Arquitetura de redes

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Categoria: Oceano Web

Atualização: Domingo, 14 Junho 2009 17:30

Autor: vovó Vicki

Acessos: 37779

Se você leu o artigo O que é uma rede? então já sabe que, para conseguir criar uma, é preciso interligar as máquinas que a compõem.

Para interligar as máquinas podemos utilizar fios condutores (de cobre ou de fibra ótica), ondas de rádio, microondas, etc. Os cabos de par trançado são parecidos com fios de telefone e os cabos coaxiais se parecem com os cabos da sua ligação de TV a cabo. As ondas de rádio funcionam como no seu telefone celular ou sua conexão com a Internet via rádio, as microondas como no seu forno de microondas (e talvez também no seu celular). Os cabos de fibra ótica você provavelmente nunca viu, mas, com certeza, está fazendo uso deles na telefonia ou na área médica há mais tempo do que imagina.

Mas, na prática, como são feitas as ligações entre as máquinas? No caso dos cabos, precisamos ligá-los a conectores; microondas e ondas de rádio precisam de emissores e receptores. Por sua vez, tanto os conectores quanto os emissores/receptores precisam se conectar às respectivas máquinas. Esta conexão é conseguida através de saídas seriais ou através de placas acessórias, que são conectadas à placa mãe das máquinas. Para exemplificar, vamos começar com um modelo bem simples, ligando dois computadores através de suas portas seriais.

Rede Null-Modem (ou ligação direta)

As saídas seriais são portas de comunicação que permitem ao computador receber e enviar dados. O uso típico de uma saída serial é para o mouse, um periférico que possui um cabo com um conector na extermidade. Ao ligar o mouse a uma saída serial do computador é possível habilitar uma "conversa" entre os dois.

Uma saída serial (denominada de RS232C ou V24) tem 25 pinos, cada um deles com uma função específica. Os pinos que nos interessam no momento são:

• Pino 2: para sinais que saem do computador
• Pino 3: para receber sinais enviados ao computador
• Pino 7: terra do sinal

Pois bem, conhecendo um mínimo das portas seriais podemos conectar dois computadores diretamente e criar uma rede denominada "null modem". Basta usar um par de fios para conectar o pino 2 da saída serial do computador A (envia) ao pino 3 da saída serial do computador B (recebe) e conectar o pino 2 do computador B (envia) ao pino 3 do computador A (recebe).

Se conectarmos duas máquinas iguais, com o mesmo sistema operacional, é provável que se entendam: são gêmeas e funcionam de modo idêntico (têm a mesma configuração). Se forem máquinas diferentes, com sistemas operacionais diversos, basta fazer com que estes computadores falem a mesma "língua" (usem o mesmo protocolo de comunicação) para transmitir uma "conversa" através do cabo. E isto é tudo que se precisa para que a rede funcione

Placas de rede

Se quisermos ter um controle melhor e mais sofisticado das comunicações na nossa rede, podemos optar pelo uso das placas de conexão.

As placas de rede são encaixadas na placa-mãe, se "entendem" com o computador através dela e fornecem um conector onde se pode ligar o cabo de rede. Optando por esta arquitetura, ao invés de se preocupar em identificar corretamente os pinos das saídas seriais, basta instalar as placas de rede e interligá-las com um cabo (coaxial ou de par trançado) para, novamente, obtermos uma rede de dois computadores.

Modem

:idea: Já que não é preciso mais do que uma placa de conexão e fios (cabos) para ligar um computador numa rede, porque não aproveitar a imensa extensão de cabos que já existem para outros fins para transmitir dados entre computadores?

Esta idéia não é nova e a rede de telefonia mundial já é utilizada há muito tempo para a transmissão de dados. Para poder fazer uso dos cabos telefônicos como cabos de rede, é preciso que seu computador possa ser conectado a eles. A forma de "ligar" um computador à rede de cabos telefônicos também não é excepcional: usa-se uma placa de conexão chamada Modem. Aliás, o termo modem vem de MOdulador/DEModulador. Esta placa de conexão transforma (modula) a "conversa do computador A" em "voz de telefone" e esta "voz de telefone" é transmitida através dos cabos da rede telefônica até chegar ao computador B. O computador B, também equipado com um modem, recebe a "voz de telefone" e a transforma (demodula) em "conversa de computador".

Taí... este é mais um tipo de rede e, como sempre, nada mais é do que duas máquinas trocando informações.

Topologia de rede

A esta altura do campeonato já sabemos que uma rede é um conjunto de computadores e de periféricos (impressoras, scanners, câmeras, etc) que estejam conectados por algum meio, que a conexão pode ser direta (através de cabos) ou indireta (através de um modem) e que os diversos componentes da rede se comunicam através de um conjunto pré-definido de sinais (os protocolos).

Os componentes de uma rede podem estar numa mesma sala ou espalhados nos diversos setores ou andares de um prédio. Podem estar a quilômetros de distância um do outro e conectados através de linhas telefônicas dedicadas, microondas ou qualquer sistema que permita uma troca de dados. Podem até estar espalhados pelo mundo afora, conectados através de algum meio de comunicação de longa distância. A distribuição (layout) da rede, ou seja, os componentes e a maneira como estão conectados, é denominada de topologia de rede.

LAN (Local Area Network)

Se colocarmos uma máquina ao lado da outra, ligadas por meio metro de cabo, fica fácil entender que temos uma rede local. Digamos que as máquinas estejam mais distantes, cada uma delas numa sala diferente: apesar de precisarmos alguns metros de cabo a mais, ainda assim temos uma rede local.

As redes locais são denominadas de LAN (Local Area Network) e seus componentes (máquinas) geralmente têm o mesmo tipo de conexão (cabos).

WAN (Wide Area Network)

Se os componentes de uma rede estiverem espalhados por várias salas ou em cidades diferentes, geralmente estão agrupados em diversas LAN. Estas LAN podem ser agrupadas numa estrutura maior, denominada de WAN (wide area network).

As WAN são compostas por duas ou mais LAN, geralmente interligadas por linhas telefônicas exclusivas de alta velocidade ou por cabos de fibra ótica.

WAN composta por várias LAN

Topologias das LAN

A variedade de topologias da LAN é grande, mas três delas são as mais usadas: bus, ring e hub.

Topologia Bus

A rede bus é a mais simples porque possui uma única via principal de comunicação. Cada máquina da rede é ligada ao cabo principal, chamado de bus (é o ônibus mesmo, porque é a via de transporte coletivo ) através de um componente denominado transceptor ou caixa de junção. O bus também é chamado de backbone porque lembra a coluna vertebral humana com suas costelas. De cada transceptor sai um cabo, geralmente curto, que é conectado ao adaptador de rede (placa de rede) de uma máquina.

Uma das vantagens da rede bus é que ela permite o uso de bus de alta velocidade quando se utiliza, por exemplo, um cabo de fibra ótica para o backbone e cabos menores e mais lentos entre os transceptores e as máquinas.

Outra vantagem é que, geralmente, a rede continua funcionando mesmo que uma das placas de rede de uma das máquinas esteja com problemas. Isto ocorre porque o transceptor mantém o tráfego através do backbone mesmo que a máquina correspondente não esteja conectada.

As duas extremidades do bus são bloqueadas com um bloco de resistores ou um componente elétrico semelhante para marcar eletricamente o fim do cabo. É como se evitasse um "vazamento"...

Cada máquina conectada à via de comunicação tem um número identificador especial (ou endereço) para que possa receber a informação que trafega pelo bus. A máquina com endereço A "pega" apenas as informações destinadas ao endereço A.

A maioria das máquinas conectadas ao bus podem enviar e receber dados. Estas mensagens sempre contém o endereço do destinatário.

Rede peer-to-peer: variação da rede bus

Muitas LANs de pequeno porte, onde são usados cabos coaxiais ou cabos de par trançado, têm uma topologia bus simplificada. O princípio é o mesmo da rede bus, apenas não existem os transceptores. Estes são substituídos por conectores em forma de T.

Cada máquina é conectada diretamente ao cabo principal (bus) através do conector T (geralmente um conector BNC) e este é conectado diretamente à placa de rede da máquina. As duas máquinas que estiverem nas extremidades da rede recebem um resistor simples numa das pernas do T para marcar eletricamente o fim da rede e evitar "vazamentos".

Esta rede máquina-a-máquina (peer-to-peer) não é capaz de suportar as mesmas altas velocidades de uma rede bus com backbone, principalmente devido ao tipo de cabo que é utilizado. Os cabos coaxiais ou de par trançado são mais simples e mais baratos, porém mais lentos. Durante muito tempo, as redes peer-to-peer estavam limitadas a uma velocidade de transmissão de 10 Mbps (megabits por segundo). Hoje já é possível contar com transmissões de 100 Mbps com as placas de rede Fast Ethernet.

Outra característica dessa topologia é que, quando uma máquina é desconectada (a placa de rede "pifa" ou o cabo se desconecta do T), a rede toda pára pois o backbone fica interrompido.

A vantagem de uma rede peer-to-peer é sua simplicidade. Para adicionar novas máquinas à rede, basta instalar uma placa de rede e conectar a nova máquina num ponto lógico do bus.

Outra grande vantagem dessa topologia é seu baixo custo - provavelmente é a rede mais barata que existe.

Topologia Ring

Apesar do que o nome indica - Ring ou Anel - esta topologia não é uma rede de topologia bus onde as extremidades se encontram para se fecharem em anel.

O termo Anel gera confusão. Ring ou Anel se refere à arquitetura da unidade central que controla as mensagens ou sinais da rede. Numa rede token ring, a unidade de controle central é chamada de MAU (media access unit). A MAU tem um circuito em anel dentro dela - o que dá o nome à topologia da rede. É este circuito que funciona como um bus.

Topologia Hub

Uma rede hub (núcleos) usa um cabo principal como a rede bus, o qual é denominado de backplane. Desse backplane saem cabos que se conectam aos hubs. Um hub é uma caixa contendo diversas portas nas quais as máquinas da rede serão ligadas. Os cabos que vão até os núcleos de conexão (hubs) são chamados de drops.

As redes hub podem ser muito grandes, usando um backplane de fibra ótica de alta velocidade e drops Ethernet ligeiramente mais lentos para conectar os hubs que habilitam grupos inteiros de máquinas.

As redes hub também podem ser pequenas, com alguns hubs apoiando algumas máquinas conectadas entre si através de cabos Ethernet padrão.

As redes hub são as preferidas para instalações de grande porte, em parte porque são fáceis de instalar e manter. Também são os sistemas de menor custo quando se trata de redes grandes.

O backplane pode se estender por distâncias consideráveis, assim como nas redes bus, enquanto que as portas, ou pontos de conexão, geralmente estão agrupadas num conjunto localizado em caixas ou painéis.

WAN e Gateways

Como já foi citado na arquitetura de redes, várias LAN podem ser combinadas numa entidade única denominada WAN. As WAN (wide area network) geralmente são compostas por duas ou mais LAN (local area network) através de conexões de alta velocidade (linha telefônica ou cabos dedicados).

Na entrada de cada LAN, uma ou mais máquinas funcionam como um elo entre a LAN e a WAN e são chamadas de gateways. Portanto, podemos definir um gateway como sendo a interface entre uma LAN e uma WAN. Eles são responsáveis pela transferência de dados da sub-rede (LAN) onde residem para o gateway de outra sub-rede.

O encaminhamento de dados entre sub-redes é denominado de roteamento. A descrição das rotas possíveis entre as máquinas da própria rede para outras redes fica armazenada em tabelas de roteamento no computador roteador. Os roteadores também têm a função de encontrar rotas alternativas quando a rota habitual não funciona devido a um congestionamento ou problema de transmissão. Os gateways emitem constantemente sinais entre si para testar a qualidade e a velocidade de transmissão para "achar rotas trafegáveis".

Um gateway entre duas LAN funciona de modo semelhante e é denominado de bridge (ponte).

Roteadores

As LAN podem ser conectadas a uma WAN através de um gateway que gerencia a passagem de dados entre a LAN e o backbone da WAN. Mesmo que a LAN e a WAN utilizem protocolos de comunicação diferentes, os roteadores conseguem estabelecer a conexão entre elas.

Numa configuração simples, utiliza-se um roteador para executar esta tarefa.

Bridge (ponte)

As pontes são utilizadas para interligar duas LAN que usam o mesmo protocolo de comunicação. As pontes não são influenciadas pelo tipo de conexão física que é utilizada. Elas podem interfacear uma LAN de cabos coaxiais com uma LAN de par trançado, ou mesmo uma de fibra ótica. Contanto que o protocolo seja o mesmo, a ponte funciona adequadamente.

Se duas LANs pertecerem a uma mesma organização e existir muito tráfego entre elas, é preferível conectá-las através de uma ponte. Desta forma evita-se o tráfego do backbone da WAN e melhora-se a performance da comunicação entre as LAN. Em serviços como Telnet e FTP, a diferença de velocidade usando uma ponte ao invés de um backbone sobrecarregado pode ser muito significativa.

Finalmentes

Bem, pessoal, é isso aí. Como texto introdutório para iniciantes, acho que está de bom tamanho. Espero que tenham gostado.