Redes de Computadores Tecnologias topologias Endereamento de hardware

Redes de Computadores Tecnologias, topologias, Endereçamento de hardware e Frames Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 1

Introdução • Comunicação Ponto a Ponto – um meio físico para cada par de computadores – modelo adotado pelas primeiras redes • Canais compartilhados de Comunicação – início dos anos 70 – LANs – meio compartilhado entre vários computadores Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 2

Pacotes, Frames e Detecção de Erros • Pacotes: pequenos blocos de dados enviados individualmente pelo sistema de rede. Por que? – coordenação na transmissão entre emissor e receptor. – acesso compartilhado de vários computadores à rede. • Frames: “pacote” especifico para uma determinada tecnologia de rede (frame ethernet, frame ATM) • Detecção de Erros – Bits de Paridade – Checksum – Cyclic Redundancy Check Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 3

Tecnologias e Topologias de Redes • Tecnologias: como computadores enviam pacotes pela rede. (ethernet, token ring, FDDI, ATM, Local. Talk) • Topologias: distribuição física e lógica dos computadores em uma determinada rede. (barramento, estrela, anel) Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 4

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Tecnologia Ethernet • Hoje a mais utilizada – balanço entre velocidade, custo e facilidade de instalação. – aceitação no mercado de computadores e existência de bom suporte. – Padrão definido pelo IEEE. • A que topologia pertence ? Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 6

Ethernet - Barramento Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 7

Ethernet - Estrela Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 8

Ethernet - Mista Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 9

Cabeamento Ethernet • Quatro tipos de cabos mais usados hoje: – 10 Base 5 : coaxial grosso (thick ethernet) – 10 Base 2 : coaxial fino (thin ethernet) – 10 Base. T (UTP) : par trançado – 10 Base. FL : fibra óptica • ambientes com interferência • 2 km de distância • 100 Mbps Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 10

1 - Tecnologia Token Ring • Passagem de Token – padrão de bits que difere de um frame normal de dados. • Apenas um computador transmite por vez. • Quando um token chega, o computador o retira do anel e transmite o dado (frame). • O frame continua pelo anel até voltar a origem. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 11

Tecnologia Token Ring • O nó gerador “reconhece” (Acknowledge) o frame. • Tempo de “viagem” do token: 1 mseg ! – Token é pequeno – controlado pelo hardware do anel. • IBM Token Ring: 16 MBps. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 12

Exemplo - Token Ring Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 13

Token Ring Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 14

Token Ring • MAU (Multi. Station Access Unit) - IBM 8228 – 10 portas • 8 p/ nós • 2 p/ encadeamento (RI - Ring In; RO - Ring Out) • Max. 260 nós Até 33 MAU’s – Comprimento anel: • Rede com uma MAU e 3 nós. Cada nó dista 100 metros da MAU Comprim. Anel = 600 m Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 15

FDDI • Fiber Distributed Data Interface – 100 Mbps. – 500 estações / 200 km de extensão. – Timed-token: cada estação tem garantido um tempo de acesso a rede (no startup) – Fibra óptica – Contém duas fibras (uma é backup) – Rede “self-healing” Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 16

Exemplo - FDDI Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 17

Como funciona: Ethernet • • • Não há uma “central” de coordenação. Xerox - início anos 70 (1973 - Bob Metcalf) Ethernet: 10 Mbps Fast Ethernet: 100 Mbps. Pode haver colisão. Como controlar ? Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 18

Fluxo de dados na Ethernet Comprimento máximo da ethernet: 2500 m distância max. percorrida por 64 bits (10 Mbps) sem colisão Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 19

CSMA • Carrier Sense with Multiple Access – esquema de coordenação distribuída – Atividade elétrica no cabo determina status. – Se nenhum computador envia frames: não há portadora (carrier). – Se algum computador transmite: há portadora. – Se não há portadora, a placa transmite um frame! Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 20

CSMA • Se há uma portadora, a placa espera p/ enviar seu frame. • Tecnicamente: – Verificar a presença de uma portadora chamase: carrier sense ! – Usar a presença de sinal para transmissão por vários computadores: Carrier Sense with Multiple Access Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 21

Colisão • O que acontece se, na ausência de portadora, dois computadores decidem transmitir simultaneamente? – Colisão (interferência) ! • Qual o mecanismo de Recuperação ? – CSMA/CD – CD: Colision Detection (and Back. Off) Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 22

Tratando a colisão • Ao sentir a colisão (alteração anormal na voltagem, pela placa), o computador espera. • Mas se ambos computadores esperarem o mesmo tempo para retransmitir: nova colisão ! • Usar um delay de no máximo d. • Selecionar um valor randômico! Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 23

Evitar colisões múltiplas • Se houver nova colisão, duplica-se o tempo de delay ! • Binary exponential Backoff : ato de dobrar o tempo de delay a cada colisão Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 24

2 - Endereçamento de Hardware e Frames • Meio físico compartilhado por muitos computadores. • Sinal chega a vários, além daquele a qual é especificamente destinado. • Como identificar este computador específico? – Frames ! Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 25

Endereçamento físico Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 26

Formato de Endereços Físicos • Estáticos: pré-estabelecido pelo fabricante. • Configuráveis: manual, na EPROM. • Dinâmicos – Endereço determinado quando a estação é ligada. Pode tentar valores aleatórios até encontrar algum que não seja usado por outro computador na rede. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 27

Frames • Permitem a identificação do conteúdo do dado a ser transmitido. • Composto por “campos” Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 28

Frame Ethernet Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 29

Tipos de Frames Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 30

Erros de Transmissão • Raios, variações na corrente elétrica, interferências eletro-magnéticas, etc. – Alteram o valor do dado. – Interpretação errada. • Mecanismos de verificação de erros – Paridade – Check. Sum – CRC Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 31

Verificando a Paridade • Bit de paridade • Paridade Par: – O transmissor configura o bit de paridade para 0 ou 1 de forma que o nro total de bits 1 (incluindo o próprio bit de paridade) seja par – o bit de parid. para 0100101 é 1. • Paridade Ímpar: análoga. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 32

Check. Sum • Dados são tratados como uma seqüência de inteiros sobre os quais é calculada uma soma. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 33

Limitações do Check. Sum Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 34

CRC - Cyclic Redundancy Check • Implementado em Hardware – registrador de deslocamento + porta Xor • melhor que checksum • Cada bit muda dramaticamente o resultado final. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 35

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3 - Conectividade. • Estendendo uma LAN – Repetidores (Repeaters) – Pontes (Bridges) – Switches – Roteadores (Routers) – Gateways – Hubs Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 37

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Repetidores • “Pega” um sinal e o repete ! • Não apenas amplifica, tenta também regenerá-lo (eliminando ruídos) • Corresponde a camada 1 do modelo ISO – Camada Física • Não tem a mínima noção da idéia de Frame – o sinal é elétrico – portadora Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 40

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Bridges • Mais inteligente que um repetidor – Camada 2 (Data Link) do modelo ISO – Entende o formato do Frame, portanto, é específica para uma determinada tecnologia – Pode tomar decisões inteligentes • Filtra Frames – Reduz tráfego na rede Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 43

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Filtragem de Frames • Bridge possui CPU, memória e duas placas de rede. • Aprendizado adaptativo. (spanning tree algorithm) • “Observa” a rede em modo promíscuo (aceita para análise todos os frames que chegam a ela). Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 45

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Uso de bridge - 1 Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 47

Uso de bridge - 2 Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 48

Um “ciclo” de Bridges Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 49

Hubs • Inicialmente: um concentrador de fiação • Hubs mais modernos – stack (pilhas de hubs): max 10 (IBM) – SNMP (Simple Network Management Protocol) • gerenciamento remoto do hub – Portas “bufferizadas”: armazena frames – filtragem de pacotes: descarta frames ruins – agem como repetidores – Cada né detém uma porção da largura de banda total da capacidade de transmissão do HUB ! Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 50

HUB Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 51

Switches • Tem a aparência de um hub – HUB: age como um longo fio compartilhado – SWITCH: simula uma rede com várias bridges! • • Permite comunicação em paralelo aumentam performance da rede agem também como um filtro Store-Forward qd um pacote chega, lê o header e o repassa ao segmento destino ( – Funcionam na camada 2 e 3 (Layer 3 Switches) – Cada nó tem a capacidade total de transmissão do Switch Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 52

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Layer 3 Switching • Incorpora características de roteadores • Opera no nível 3 (redes) do modelo ISO/OSI • Opera de modo idêntico a um roteador, mas tem otimização por hardware (tao rápido quanto um switch nível 2) Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 55

Roteadores • Transfere dados de uma rede para outra (que podem ser fisicamente diferentes - frames diferentes) • Camada 3 (Redes) do modelo ISO. • Inteligente: tenta encontrar a melhor rota para o pacote. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 56

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Gateways • PC: manipulam dados em formato ASCII • IBM Mainframes: formato EBCDIC • Conversão exige uma completa reestruturação dos dados. • Gateway: dispositivo que atua em qualquer camada do modelo ISO/OSI para vencer “diferenças” entre redes. Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 59

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Dispositivos de Conexão Dispositivo Camada OSI Performance Sofisticação Repeater Física Rápida Baixa Bridge Data Link Rápida Também Baixa Switch Data Link Rápida Complexa Roteador Network Média Complexa Gateway Qualquer Devagar Muito Complexa Administração e Gerenciamento de Redes - SCE 238 61