Topologias de Redes

A topologia de uma rede é devida a vírios factores, desde restricções nas capacidades do equipamento utilizado até às caracteràsticas das tecnologias utilizadas. A organizaçã o das redes pode reduzir-se a 3 casos tipo que são a topologia em barramento ou bus, topologia em estrela ou star, e a topologia em anel ou ring.


Barramento (Bus)


Como nos computadores, numa rede o barramento é um caminho de transmissão de sinais, estes são largados e lidos pelos dispositivos cujo endereço foi especificado. No caso de uma rede com esta topologia em vez de sinais temos pacotes de dados, cujo cabeçalho contém o endereço do destinatírio. Na figura seguinte pode ser visualizada uma topologia em barramento, que consiste num cabo com dois pontos terminais e com diversos dispositivos ligados ao barramento (cabo).



Numa rede em barramento todos os dispositivos estão ligados directamente à linha por onde circulam os pacotes, pelo que todos os dispositivos da rede vêm os pacotes. Cada dispositivo da rede tem um endereço único, que permite através da anílise dos pacotes seleccionar os que lhe são destinados.


Existe uma forma ligeiramente mais complexa desta topologia, e denominada barramento distribuido ou topologia em írvore. No barramento distribuido o barramento começa num ponto denominado raiz e apó s esse ponto partem vírios ramos que têm ligados os dispositivos que compõeem a rede. Ao contrírio da topologia em barramento simples esta disposição tem mais do que dois pontos terminais. O ponto de onde saiem os ramos é obtido por um simples conector, na figura seguinte pode ver-se a topologia de barramento distribuido.



Estrela (Star)


Como o nome indica esta topologia tem a forma de uma estrela, e consiste em vírios cabos que unem cada dispositivo a um ponto central. As redes Ethernet a 10 Mbps (10Base-T) são baseadas numa estrutura em estrela, e onde cada dispositivo da rede estí ligado a um hub 10Base-T por um cabo de par entrançado (ou RJ45).



Para que uma rede tenha topologia em estrela não é necessírio ter uma disposição em forma de estrela, é necessírio somente cada dispositivo da rede estar ligado por um cabo pró prio a um ponto central. A topologia em estrela distribuida é um pouco mais complexa que a topologia em estrela simples, pois neste caso existem multiplos pontos de ligação centrais, como se pode ver na próxima figura.



Anel (Ring)

Na topologia em anel cada dispositivo os pacotes circulam por todos os dispositivos da rede, tendo cada um o seu endereço. O fluxo de informaç ão é unidireccional, existindo um dispositivo (hub) que intercepta e gere o fluxo de dados que entra e sai do anel. A tecnologia token ring aparece usualmente com esta topologia.



Nas redes em estrela os diversos dispositivos estão ligados a um hub central tal como na rede em estrela, mas as ligações fisicas entre o hub e os diversos dispositivos formam uma rede em anel, como se pode ver na figura seguinte. Esta topologia fisica é utilizada nas redes Token-Ring da IBM. Os hubs utilizados neste tipo de rede tem de possuir uma certa inteligência, para, em caso de corte do anel o hub consiga fazer um novo anel. Nos dias que correm as topologias em estrela e suas derivadas são as preferidas dos instaladores de redes pois são as que mais facilitam a adição de novos dispositivos de rede.

Caracterização das Redes

As redes podem caracterizar-se quanto à sua dispersão geogrífica em três tipos principais que são LAN (Local Area Network) , MAN (Metropolitan Area Network) e WAN (Wide Area Network).

LAN

LAN é o acrónimo de Local Area Network, é o nome que se dí a uma rede de carícter local, e onde estão ligados alguns sistemas numa írea geogrífica pequena. Normalmente uma LAN estí enquadrada num escritório ou numa empresa não dispersa geogríficamente. As tecnologias principais que uma LAN pode utilizar são a Ethernet, o Token Ring, o ARCNET e o FDDI ("Fiber Distributed Data Interface").

O FDDI alarga a extensão de uma LAN para uma írea geogrífica muito maior do a habitual com Ethernet, o que pode trazer um incremento no numero de utilizadores do sistema. Numa LAN Ethernet é normal ter-se somente 4 ou 5 utilizadores, enquanto que numa LAN que utilize FDDI podem existir algumas centenas de utilizadores.

Existe um conjunto de aplicações tipicas que estão no servidor de uma LAN, e permitem aos utilizadores da rede correr as aplicação remotamente. Os utilizadores da LAN podem utilizar diversos serviços desde a impressao até à partilha de ficheiros. O acesso a ficheiros, nomeadamente para leitura e/ou escrita é gerida pelo administrador da LAN. Um servidor de LAN pode também ser configurado como servidor de web, sendo conveniente tomar as devidas precauções.

MAN

MAN significa em inglês Metropolitan Area Network. Esta rede de carícter metropolitano liga computadores e utilizadores numa írea geogrífica maior que a abrangida pela LAN mas menor que a í rea abrangida pela WAN. Uma WAN normalmente resulta da interligação de vírias LAN numa cidade, formando assim uma rede de maior porte, pode inclusive estar ligada a uma rede WAN. O termo MAN é também usado para referir a ligação de vírias redes locais por bridges (este procedimento pode ser denominado de bridging), por vezes este tipo de MAN é referida por campus network. Existem vírias cidades que possuem redes metropolitanas de vírios tamanhos como Londres, Lodz, Genebra, etc.

WAN

WAN significa Wide Area Network, e como o nome indica é uma rede de telecomunicações que estí dispersa por uma grande í rea geogrífica. A WAN distingue-se duma LAN pelo seu porte e estrutura de telecomunicações. As WAN normalmente são de carícter público, devido à sua dimensão, mas podem eventualmente ser privadas e consequentemente alugadas. Duas ou mais redes separadas por uma grande distância e interligadas, são consideradas uma WAN.

Tecnologias utilizadas nas redes

Ethernet


A Ethernet é a tecnologia mais utilizada nas redes locais, tendo sido especificada pela norma IEEE 802.3, foi inicialmente desenvolvido pela Xerox vindo posteriormente a ser desenvolvido pela Xerox, DEC e Intel. Uma rede Ethernet utiliza normalmente cabo coaxial ou par entrançado, permitindo normalmente velocidades até 10Mbps (10Base-T). Os diversos dispositivos que estão ligados à rede competem pelo acesso à rede através do protocolo CSMA/CD ("Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection"). Os dispositivos Ethernet possuem um endereç o de 6 bytes (48 bits) que é atribuido por uma entidade central por forma a não haver endereços repetidos.

Existe a Ethernet rípida também denominada 100BASE-T que proporciona a transmissão a velocidades até 100Mbps. É tipicamente usada para sistemas de backbone que suportam workstations com acessos à rede de 10Mbps. Como a sua congenere 10Base-T a Ethernet rípida utiliza também o protocolo CSMA/CD para acesso ao meio. O protocolo CSMA/CD tem uma propriedade muito interessante que permite aumentar ou diminuir o tamanho da rede sem que a performance e fiabilidade da rede se degradem o que facilita a sua gestão. Estí especificada na norma IEEE 802.4u.


A passagem de 10Base-T para 100Base-T é fícil uma vez que ambas utilizam o protocolo CSMA/CD. Muitos dos adaptadores de rede suportam comunicaçõ es a 10 e 100Mbps sendo a detecção da velocidade feita automíticamente. A passagem de 10 Mbps para 100 Mbps reduz o tamanho míximo que a rede pode ter, para um comprimento míximo de 500 metros a 10 Mbps passa-se para cerca de 200 a 100 Mbps. Para se conseguirem distâncias superiores a 205 metros numa rede a 100 Mbps é necessírio instalar repetidores em cada 200 metros.


Presentemente estão a ser desenvolvidas novas normas dentro desta tecnologia. A primeira é a Gigabit Ethernet (também conhecida como 1000Base-T ou 802.3z), e permitirí aumentar a velocidade de transmissão para 1000 Mbps. Foi desenvolvida para funcionar com os mesmos cabos que a 100Base-T de forma a que qualquer upgrade serí barato e fícil de realizar. Até ao momento a rede de 1000 Mbps é utilizada como backbone das redes de 100 Mbps, mas à medida que o tecnologia evolui as redes de 1000 Mbps tornar-se-ão mais comuns.


Estí também a ser desenvolvida uma outra norma conhecida como 10 Gigabit Ethernet, que serí baseada nas normas Ethernet precedentes, serão necessírios cabos de maior capacidade (fibra óptica e cabos coaxiais de elevada capacidade), o que irí permitir velocidades de 10000 Mbps.

ARCNET

A ARCNET é uma tecnologia para LAN desenvolvida pela Datapoint Corporation. A ARCNET utiliza o protocolo token-bus para gerir o acesso à rede dos diversos dispositivos ligados. Neste tipo de rede circulam constantemente pacotes vazios ( frames) no barramento, cada pacote chega a todos os dispositivos da rede mas cada dispositivo só lê o pacote que contém o seu endereço. Quando um qualquer dispositivo pretende enviar uma mensagem insere um "token" num pacote vazio onde também insere a mensagem (o token pode ser simplesmente um bit que é posto a 1). Assim que o dispositivo a quem se destina a mensagem a lê faz reset ao token (põe-no a 0) para que o pacote possa ser utilizado por outro dispositivo. Este processo é bastante eficaz com um grande volume de trífego uma vez que todos os dispositivos têm a mesma oportunidade de usar a rede.


A ARCNET pode usar cabo coaxial ou fibra óptica, podendo o comprimento de cada segmento de cabo ir até cerca de 600 metros, e o comprimento total da rede pode ir até cerca de 6km sem perda de Largura de Banda que é de 2,5 Mbps. Das 4 principais tecnologias de LAN (Ethernet, Token Ring, FDDI e ARCNET), a ARCNET é a mais barata de instalar.

FDDI

A FDDI (Fiber-Distributed Data Interface) destina-se à transmissão de dados por fibra óptica para redes locais (LAN). As redes desta tecnologia podem ter uma extensão míxima de 200 km e podem suportar milhares de utilizadores. Com velocidades de transmissão de 100Mbps, costumam ser utilizadas na ligação de 2 ou mais LANs.

As redes FDDI têm uma topologia dupla em anel, que consiste em dois aneis fechados e onde os pacotes viajam em direcções opostas nos aneis. Ambos os aneis podem transportar dados ao mesmo tempo, mas o anel primírio é utilizado no transporte de dados enquanto o secundírio funciona como backup. Caso se utilizem os dois aneis para transporte de dados, a capacidade da rede para passa para 200 Mbps, e a distância míxima diminui para 100 km.

O FDDI é um producto do American National Standards Committee, e foi desenvolvido de acordo com o modelo OSI (Open Systems Interconnect) de camadas funcionais. As redes FDDI também são conhecidas como ANSI X3T9.5

O FDDI tem 4 tipos de nós distintos, o DAS ( Dual-Attached Stations ), o SAS ( Single-Attached Stations ), o SAC ( Single-Attached Concentrator s ), e o DAC ( Dual-Attached Concentrators ). Os nós DAS e DAC ligam-se em ambos os aneis, enquanto os nós SAS e SAC ligam-se somente ao anel primírio. Caso um cabo seja danificado ou uma ligação falhe, o nó DAS ou DAC nos extremos da quebra/falha farí o roteamento dos dados por forma a passarem pelo anel secundírio no local da falha, mantendo assim a rede a funcionar. O principal problema da FDDI é o preço, uma vez que os adaptadores e cabos são relativamente caros quando comparados com tecnologias com a mesma velocidade.

O FDDI-II é uma outra versão de FDDI mas com a capacidade acrescida de um serviço de comutação de circuitos de forma a permitir a transmissão de sinais de voz pela rede. Entretanto estão a ser conduzidos esforços para a interconexão de redes FDDI às redes SONET ( Syncronous Optical NETwork ) ainda em desenvolvimento.

Token ring

Uma rede token ring é uma LAN na qual todos os computadores estã ;o ligadas em anel ou em estrela. Nesta rede é usado um bit ( ou token ) por forma a evitar colisões de dados entre computadores que pretendem enviar mensagens ao mesmo tempo. O protocolo token ring é o segundo mais utilizado em LANs depois do protocol o Ethernet. O protocolo token ring da IBM deu origem a uma versão normalizada, vindo a ser especificada como IEEE 802.5. O protocolo IEEE 802.5 permite a transmissão de dados a velocidades de 4 ou 16 Mbps.

Neste tipo de redes existem pacotes vazios que circulam permanentemente na rede. Assim que um computador pretende enviar uma mensagem insere um token num pacote vazio, o que pode consistir somente na mudança de um 0 para 1 de um bit algures no pacote, a seguir é inserida a mensagem nesse pacote e o destinatírio. O pacote é examinado por cada computador, até que chega a vez do destinatírio da mensagem que copia então a mensagem do pacote e muda o token para 0. Quando o pacote chega de novo ao emissor este ao ver que o token estí a 0 sabe que a mensagem foi recebida e copiada, removendo então a mensagem do pacote. O pacote continua a circular vazio pronto para ser agarrado por um computador que necessite de enviar uma mensagem.