Redes de Computadores: Arquitetura e Transmissão

Capítulo 1: Arquitetura e Meios de Transmissão de Redes de Computadores

• A comunicação de dados é a troca de informações entre dois agentes através de um meio de transmissão.
• Os componentes básicos de uma transmissão são: mensagem, emissor, receptor, meio de transmissão e protocolo.
• O fluxo de dados pode ser simplex (uma direção), half-duplex (alternado) ou full-duplex (simultâneo).
• Uma rede de computadores interliga dispositivos eletrônicos para troca de informações e/ou recursos.
• Os principais critérios de avaliação de uma rede são desempenho, confiabilidade e segurança.
• As conexões de rede podem ser ponto a ponto (dedicadas) ou multiponto (compartilhadas).

Tamanho da Rede

• As redes podem ser classificadas pelo tamanho: LAN (área local, até 3km), MAN (área metropolitana) e WAN (área ampla, global).
• As LANs são comuns em escritórios e prédios, enquanto as WANs são usadas por grandes corporações.
• As MANs são intermediárias, comuns em campus universitários ou cidades.

Topologia da Rede

• Topologia é a forma como a rede é estruturada/distribuída, seja fisicamente ou logicamente.
• A topologia física descreve como os dispositivos se interligam fisicamente.
• Na topologia de malha, cada dispositivo possui um link dedicado com todos os outros.
• A topologia em estrela conecta todos os dispositivos a um controlador central (hub).
• A topologia em barramento conecta todos os nós a um cabo principal (backbone).
• Na topologia em anel, cada nó se conecta a dois outros, formando um anel.

Topologia Lógica

• A topologia logica se refere a forma como os dados circulam na rede.
• Os sinais percorrem cabos, roteadores e hubs, podendo ser reconfigurada dinamicamente.

Meios Físicos

• Os meios físicos levam os bits de dados do emissor ao destinatário.
• Cabo coaxial: primeiro tipo de cabeamento, capacidade constante e baixa, dispensa hub, alcance de até 300 metros.
• Par trançado: conjunto de fios entrelaçados, maior taxa de transmissão que o coaxial, alcance de 90 metros, suscetível a interferência.
• Fibra óptica: alta taxa de transmissão, imune a interferência eletromagnética, mais caro.
• Radiodifusão: usa radiofrequência, comum em longas distâncias (rádio, TV).

Protocolos

• Protocolos são regras que possibilitam uma conexão para troca de informações.
• O TCP/IP é o protocolo mais utilizado atualmente.

Capítulo 2: Princípios da Multiplexação de Dados

• A multiplexação permite transmitir vários sinais utilizando o mesmo link de dados, aproveitando a largura de banda disponível.
• A largura de banda é maior que a necessária para a comunicação.
• Técnicas de multiplexação: Divisão de Frequência (FDM), Divisão de Tempo (TDM) e Divisão de Comprimento de Onda (WDM).
• Demultiplexação é o processo inverso para recuperar os sinais multiplexados.

Multiplexação por Divisão de Frequência (FDM)

• FDM é uma técnica analógica usada em televisão, ADSL, rádios AM e FM.
• Os sinais são combinados através da modulação e enviados pelo mesmo meio de transmissão.
• O link é dividido em n canais, com faixas de separação (bandas de proteção) entre eles.
• Demultiplexadores usam filtros para identificar e separar os sinais originais.

Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM)

• TDM é uma técnica digital que divide o tempo entre os canais.
• Cada canal recebe uma parcela do tempo para usar o link de banda larga.
• Encontrado em alguns celulares GSM.
• Unidade de tempo: time slot, tamanho varia.
• Time slots formam quadros (frames).
• Frames: como um ônibus que leva vários passageiros aos seus destinos.
• Desvantagem: Se um canal não enviar informações, seu tempo é desperdiçado.

Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM)

• Abordagem para transmissões de alta velocidade com cabos de fibra óptica.
• O multiplexador usa um prisma para combinar sinais luminosos em um único sinal.
• O demultiplexador usa outro prisma para separar os sinais e entregá-los aos receptores.

Capítulo 3: Conceitos sobre Comutação de Circuitos

• Comutação é necessária para gerenciar redes grandes, conectando dispositivos de forma eficiente.
• Comutadores (switches) criam links temporários entre dispositivos conectados.
• Três tipos de comutação: circuitos, pacotes e mensagens.

Comutação de Circuitos

• Ocorre na camada física do modelo OSI, estabelecendo uma conexão direta.
• Vários nós conectam os dispositivos e estabelecem uma rota para comunicação
• O número de entradas não depende do número de saídas.
• A comunicação em um circuito comutado ocorre em três fases: estabelecimento, transferência de dados e encerramento da conexão.
• Fase de estabelecimento: escolha da rota ou circuito dedicado e alocação dos recursos necessários.
• Fase de transferência de dados: troca efetiva de informações.
• Fase de encerramento: liberação dos recursos alocados para outras conexões.

Estrutura de um Comutador de Circuitos

• Comutadores são baseados em divisão do tempo, espaço ou ambos.
• Divisão de espaço: rotas separadas fisicamente, comum em sinais analógicos.
• Comutador em barra cruzada (crossbar): matriz NxM com hardware específico em cada crosspoint.
• Desvantagem: inviável para matrizes grandes devido ao número de crosspoints.

Comutador Multi Estágio

• Aglomerado de comutadores crossbar em estágios para diminuir o número de crosspoints.
• Cada ponto do cruzamento pode ser acessado com outros niveis
• Time-Slot Interchange (TSI): multiplexador TDM, demultiplexador TDM e estágio TSI. Recebe slots, armazena em memória RAM.
• Comutação híbrida: Combina a comutação baseada em tempo com a comutação baseada em espaço.
• Comutadores TST (Tempo-Espaço-Tempo): formado por estágios temporais e espaciais.

Capítulo 4: Conceitos sobre Comutação de Pacotes

• Segmenta a informação em pacotes, sem necessidade de um circuito físico dedicado.
• Pacotes com ou sem conexão (circuitos virtuais ou datagramas).
• Estrutura de: porta de entrada, porta de saída, processador de roteamento e estrutura de comutação.
• Tipos básicos: comutador crossbar e comutador Banyan (multinível, árvore binária). Banyan com oito entradas/saídas, cada estagio olha para o bit mais significativo.

Rede de Datagramas

• Pacotes enviados individualmente por roteadores, sem garantia de ordem de entrega.
• Os pacotes são tratados de forma individual, mesmo que façam parte de uma transmissão múltipla.
• Cada pacote contém informações de origem e destino, permitindo escolha alternativa em caso de falha.
• Os comutadores em uma rede de datagramas são chamados de roteadores.

Tabelas de Roteamento

• Para substituir a fase de conexão, tabelas com os destinos de cada pacote são criadas e atualizadas dinamicamente por cada roteador.
• Roteador examina o cabeçalho para encaminhar a porta certa.
• Um pacote passa por vários roteadores até chegar ao destino.

Circuitos Virtuais

• Forma de implementação orientada à conexão, todos os pacotes seguem a mesma direçao
• Menos dados no cabeçalho, só precisa do endereçamento do circuito virtual.
• Uma rota é criada e gravada nas tabelas dos switches.
• Cada pacote tem um indicador para o circuito virtual.
• Falha em um switch encerra todos os circuitos virtuais que o utilizam.

Comutação de Pacotes vs Comutação de Circuitos

• A comutação de circuitos exige uma conexão previa. Traz menos tolerancia a falhas
• Caso um dos switches falhe, os circuitos alocados terão defeitos.
• Circuito físico criado para compartilhar informações
• As informações são quebradas em pacotes e distribuídas pelos os switches.
• A conexao garante que nao ocorrera congestionamento das informações
• A comutação de pacotes não garante a ordem e a entrega
• É necessário um mecanismo para ordená-los na saída.
• A não criação de uma conexçao contorna a falhas, basta evitalo.