nós de rede intermédios até chegar ao destino

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico


Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

Utilizador








O Layer de Transporte (Transport Layer) (4)

• Este layer tem a função de aceitar dados para transportar do layer acima, dividi-los em unidades (TPDUs) mais pequenas se necessário, passá-las para o layer de rede e garantir que chegam todas correctas ao outro lado

• Tem responsabilidade de controlo de erro e de fluxo ao nivel da sua unidade de informação (TPDU) que digamos que sendo uma função também do nivel 2, reforça estas funções numa ligação entre 2 pontos em unidades de informação mais agregadas e não apenas a nivel de trama (frame).

• Este layer transmite informação end-to-end, isto é, entre emissor e receptor propriamente ditos, não como nos niveis inferiores, que podem envolver muitos routers intermédios até a informação chegar ao destino.

• A transmissão é estabelecida independentemente da Qualidade das redesexistentes nos layers abaixo

• O controlo de erro, envolve detecção e correcção dos mesmos.

TPDU – Transport data unit ou também, um agregado de pacotes que é a unidade de transmissão de dados do layer de rede.

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico


Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

Utilizador








O Layer de Sessão (Session Layer) (5)

• Este layer permite que utilizadores em diferentes computadores estabeleçam sessões entre eles.

• Uma sessão oferece vários serviços como controlo de diálogo (quem deve transmitir), token management (prevenir que ambos os lados iniciem a mesma operação critica), sincronização (que em transmissões longas que “crasharam” possam retomar o ponto em que estavam, sem problemas)

• Neste layer é definido o tipo de comunicação se é simplex, half-duplex ou full-duplex. E também o tipo de media da sessão estabelecida (voz, video, dados interactivos, etc)

O Layer de Apresentação (Presentation Layer) (6)

• Este layer é responsável pela sintaxe e semântica da informaçãotransmitida e recebida

• Garante normalização de representação de dados transmitidos entre computadores diferentes

• Possibilita a comunicação entre computadores que utilizam formatos específicos de informação diferentes

• Trata da tradução da informação transmitida entre emissor e receptor.

• Traduz o nivel do sistema operativo das máquinas que podem ser diferentes e aí poderá existir a tal tradução da apresentação dos dados. Responsável pela Encriptação e compressão da informação trocada.

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico


Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

Utilizador








Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico


Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Ligação deDados

Físico

7

6

5

4

3

2

1

7

6

5

4

3

2

1

Utilizador








O Layer de Aplicação (Aplication Layer) (7)

• O layer de aplicação modeliza os protocolos mais conhecidos da internet em termos de browsing (HTTP), email (SMTP), transferência de ficheiros (FTP), etc.

• Todos os programas que envolvem comunicação com outros Peers local ou remotamente são modelizados por este layer que no fundo representa qualquer aplicação que envolva comunicação.

• Exemplos – Jogos, emulação de terminais (Telnet), etc.

Observações ao modelo OSI

• Os protocolos reais não têm necessáriamente que ter algo que especifique todos os layers. Por exemplo os protocolos usuais da internet não têm normalmente os layers de sessão e apresentação.

• O departamento de defesa dos EUA criou uma rede de investigação chamada ARPANET e devido aos concorrentes como a antiga União Soviética na detenção do controlo de redes mundiais, surgiu o modelo TCP/IP em que se baseia a internet de hoje, e sobre o qual todas as redes públicas são regulamentadas e standardizadas – mais real que o modelo OSI generico.

• Mesmo nas redes privadas, existe a tendência de standardização para ALL-IP para que haja uma facilidade maior na compatibilidade entre redes e seja mais economico ligar uma rede a outra qualquer, sem ser necessário gastar dinheiro em conversões de protocolos – integração de redes e sistemas.

• A maior parte das aplicações da internet não necessitam dos layers 1, 5 e 6.

Exemplos deProtocolos da internet

Porque é necessário standardizar ? Que entidades o fazem internacionalmente ?

• Os standards definem regras uniformes de estabelecer a interoperabilidade entre redes diferentes.

• P.ex. o standard 802.11 que especifica as regras das redes LAN de acesso Wi-Fi não define tudo, o que acontece com muitos outros standards. P.ex. Define muitas taxas de transmissão mas não diz quando um emissor deve usar que taxa.

• Isto faz com que os fornecedores se diferenciem nos pontos não definidos e cada um faz à sua maneira

• Os protocolos (no layer) são normalmente standardizados mas os interfaces não (são proprietários ou dependentes do fornecedor)

Vários fornecedores internacionais

Ex. Nokia, Ericsson, Cisco,

etc

Cada um com as suas ideias

que implementam protocolos à sua maneira

Sem coordenação e

acordos de standardização é o caos completo

Bons Standards permitem

aumentar a quantidade de computadores diferentes a comunicar

Quanto mais fornecedores no mercado aderirem aos standards, haverá mais economias de escala,

menores preços e mais competitividade e

interoperabilidade

Entidades que produzem standards

Meios físicos de transmissão

Cobre

• Mais económico• Fácil instalação• Mais susceptivel a interferências• A blindagem no STP serve para reduzir

interferências• Baixas velocidades de transmissão• Aplicações: telefone, LANs de desempenho

baixo• Repetidores necessários de 5 em 5Km

Cabo Directo (PC – Equipamento de Rede)

• Serve para ligar os computadores (terminais) a um concentrador de rede (hub, switch ou router)

• Tx refere-se aos pinos onde a informação é transmitida e Rx aos pinos onde é recebida

• Para se utilizar a rede com velocidades até 100 Mbps (100 Base-T Ethernet) utilizam-se todos os pinos. Para redes que transmitem até 10 Mbps (10 Base-T Ethernet) utilizam-se apenas alguns.

• Convém preparar a rede para operar a 100 Base-T desde inicio, senão depois há mais custos se quisermos mais tarde fazer upgrade.

• Existem várias categorias deste tipo de cabosmas as Cat5e e Cat6 são as mais vulgares sendo esta ultima usada nas Gigabit Ethernet

• Cada par de pinos utiliza-se para transmitir em cada direcção

• Os pares com mais tranças (4,5,7,8) permitem mais qualidade, menos interferências e mais velocidade (Gbit ethernet)

• As ligações dos pinos explicam-se à direita

Par entrançado• UTP – Unshielded

Twisted Pair (não tem isolamento e é mais usual)

• STP – Shielded Twisted Pair

Pino 1

Tx+ Tx- Rx+ Tx+ Tx- Rx- Rx+ Rx-

10

Base-T

10

Base-T

10

Base-T

10

0 B

ase-T

10

0 B

ase-T

10

0 B

ase-T

10

0 B

ase-T

10

Base-T

Cabo Cruzado (PC – PC)

• Serve para ligar redes mais simples de poucos PCs com 2 ou 3, apenas com respectivamente 1 ou 2 placas de rede

• Abaixo a explicação das ligações dos pinos

Cabo Rollover (PC- Eq. de Rede)

• Utilizado como o directo mas usando a porta-série do PC com DB9 e ligando do outro lado por RJ45 ou USB mas invertendo completamente a posição dos pinos


Cabo Coaxial

• Maior imunidade a interferência que cobre • Blindagem (esta pode gerar diferentes

potenciais electricos se não for ligada à terra pelos terminadores)

• construção concêntrica

• Maiores velocidades de transmissão que o cobre

• Centenas de Mbit/s em alguns Kms

• Aplicações: TV por cabo, ligações telefónicas de longa distância, LANs

• Há várias especificações sendo a mais usual a RG-58 ou Thin Ethernet Thinnetusando conectores BNC (British Naval Connection) de 50 Ω

• Mais frequente nas redes de topologia em Bus e para absorver o ECO que pode ser gerado, utlizam-se terminadores nas extremidades do cabo.

• Elementos muito caros desde o cabo até aos terminadores.

• Existem também derivadores em Y, em T, etc.

• O cabo em si é pesado e de dificil instalação

• Maior blindagem, maiores velocidades de transmissão e maiores distâncias nos troços de rede que o Cobre.


Fibra Óptica

• Transmissão de raios ópticos a uma dada frequência • Conversão de sinal eléctrico em luz • (Transmissão - lasers, leds; Recepção -

fotodiodos) • Componentes das fibras – vidro • Tem a espessura de um cabelo• Menor tamanho e mais leve

• Um cabo com 9,18mm com 12 pares de fibra óptica a 140 Mbps pode transmitir a mesma informação que um de cobre de 73mm com 900 pares entrançados

• Imunidade a interferências - Não são afectadas por campos electromagnéticos externos nem ruídos – condutividade nula

• Grandes velocidades de transmissão (entre 10 e 15 MHz) (maior largura de banda) 2 Gbit/s em dezenas de Kms

• Larguras de Banda até 100 Gbps• Atenuação baixa - Maior espaçamento entre

repetidores (50 Km)• Mais caro que os outros meios mas a

instalação é mais barata• O mais moderno e utilizado meio fisico de

comunicação em redes MAN e superiores, porque mesmo os cabos submarinos têm fibras ópticas

• Taxa de Erro na transmissão muito baixas –meio mais fiável

• Resistentes a baixas ou altas temperaturas – sem risco de fogo

• Sensivel a dobras ou vincos, e riscos na face do conector, excesso de cola ou falta de polimento da face

• Transmissão full-duplex requer 2 fibras ou 2 bandas de frequência na mesma fibra

Tipos de Fibras Ópticas

• Monomodo :• Apenas um único raio de luz percorre a fibra devido a um

núcleo DE MENOR DIÂMETRO com um índice de refracção diferente;

• Mais adequadas para grandes distâncias (até 100 Km) sem amplificação

• Multimodo :• Percorridas por vários raios de luz desfasados (até 500) em

amplitude, frequência e fase;• Maior diâmetro do núcleo• Usadas para pequenas distâncias (até 2,2 Km)

Emendas em caso de dobra ou quebra

• Mecânica

• Por fusão

Processo de montagem de um conector óptico ao cabo de fibra

• Preparação do Cabo• Montagem do conector• Cura da resina• Polimento• Testes Ópticos

Transmissão sem fios (Wireless)

Standard 802.11 do IEEE

• Meio de comunicação é o ar• Ondas Rádio e Infravermelhos - LANs• Microondas - Satélites e Celulares

• Técnologia recente e com rápida expansão

• Velocidades de transmissão já são altas• + Velocidade de Transmissão =>> +

Frequência (+ Atenuação)• Aplicações:

• Locais de difícil instalação de cablagem• Utilizadores com actividades que implicam

deslocações frequentes• Instalações temporárias• Maior facilidade de difusão de mensagens

• A partir de 60 GHz (6x10⁹Hz -Microondas), o oxigénio da atmosfera absorve as radiações, não sendo possivel comunicar a não ser para curtas distâncias.

• Para redes Wi-Fi a norma é a 802.11B (2,4GHz=2,4x10⁹Hz)• 802.11N é usada para distribuição de

conteúdos multimedia usa ambas as bandas de frequência (2,4 e 5 GHz) e pode por isso garantir maior penetração de paredes não muito espessas, sendo melhor nas redes domésticas ou empresariais wireless.

Espectro electromagnético

RadiaçõesMais longasMenos FortesMenor frequênciaMaior comprimento de ondaMenos penetrantesPara comunicações de longa distância

RadiaçõesMais curtasMais FortesMaior frequênciaMenor comprimento de ondaMais penetrantes de edificiosMais perigosas para os seres vivosPara comunicações de curta distância

O espectro electromagnético

• Frequência (f) = Numero de oscilações / seg (Hertz)

• Comprimento de onda (λ) = distância entre 2 pontos consecutivos repetidos na mesma onda (metro)

• Velocidade de propagação da luz no vácuo (c) = 3x10⁸ m/seg

• Velocidade de propagação da luz no Cobre/Fibra desce para 2/3 do valor acima ~ 2x10⁸ m/seg

• No vácuo existe a seguinte relação matemática:

λ . f = c

• Para se ter uma ideia real, ondas de 100 MHz têm cerca de 3 metros de comprimento – ondas de Radio.

• Microondas têm cerca de 30cm (1000 MHz) etc.

• A baixas frequências, as ondas de rádioatravessam bem obstáculos mas a potênciacai (a 1/r 2) à medida que a distância da fonte aumenta.

• A altas frequências, as ondas de rádio, oujá na banda das microondas, tendem a propagar-se em linha recta e a pulsar forados obstáculos. A potência vai reduzindo e o sinal recebido depende muito das reflexõesao longo do caminho.

ITU

Amplitude da onda

Transmissão analógica e Digital

• A voz é um sinal analógico que ao longo dos tempos de modernização das redes se tornou digitalizada

• Os equipamentos responsáveis por esta digitalização da voz chamam-se CODECs

• Redes de dados transmitem apenas bits (´0´ e ´1´) não sendo necessários Codecs porque as fontes de informação já são digitais. E se houver fontes de voz (analógicas) então usam-se CODECs para codificar e descodificar a voz.

• Tipicamente a largura de banda de um canal de voz ocupa cerca de 4KHz • abaixo deste valor haveria informação importante que se

perdia sem ser possivel sintetizar no destino

• acima deste valor não há informação relevante para uma vez sintetizada, o ouvido humano entender

• A largura de banda digital usada com CODECs pode ser de 64Kbps (G.711)ou 32 Kbps (G.726) dependendo do número de bits usados para codificar, respectivamente 8 ou 5.

• As recomendações G.132 e G.151 do ITU-T indicam a banda atribuída ao sinal de voz de 300 - 3400 Hz

• Transmissão em banda de base (usando um único canal) através de PCM – Modulação digital (Pulse Code Modulation)

Co

dif

icad

or

Descodificador

Red

e

Transmissão em banda de base e modulação em sinal digital

Como transmitir os dados de uma fonte num meio de transmissão ?

• Depois do sinal codificado (em cima) é necessário transmiti-lo ao longo da rede para que depois seja reconstruído na recepção novamente em bits.

• Capacidade de transmissão do meio atribuída a um único canal

• Transmissão de sinal codificado – várias formas de modulação digital

• Melhor adaptação das propriedades do sinal a transmitir às características do meio de transmissão

• A mais usual forma de modulação digital é usar um sinal de voltagem positiva para o “1” lógico e negativa para o “0” lógico:• Ex. - Numa fibra óptica a existência de luz é o “1” e a

ausência de luz, o “0” lógico

• O sinal transmitido pode sofrer alterações devido a várias razões:

• Atenuação devido ao meio de transmissão;• Distorção pelo canal;• Ruído adicionado.

por isso, é necessário modula-lo para que seja depois mais fácil reconstruí-lo no destino da transmissão, utilizando o algoritmo inverso da modulação – desmodulação.

• Há outros tipos de modulação digital baseada em:• Amplitude (ASK – Amplitude Shift Keying) (b)• Frequency (FSK – Frequency Shift Keying) (c)• Phase (PSK – Phase Shift Keying) (d)

(a) Sinal digitala transmitir

(b) Sinal digitalmodulado em ASK

(c) Sinal digitalmodulado em FSK

(d) Sinal digitalmodulado em PSK

Multiplexagem de dados a transmitir

Como transmitir os dados de várias fontes num meio de transmissão ?

• Banda Larga - Capacidade de transmissão do meio atribuída a mais do que um canal - melhor aproveitamento do meio de transmissão:

• FDM - multiplexagem na frequência (Banda Portadora) de sinais analógicos

• TDM - multiplexagem no tempo de sinais digitais

• TDM / FDM - ex. Redes móveis - sistema GSM (Global System for Mobile communications)

• WDM - multiplexagem no comprimento de onda (cor) - transmissão de diferentes cores (canais) na mesma fibra óptica. Suporta velocidades na ordem dos Gbps

• Partilhar o mesmo meio de transmissão – sem-fios, cobre, cabo ou fibra – com vários canais multiplexados

• FDM – utilizada nas redes sem-fios (802.11), redes de cabo e redes móveis na arquitectura 4G.

• TDM – utilizada nas redes telefónicas (PSTN) e redes móveis. Neste tipo de multiplexagem, as fontes de transmissão têm que estar sincronizadas em relação a uma referência de relógio comum.

• Analogia • FDM- Vários pares de pessoas em conversas a diferentes tons de voz, umas

mais graves outras mais agudas que se entendem

• TDM – Vários pares de pessoas num mesmo espaço, em conversas espaçadas no tempo falando uma de cada vez por par

• WDM – utilizada em redes de fibra óptica. Usam-se transponders para converter os sinais electricos digitais em sinais ópticos com determinados comprimentos de onda (cores) ou densificar as fontes em comprimentos de onda mais diferenciados (DWDM – Dense WDM)

FDM - Frequency Division Multiplexing

TDM - Time Division Multiplexing

WDM - Wavelength Division Multiplexing

Equipamentos de rede – MODEM(layer fisico + dados)

Como transmitir os bits de uma fonte num meio de transmissão ?

• Transformam uma sequência de bits digital num sinal electrico modulado que representa os bits (efectuam modulação/desmodulação)

• Bit Rate - velocidade de transmissão dos bits de informação da fonte transmissora em Bits/segundo

• Baud Rate (ou simbolos por segundo) –velocidade de transmissão dos simbolos –depende do número de bits por simbolo

• Os Modems transmitem de acordo com uma determinada norma, de codificação de simbolos num conjunto de bits e vice-versa.

• A maior parte dos modems transmitem 2400 baud (2400 simbolos/seg) e dependendo da norma, teremos diferentes bit rates consoante o numero de bits/simbolo usados:• 1 bit/simbolo => bit rate de 2400 bps• 4 bits/simbolo => bit rate de 4800 bps

• Modems mais sofisticados têm correcção de erroe usam mais alguns bits por simbolo com transmissão full-duplex:• 14 bits/simbolo => bit rate de 33600 bps (V.34 bis)

Modems xDSL

• Maiores velocidades de transmissão em linhas telefónicas analógicas (infra estruturas existentes)

• Utilização de modems específicos• Suporta 3 canais:

• Downstream (Rede Utilizador),• Upstream (Utilizador Rede)• Telefone

/sentido

Exemplos domésticos

• Rede de acesso ADSL doméstica• Por limitações fisicas do meio (cobre), as larguras de banda

conseguidas a pequenas distâncias entre o NID (Network Interface Device) e a central local vão até cerca de 8 Mbps ou um pouco mais.

• Rede de acesso FTTH doméstica• Com fibra temos velocidades que podem ir até aos Gbps.

• Ao contrário do ADSL sobre cobre, a fibra é passiva, ou seja, não necessita de electricidade para amplificar ou transmitir dados.

• Utiliza-se a multiplexagem em comprimento de onda (WDM) em que um dos comprimentos de onda serve para o DOWNSTREAM e outro serve para o UPSTREAM que depois é dividido para as várias casas utilizando um splitter óptico que no fundo faz a desmultiplexagem de comprimentos de onda

Equipamentos de rede – Repetidores

(layer fisico)

• Regeneram (amplificam/repetem) sinal

• Não processam sinal

• Expandem o sinal para além dos limites fisicos dos meios de transmissão que sendo ultrapassados atenuam o sinal

• Mas ampliam tudo, incluíndo o próprio ruido que por ventura seja introduzido

• Mais usuais em redes Wi-Fi ou Fibra óptica

Equipamentos de rede – Hub(layer fisico)

• Concentrador de tráfego de diferentes terminais – um Hub liga os vários fios electricamente como se estivessem todos soldados

• 1 Terminal - 1 Porto• Muitos têm função de repetidor - Nível Físico

(1) • Utilizados para ligar computadores de uma

mesma LAN• Podem existir colisões entre as várias

fontes ligadas a um Hub, se não houver cuidado no acesso ao meio, pelos vários terminais, transmitindo em simultâneo

• Muito frequente em redes Ethernet• Em redes com tráfego intenso, convém

substituir o Hub por um Switch para evitar colisões e que todos os receptores tenham acesso à informação enviada para o Hub

• Sem repetidor, o loop Terminal-Hub não deve exceder os 100m em redes Ethernet 10Base-T com 10Mbps, com cabo “twisted pair”, portanto em caso de se pretender uma rede 100 Base-T 100Mbps, os troços não podem exceder 100m.

• Funcionam normalmente em Half-Duplexpara reduzir as colisões

Equipamentos de rede – Bridge(layer de dados)

• Identificam o endereço de destino para reencaminhar as tramas para os segmento de rede apropriado:• Se o endereço de destino = endereço de fonte => descartar trama;

Senão => reencaminhar a trama para o endereço de destino;Se o endereço de destino não existe => reencaminhar a trama para todos os endereços (broadcast) excepto o endereço de fonte.

• Verificam a existência de erros nas tramas• Interligam fisicamente várias LANs criando-se uma LAN

lógica podendo comportar várias VLANs;• Equipamentos menos modernos que os Switches:

• Utilizam SW em vez de Firmware como nos Switches;• Operam a menores velocidades que os Switches• Apenas utilizam o algoritmo de encaminhamento

Store&Fwd (armazenar + verificar erros + enviar)• Têm menos portos que um Switch;• Apenas funcionam em Half-Duplex• Podem ocorrer colisões em cada segmento de rede

• Store & Forward – ao receber uma trama, guarda-a num buffer e verifica se tem erros via CRC. Se o CRC detectar um erro, ou a trama for demasiado pequena ou grande (64 a 1518 bytes) é descartada. Senão, é enviada para o seu destino – MAC address. Bom método em termos de detecção de erros mas torna lenta a operação da Bridge no envio da informação.

Equipamentos de rede – Switch

(layer de dados)

• Tal e qual um Hub, tipicamente com 4 a 48 portos para RJ45 “twisted pair”

• Identificam as tramas de informação e enviam-nas (encaminhamento de tramas) para o porto a que se destinam para que a máquina aí conectada as receba;

• Segmentam a rede em secções de diferentes larguras de banda (Ex. Ethernet) normalmente em formato Estrela

• Vantagens em relação ao Hub:• Sem perigo de colisões porque actua ao nivel 2 usando o endereço de destino

• Várias tramas podem ser enviadas simultâneamente por diferentes portos

• Se houver tramas para o mesmo porto, provenientes de várias origens, o switch pode ter “buffering”

• Funcionam em Full-Duplex gerindo melhor a capacidade ou largura de banda da rede configurada para cada nó

• Exemplo – cada nó do switch terá uma ligação a um MAC address e um endereço IP, podendo assim ser feita a comutação das tramas para os destinos correctos.

• Algoritmos de encaminhamento de tramas num Switch:• Store & Forward – ao receber uma trama, guarda-a num buffer e verifica se

tem erros via CRC. Se o CRC detectar um erro, ou a trama for demasiado pequena ou grande (64 a 1518 bytes) é descartada. Senão, é enviada para o seu destino – MAC address. Bom método em termos de detecção de erros mas lento no envio da informação.

• Cut-Through – ao receber uma trama, lê o MAC address do destino e envia-a de imediato não verificando erro nenhum. Bom método em termos de rapidez no envio da informação mas não detecta erros.

• Adaptative Cut-Through – método misto que utiliza um ou outro dos anteriores conforme haja muitos (Store&Fwd) ou poucos erros (Cut-Through).

• Fragment-Free – Este método antes de enviar a trama, verifica o MAC address do destino e se a trama está completa (64 bytes). Não detecta erros

Equipamentos de rede – Router

(layer de rede)

• Asseguram a comunicação e interligação entre diferentes redes lógicas ou VLANs:

• Ex. Interligam Ethernet e Token Ring

• Ex. Interligam a internet com os seus vários protocolos como TCP/IP com redes domésticas ou empresariais

• Encaminham pacotes (layer 3), não tramas (layer 2)

• Utilizam-se para segmentar as redes grandes em redes mais pequenas, lógicas, interligando tecnologias de rede diferentes, diminuindo as colisões, gerindo a congestão e qualidade de serviço, melhorando a performance das redes.

• Existem 2 tipos de routers:

• Estáticos – utilizam o caminho mais curto através de rotas lógicas estáticas sem considerar o volume de tráfego;• Se houver alterações nas redes interligadas, tem

que haver intervenção manual na configuração dos routers.

• Dinâmicos – utilizam o caminho mais rápido mesmo que seja por vários troços na rede e verificam o volume de tráfego; • Se houver alterações nas redes interligadas os

routers adaptam-se informando os outros peers das alterações às tabelas de encaminhamento.

Equipamentos de rede – Gateway(layer de transporte (4) ou aplicação (7))

• Conversor de protocolos entre diferentes redes• Ex. Ao nivel de transporte uma máquina que implementa

TCP/IP precisa de se ligar a outra que funciona com protocolo SCTP (similar ao TCP ou UDP), recebe os TPDUs do TCP/IP e reconverte-os no formato SCTP

• Ex. Ao nivel de aplicação, uma email-gateway de uma LAN pode ter que converter o formato email para SMS numa rede móvel ou para o protocolo de email da internet (SMTP)

• Diferentes redes podem ter diferentes politicas de configuração de qualidade de serviço (QoS)• Ex. Uma rede consegue implementar QoS porque tem MPLS

e a outra a que se pretende ligar

implementa Best-Effort

(comunicação que utiliza a largura

de banda que estiver disponivel)

- É um problema que as gateways

têm que ter em conta para manter

a performance da rede.

anro –avaliação das necessidades de rede numa...

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