Figura 1 Taxas de transmissão entre as redes

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1 Conceitos de Redes Locais A função básica de uma rede local (LAN) é permitir a distribuição da informação e a automatização das funções de negócio de uma organização. As principais aplicações que requerem alto poder de processamento e redes locais de alta performance para troca/compartilhamento de dados e compartilhamento de recursos incluem o processamento de imagens, reconhecimento de voz, videoconferência e aplicações multimídia. Uma rede local (LAN Local Area Network) pode ser definida como uma rede de comunicação que interconecta uma variedade de dispositivos e fornece um meio para a troca de informação entre esses dispositivos, dentro de uma área geográfica relativamente pequena, tal como um edifício ou um campus. Já uma rede de longa distância (WAN Wide Area Network) é aquela que cobre uma área geográfica grande, requer atravessar caminhos públicos e depende, pelo menos em parte, de circuitos fornecidos por concessionárias de comunicação. Existe também o conceito de rede metropolitana (MAN - Metropolitan Area Network), que abrange uma área maior que a LAN, de diversos blocos de edifícios ou campus dentro de uma mesma cidade, mas é menor que a área de uma WAN. Figura 1 Taxas de transmissão entre as redes A figura anterior compara as distâncias abrangidas por esses tipos de redes e as taxas de transmissão utilizadas, em comparação com um sistema de computação com multiprocessadores (redes SAN). Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 1

2 Aplicações de Redes Locais e Redes Metropolitanas Redes Locais com computadores pessoais É um tipo de rede local muito comum, onde computadores pessoais são conectados para utilizar aplicações departamentais, ferramentas de gerenciamento de projeto e acesso à Internet. Possui baixo custo de conexão, oferecendo compartilhamento de recursos computacionais como discos e impressoras. Redes Locais do tipo backend e SAN (Storage Area Network) Redes do tipo backend são usadas para interconectar grandes sistemas, tais como mainframes, supercomputadores e dispositivos de armazenamento em massa. Oferece alta capacidade de transmissão de dados (> 100Mbps) para um número limitado de equipamentos localizados em uma pequena área. Esse tipo de rede oferece técnicas de acesso ao meio de transmissão que garantem um acesso eficiente e confiável. Um conceito relacionado com redes do tipo backend é a rede local para dispositivos de armazenamento (SAN Storage Area Network). Uma SAN é uma rede para conexão de unidades de disco com grande capacidade, bibliotecas de cartuchos de fitas, torres de CDs, etc. As figuras seguintes mostram a diferença entre uma rede utilizando dispositivos de armazenamento dedicados e uma rede de servidores com acesso a uma rede de dispositivos de armazenamento. Figura 2 Rede com dispositivos dedicados Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 2

3 Figura 3 Rede com dispositivos de armazenamento Redes Locais de alta velocidade para automação de escritório Embora seja possível implantar uma única rede local para interconectar todos os equipamentos de informática, normalmente são criadas redes locais departamentais, com custos menores, que são interconectadas por uma rede denominada de backbone. Para conexão de redes locais dentro de um edifício ou grupo de edifícios, uma rede local com alta performance pode fazer o papel do backbone. Para distâncias maiores, soluções de redes metropolitanas podem fazer o papel do backbone. Figura 4 - Conceito de Backbone Local Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 3

4 Arquitetura de Rede Local Podemos considerar dentro da organização de uma rede de computadores a existência de três grupos de equipamentos de informática: Computadores pessoais e estações de trabalho; Servidores; Mainframes ou computadores de grande porte. Uma abordagem de conexão desses três tipos de equipamentos que se tornou mais comum é a utilização de duas ou três camadas de redes locais. Dentro de um departamento, uma rede local com taxa de transmissão moderada e de baixo custo conecta computadores pessoais e workstations. Essas redes locais departamentais são interconectadas por uma rede local do tipo backbone (ou simplesmente backbone), que possui capacidade de transmissão superior. Além disso, sistemas compartilhados são também suportados por esse backbone. Os computadores de grande porte são conectados por uma rede local de alta performance, conectada ao backbone, para permitir o tráfego com outros servidores e as redes departamentais. Figura 5 - Redes Locais Hierarquizadas Implantação de Redes Locais Um importante aspecto da hierarquização de redes locais é a forma com que as tecnologias de redes locais chegam em uma empresa. A primeira forma é Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 4

5 denominada de bottom-up, onde a necessidade de informatização cresce dentro de um departamento, sem integração com aplicações que são processadas por computadores de grande porte. Um cenário que está se tornando bastante comum é o projeto de redes locais utilizando a estratégia top-down. Nessa abordagem, a organização decide planejar toda a implementação de redes locais, com decisões centralizadas, garantindo a interconexão entre os usuários, mas que, muitas das vezes não atende às necessidades de prazo que esses usuários necessitam. Redes de Computadores e Internet Nos ambientes de computação distribuída utilizados atualmente, as organizações necessitam de uma solução para conectar redes locais que estão geograficamente distribuídas. Uma das soluções adotadas é o uso de redes privativas virtuais (VPN Virtual Private Network). Uma VPN é uma rede segura, que utiliza criptografia para transporte dos pacotes em túneis criados dentro de uma rede pública, geralmente a Internet. Essa solução oferece segurança e baixos custos de implementação e operação, por utilizar a infra-estrutura já disponível da Internet. Figura 6 - VPN Existe uma outra forma de interconectar as redes locais geograficamente distribuídas de uma organização. A figura seguinte mostra uma rede local em um ambiente distribuído. O tráfego da Internet passa por um firewall que garante a Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 5

6 política de segurança da organização. Um link para uma WAN privativa, usando um roteador, interconecta as redes locais da organização através de um meio físico (par metálico, fibra óptica, etc). Figura 7 - Aplicações em LAN Topologias de Redes Locais Os aspectos relevantes que determinam a natureza de uma rede local são a topologia da rede, o meio de transmissão utilizado e a técnica de controle de acesso ao meio. No contexto de uma rede de comunicação, o termo topologia refere-se ao modo como os dispositivos clientes/servidores conectados à rede estão conectados. As topologias comuns para redes locais são: Barramento (bus), Árvore (Tree), Anel (Ring) e Estrela (Star). Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 6

7 Figura 8 - Topologias de redes locais Topologia em Barramento A topologia em barramento é uma simplificação da topologia em árvore. Ambas são configurações em multiponto, ou seja, existem mais de um dispositivo conectado ao meio físico de transmissão. Existirá interferência de sinais no meio físico de transmissão se um ou mais dispositivos transmitirem simultaneamente. A mais antiga técnica de acesso a um meio físico de transmissão compartilhado é a técnica de polling, onde uma estação mestra pergunta a cada uma das estações escravas se existe dado a transmitir. Mas esta técnica vai de encontro aos conceitos de sistemas distribuídos e nega a comunicação entre duas estações escravas. Um outro fator que deve ser levado em conta em redes multiponto é o balanceamento dos sinais. Nesse tipo de rede, a injeção de diversos sinais simultaneamente no meio físico deve ser realizada de modo que esses sinais não sejam distorcidos, para que possam ser reconhecidos pelos receptores existentes nos destinatários. A figura seguinte mostra a seqüência de transmissão de um frame em uma rede com topologia em barramento. Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 7

8 Figura 9 - Transmissão de frame em uma rede em barramento Topologia em Anel Um anel consiste de um determinado número de repetidores, cada um conectado a dois outros através de circuitos de transmissão unidirecionais, formando um único caminho fechado. Os dados são transmitidos seqüencialmente através do anel, de um repetidor para o outro. Cada repetidor regenera e retransmite cada bit. A figura mostra a transmissão de um frame em uma rede com topologia em anel. Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 8

9 Figura 10 - Transmissão de um frame em rede em anel Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 9

10 Repetidores Para que um anel funcione como uma rede de comunicação, três funções são requeridas: Inserção de dados, Recepção de dados e Remoção dos dados. Essas funções são fornecidas pelos repetidores. Um repetidor pode assumir três estados diferentes de operação: Escuta, Transmissão e Bypass. A figura seguinte mostra os estados de operação de um repetidor em uma rede em anel. Figura 11 - Possíveis estados de um repetidor em uma rede em anel No estado de escuta (Listen state), cada bit que é recebido é retransmitido com um pequeno atraso. Esse atraso normalmente possui a duração de transmissão de um bit. Nesse estado, as seguintes funções são executadas: Verifica a passagem de bits em busca de determinados padrões de seqüência; Copia cada bit endereçado à estação enquanto continua a retransmitir cada bit; Modifica cada bit enquanto este passa pelo repetidor. Quando uma estação possui dados a transmitir e tem permissão para tal, o repetidor entra no estado de transmissão (Transmit state). Ocorrem duas possibilidades: 1. Os bits retirados do anel são do mesmo frame que o repetidor está transmitindo, no caso do comprimento em bits do anel ser menor que o comprimento do frame; 2. Em algumas estratégias de controle, um frame pode estar sendo transmitido, enquanto outro pode estar sendo recebido. Esses dois estados, escuta e transmissão, são suficientes para a operação do anel. O estado de bypass (Bypass state) é utilizado para retirar uma estação do anel em caso de problema, ou para retirar uma estação desativada do anel com o objetivo de aumentar a performance. Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 10

11 As principais vantagens da topologia em anel são: Como o anel é um conjunto de circuitos ponto-a-ponto, o sinal de transmissão é regenerado a cada repetidor e maiores distâncias podem ser cobertas; A tecnologia eletrônica e a manutenção de circuitos ponto-a-ponto são mais simples do que as linhas multiponto. Algumas desvantagens da topologia em anel são: Vulnerabilidade dos cabos pode paralisar toda a rede; Falhas em um repetidor pode paralisar toda a rede; A instalação de um novo ponto para estação pode paralisar toda a rede; Deve existir um mecanismo para inicialização do anel. Topologia em Estrela Nesse tipo de topologia existe um nó central ao qual estão conectados todos os outros computadores da rede. As principais características desta topologia são: A conexão de uma nova estação não paralisa a rede, basta que o nó central tenha capacidade de expansão; A performance da rede depende da capacidade de processamento do nó central e da taxa de transmissão de cada link; A falha de um link não paralisa toda a rede. Ref: MetroRED, Cisco, Colcher, Soares e Lemos 11