unid4 class

7/25/2019 Unid4 Class

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Unidade 4Classificaes das Redes de Computadores

Nesta unidade, voc estudar as propostas de classificao das redes, passandoinicilmente por uma variedade de propostas e conceitos, as quais denotam umadificuldade de opinies convergentes sobre a situao. Outras dificuldades advm da

prpria velocidade com a qual surgem novas tcnicas de transmitir-se os sinais nosmeios fsicos. Sabe-se, entretanto, que as principais classificaes ainda so as maisclssicas, segundo a abrangncia e a topologia. Alguns conceitos novos, como as redesde Armazenamento (SANs) e as redes pessoais (PANs) sero apresentados.

No final da unidade, voc ser capaz de:

Perceber as dificuldades de classificao, devido a subjetividade dos parmetrosutilizados.

Identificar as redes LAN, MAN, WAN e SANRelacionar as tecnologias com as classes de redes.Entender o uncionamento e a importncia das redes pticas na atualidade.Entender o funcionamento e a influencia das topologias nas redes.

Plano de estudo

A seguir esto descritas as sees desta unidade. Para manter a jornada bemorganizada e registrada, ao final de cada estao, assinale o quadro marcando ostrajetos j percorridos.

Seo 1 Dificuldades na classificao Seo 2- Classificao quanto a Topologia Seo 3 Classificao quanto a Abrangncia Seo 4 Classificao quanto a Velocidade Seo 5 - Classificao quanto a tecnologia


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Seo 1 Dificuldades na classificao

Just as computer networks have grown across continents and

oceans to interconnect major computing facilities around the

world, they are now growing down corridors and between

buildings to interconnect minicomputers in offices andlaboratories.

Robert M. Metcalfe and David R. Boggs, Xerox Palo AltoResearch Center,

Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer

Networks ,Association for Computing Machinery, 1976

Talvez as maiores dificuldades de se classificar uma rede atualmente (em termosclssicos como abrangncia, tipo de acesso ao meio fsico, topologia) seja justamente a

convergncia de todos os servios (camadas superiores, principalmente aplicao) parafuncionar sobre a camada de rede, onde o Protocolo de Internet (IP) o soberano.Paralelamente, todas as tecnologias das camadas inferiores foram se adaptando paraencapsular o protocolo IP, dominante de todos os projetos de comunicao de dados,voz e vdeo dos ltimos tempos.

Na figura 1 abaixo podemos identificar toda a estruturao das formas de comunicaoem suas mais variadas formas, tipos e classes para sustentar as demandas cada vez maisexigentes dos usurios.

Fig 1 Foras bsicas e estruturas de sustentao das formas de comunicao

atuais. Fonte: Value added services for next generation networks / Thierry Van deVelde (2008)


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Na figura 2, voc pode perceber o funil de aplicaes que foram, so e seroprojetadas para funcionarem usando o IP na camada de rede, bem como o sucessoque o IP consegue ao ser transportado por muitas tecnologias da camada 2 (enlace)abaixo dele.

Figura 2 IP sobre tudo e tudo sobre IP. Essa considerada a Ampulheta das pilhasde protocolos. Fonte:Dave Wisely, Phil Eardley, Louise Burness. IP for 3G: Networking Technologies forMobile Communications (2002)

A convergncia de tecnologias, bem como a evoluo nas capacidades de

transmisso das interfaces, capacidades de sinalizao e melhoria dos meios fsicosfragilizou as clssicas denominaes de topologia e abrangncia das redes. Vocver nas prximas sees o quanto essas influncias podem modificar algunsconceitos mais antigos.

Seo 2 - Classificao quanto a Topologia

A topologia de uma rede diz respeito a dois aspectos:

Desenho e distribuio espacial topologia fsica Funcionamento e controles Topologia lgica


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Fig xxx Topologias Fsicas-fonte-www.atis.org-glossary

As redes podem ter um desenho em uma topologia e o funcionamento em outra, ou seja,fisicamente tem uma distribuio, mas logicamente funcionam como se tivessem outra.Esse o caso de uma rede ethernet com hub. O Hub permite uma distribuio espacialem estrela, enquanto os mecanismos de controle do ethernet fazem com que ofuncionamento seja como um barramento.

Topologia totalmente conectada (full mesh)

Nessa topologia, todos os ns (computadores, switches ou routers) possuem enlacesdiretos com todos os demais componentes da malha. Embora essa seja a situao

teoricamente ideal (todos os pacotes so entregues diretamente, sem passar porintermedirios), na prtica a situao fica invivel, pois o nmero de enlaces necessrioscresce exponencialmente a cada novo n adicionado a topologia. O nmero de enlaces

pode ser calculado como:Enlaces=[No. Ns * (No. Ns -1)]/2

Esse mais um dos tantos exemplos nos quais cabe a fraseExiste um hiato entre a teoria e a prtica. Na prtica, este hiato maior que na teoria.


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Topologia em malha (Mesh)

A topologia em malha a usada normalmente em redes de longa distncia (WANs).Neste desenho, os ns no possuem conectividade total como na topologia fullmesh, mas existem algumas conexes adicionais entre os ns, as quais permitem

rotas alternativas em caso de congestionamento ou falha em algum segmento darede.

Topologia em rvore (Tree)

Nesta topologia um n est conectado a dois ou mais ns, os quais por sua vezconectam a outros dois ou mais ns, formando uma estrutura semelhante aos galhose ramos de uma rvore invertida.

Topologia hbrida

Essa estrutura uma combinao de dois ou mais desenhos, como por exemplo umaestrela conectada a um barramento.

Topologia em Anel

O anel um desenho lgico antigo, existindo em redes locais e de longa distancia. Essatopologia propicia um meio que no propriamente de difuso, mas um conjunto deenlaces ponto a ponto, onde cada estao conecta-se a duas outras, formando um crculo

Figura 1 -Topologia em anel

Cada bit que chega em uma interface copiado para um buffer e a seguir devolvido aoanel. Enquanto estiver no buffer da interface, o bit pode ser analisado e alterado, se fornecessrio.

A imagemno podeser exibida.Talvezo computador no tenhamemriasuficienteparaabrir aimagemou talvezelaestejacorrompida.Reinicieo computador eabrao arquivo novamente.Seaindaassimaparecer o x vermelho,poderser necessrio excluir aimagemeinseri-lanovamente.


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Figura 2 - Funcionamento do anel Fonte: Cisco Systems

Duas tecnologias classicamente usam a topologia em anel: Token ring (IEEE 802.5 -Figura 2) e FDDI. Esta ltima possui um anel duplo, que pode ser caracterizado comooutro tipo de topologia.

Topologia de anel duplo

Nesta topologia existem dois anis, um deles sendo o anel primrio e outro osecundrio. O anel secundrio acionado em caso de falha em algum n ou enlace doanel primrio. O arranjo permite que o ponto de falha fique isolado, enquanto o restanteda rede continua funcionando normalmente.

A imagemno podeser exibida.Talvezo computador no tenhamemriasuficienteparaabrir aimagemou talvezelaestejacorrompida.Reinicieo computador eabrao arquivo novamente.Seaindaassimaparecer o x vermelho,poderser necessrio excluir ai magemeinseri-lanovamente.


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Fonte:Data Networks, IP and the Internet: Protocols, Design and Operation MartinP. Clark 2003 John Wiley & Sons, Ltd ISBN: 0-470-84856-1

Barra/ Barramento (BUS)

Nesse tipo de desenho, todas as estaes esto conectadas a um mesmo cabo, formandoum barramento ou BUS - Figura 3. Essa barra no forma uma conexo ponto a ponto.

bastante semelhante ao conceito de arquitetura de barra em um sistema de computador,onde todas as estaes (ns) se ligam ao mesmo meio de transmisso.A topologia em barra muito comum nas redes locais, sendo representada pelatecnologia ethernet. Mesmo na presena dos hubs (dispositivos centrais), a barra ocorrecomo topologia lgica, com o hub sendo considerado uma barra em uma caixa.A topologia em barra tem uma configurao multiponto. Nas redes em barra comumcada n conectado barra pode ouvir todas as informaes transmitidas, similar stransmisses de radiodifuso. Esta caracterstica vai facilitar as aplicaes com

mensagens do tipo difuso (mensagens globais) alm de possibilitar que algumasestaes possam trabalhar com endereamento promiscuo ou modo espio.

Figura 3 - topologia em barramentoExiste uma variedade de mecanismos para o controle de acesso barra, que pode sercentralizado ou descentralizado. Em um controle centralizado, o direito de acesso determinado por uma estao especial da rede. Em um ambiente de controledescentralizado, a responsabilidade de acesso distribuda entre todos os ns.Ao contrrio da topologia em anel, as topologias em barra podem empregar interfaces

passivas, nas quais as falhas no causam a parada total do sistema.

Topologia em Estrela

As redes com topologia em estrela se caracterizam pela existncia de um dispositivocentral, ao qual os demais se conectam. Classicamente, as redes ATM funcionam comesse projeto.

Figura 4 - Topologia em estrela

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Figura 5 - Exemplo de switch usado como dispositivo central nas redes em estrela.

possvel que o dispositivo central seja transparente para as interfaces, que poderiamdessa forma utilizar mecanismos de controle lgico como se estivessem em um anel ouem barra.

Como os dispositivos centrais so peas crticas nesse desenho, devem contermecanismos de preveno a falhas, como fontes redundantes e capacidade demanuteno a quente, ou hot-swap.

Esses pontos crticos so denominados SPOF(Single Point OfFailure), ou ponto nico de falha. Os SPOFs deve ser evitados

porque representam um ponto o qual, em evento de falha,prejudicam o desempenho ou at mesmo interrompem ofuncionamento de toda estrutura de rede.

Topologia Linear

Neste tipo de conexo, cada n est conectado a outros dois ns, e a comunicao entreeles deve ser repassada ponto a ponto at chegar ao destino. Caso algum n fiqueinoperante, a comunicao fica restrita aos 2 segmentos criados: O anterior ao n quefalhou e o posterior ao n que falhou.


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Seo 2 Classificao quanto a Abrangncia

Esta a maneira mais comum de se classificar as redes. Tradicionalmentesempre existiram as redes Locais (Local Area Network ou LAN), redesMetropolitanas (Metropolitan Area Network ou MAN) e as Redes de LongaDistncia (Wide Area Network ou WAN).

Com a evoluo das tecnologias, novas classes foram surgindo (Personal eCampus Area Networks, por exemplo), e as caractersticas de umas foramsendo adquiridas pelas outras, o que levou a uma regio nebulosa, ondeoutros parmetros precisaram ser utilizados para se definir as redes.

Tabela 1 - Redes e abrangncia (cobertura) Fonte: Tanembaum (2004)


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Figura xxx As redes e suas abrangncias Fonte: Value added services for next generation networks /Thierry Van de Velde (2008)

LAN

Uma rede local (local area network- LAN) conecta um conjunto de computadores de

forma que eles possam se comunicar diretamente, ou seja, sem reencaminhamento dospacotes (isso significa sem passar por um roteador).

Radia Perlman uma autora consagrada na reade redes. Suas contribuies so inmeras, mas

podemos destacar a criao do protocolo deSpanning-Tree (Arvore de Profundidade),

padronizado depois pelo IEEE sob numero802.1d, que evita formao de loops nas redeslocais. Autora do livro Interconnections: Bridges,Routers, Switches and Internetworking Protocols,e co-autora de Network Security: PrivateCommunication in a Public World, dois dos top10Networking reference books, de acordo com a

Network Magazine.

In the beginningthere were routers.

To have a routermove your data, you

need to cooperate

with it


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Perlman vista como a poetisa dos protocolos, pelas suasincurses na rea. (Se bem que, se formos analisar em detalhes, eladeveria mesmo ficar com sua poro de cientista).

Veja em http://www.dista.de/netstpint.htm, uma entrevista com a autora.Segundo ela,

uma LAN referenciada mais pelas suas caractersticas que pelo conceito:

Muitos sistemas conectados a um mesmo meio fsico

Alta largura de banda total (compartilhada por todas as estaes)

A largura de banda relativamente barata

"Baixo" atraso.

"Baixa taxa de erros.

Capacidade de Broadcast (difuso, ou habilidade para transmitir para todos oscomputadores da rede)

Limitada geograficamente (muitos quilometros)

Limitado nmero de estaes (centenas)


As pessoas queremproclamar que um switch hardware enquantouma bridge software ,ou que um switch podeter muitas portas

enquanto uma bridgetem somente duas portas.Mas nada disso verdade.

Algorhyme

I think that I shall never see A graphmore lovely than a tree.A tree whosecrucial propertyIs loop-free

connectivity.


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Relao de parceria entre as estaes. Essa relao oposta a relaomestre/escravo. Na relao peer, todas as estaes conectadas so equivalentes.

Numa relao mestre/escravo, uma estao especial, chamada mestre, contacta osescravos, dando a cada um a vez de transmitir.

Est confinada a uma propriedade privada, e no se sujeita a regulao das agenciasgovernamentais PTT (uma sigla comum em muitos pases que significa Post,Telegraph and Telephone)

Antigamente, o termo Local era pertinente, pois essas redes realmente ocupavamespaos limitados, como uma sala ou um andar de um prdio. Hoje, com os avanos nastecnologias, elas ocupam vrios prdios ou mesmo incorporam locais a grandesdistncias, embora no se expandam ilimitadamente.

Segundo Perlman (2000), existem basicamente 3 problemas nasLANs:

Nmero limitado de estaes Extenso limitada Volumes de trfego limitados

Devido a esse conjunto de problemas, muitas vezes uma nica rede local pode no sersuficiente para todo o trfego de informaes de uma organizao. As redes locais

podem ser interconectadas por dois tipos de dispositivos: As bridges, ou switches, quepassam os pacotes atravs da camada 2, ou os routers, que podem se comunicar pelacamada de rede.


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Fig xxx Componentes tpicos de uma LAN corporativa. (Os cabos UTPs cat 5foram substitudos por cat 5e e depois pelos de cat 6). Fonte:DELIVERINGCARRIER ETHERNET EXTENDING ETHERNET BEYOND THE LANAbdul Kasim (2008)

IEEE Comit 802 LANs

O IEEE (Instituio de padronizao, visto na Unidade 1) possui um comit denominado 802, como propsito de padronizar as redes Locais e Metropolitanas. O comit foi subdividido, e


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responsabilizou-se por padronizar vrias tecnologias de redes Locais. Na

Tabela -2 esto especificados os comits do grupo 802. Os mais importantes forammardos com *. Os marcados com esto inativos e os marcados com foramdesativados.

Tabela -2 Comits do grupo 802 do IEEE (Tanembaum, 2004)

A imagemno podeser exibida.Talvezo computador no tenhamemriasuficienteparaabrir aimagemou talvezelaestejacorrompida.Reini cieo computador eabrao arquivo novamente.Seaindaassi maparecer o x vermelho,poderser necessrio excluir aimagemeinseri-lanovamente.

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Tabela 1 Comparao entre as LANs e as WANs 2.Gilbert Held 1998.

Projetos de redes Locais comhierarquias modulares.

Atualmente, devido ao grande nvel de

especializao dos dispositivos de rede,torna-se necessria uma organizaofuncional, que possui dois componentes:a) Hierarquiab) Modularidade

[Conceito importante:

BackboneUm Backbone a partecentral de uma rede, pelaqual passa o trfego maisintenso. O Backbonepercorre as maioresdistncias de um segmentode rede, e possui redesmenores conectadas a ele.

Fig xxx]


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Fig xxx Backbone. Fonte: Computer Desktop Encyclopedia (2004)

A Hierarquia permite que as funes estejam distribudas em camadasdiferentes. A Moduloaridade permite que utilizem-se blocos deconectividade em torno de um ncleo.A figura EEE mostra uma rede em camadas de hierarquia.

Figura EEE Topologia em 3 nveis Fonte: Cisco Systems

Para tornar as funcionalidades dos dispositivos organizadas de formahierrquica, alguns fabricantes utilizam 3 nveis de conectividade:

A. Acesso: So os switches mais simples, de camada 2, nosi quais temos aconexo direta dos computadores (desktops, estaes de trabalho,notebooks). A maior parte das funcionalidades giram em torno dacoleta e condiccionamento do trfego dos usurios. Tarefas da camadade acesso:


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Agrega todos os sistemas finais dos usurios

Prove condicionamento de trfego dos usurios, como marcaes deprioridades e polticas de acesso.

Prov servios de rede inteligentes, como descobrimento automtico detelefones IP

Prov mecanismos de segurana como 802.1x e segurana por portas. Prov links redundantes at a camada de distribuio

B. Distribuio (ou Agregao) : So switches mais complexos, possuemprotocolos de roteamento, e nunca conectam computadores. Soutilizados para conexo dos switches de acesso. Vrios blocosmodulares de switches de acesso conectados a switches de distribuiopodem ser conectados aos switches de ncleo, permitindo umcrescimento ordenado e evitando gargalos de desempenho (A figuraFFF mostra os mdulos constitudos pelas camadas de acesso edistribuio).

Uma das caractersticas mais marcantes da camada de distribuio que ela determina onde comeam as funes de camada 3, e ondeterminam as funes de camada 2. Essa camada roda protocolos decamada 2 e protocolos de camada 3. A camada de distribuio contm omaior nvel de inteligncia da rede, e por isso a parte mais complexados projetos.

Agrega os switches da camada de acesso

Faz a terminao das LAN Virtuais (VLANs) que so definidas nodomnio da camada 2.

Prov o primeiro salto (gateway) para que todas as estaes finaisalcancem outras redes

Prove condicionamento de trfego como segurana, Qualidade deServio (QoS) e enfileiramento.

Prove enlaces redundantes at a camada de ncleo, se necessrio.


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Figura FFF- Mdulos da camada de acesso conectados a camada dedistribuio. Tal projeto permite crescimento sob demanda semcomprometer o desempenho. Fonte: Cisco Systems

C. Ncleo (Core): Camada na qual elaborado o backbone da rede,utilizado para interconectar os vrios mdulos de switches dedistribuio Devido ao foco na velocidade, a camada de ncleo noprove services que poderiam afetar sua performance (por exemplo,segurana, controle de acesso ou qualquer outra atividade que necessitea inspeo individual dos pacotes)

Fig xxx Camada de ncleo conectando os mdulos de distribuio (as vezes taismdulos so denominados de agregao. Fonte:http://www.bdcom.cn/admin/Editor/UploadFile/200952010719681.gif


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A camada de ncleo possui duas funes principais:

Interconectar os mdulos da camada de distribuio

Repassar todoo trafego o mais rpido possvel.

Por constituir o backbone de toda a rede, o ncleo funciona de forma bemdiferente que as camadas de acesso e distribuio. Entre suas principaiscaractersticas, pode-se destacar:

Agregar as camadas de distribuio de maneira a interconectar atopologia complete da rede.

Prover transferncia do trfego entre as camadas de distribuio em altavelocidade.

Prover servio resiliente de roteamento IP


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MAN

Metropolitan Area Networks

As redes metropolitanas so otimizadas para reas geogrficas maiores que uma LAN,variando desde muitos prdios (Figura 6) at uma cidade. Uma MAN pode ser

propriedade de uma nica organizao, que se encarrega tambm de oper-la, masusualmente pblica e utilizada por muitas organizaes. Muitas vezes, como na Figura7, uma MAN serve de meio para interligar vrias LANs.

As redes MAN so vistas como uma soluo para o crescimento das organizaes, quepercebem como inadequados os servios ponto a ponto das WANs. Os servios deFrame relay e ATM, embora propiciem banda adequada, confiabilidade e segurana,

possuem custos elevados. Os meios compartilhados de alta velocidade dos padres das

LANs podem ser extendidos em reas metropolitanas.

Figura 6 - Topologia de uma rede Metropolitana. Fonte:http://www.cisco.com/warp/public/cc/so/neso/vpn/unvpnst/atomf_an/atomf_a0.gif

O mercado primrio para as MANs so os clientes com necessidades de alta capacidadeem reas metropolitanas. Uma MAN projetada para prover a capacidade requerida, a

baixos custos e com eficincia maior que os servios equivalentes oferecidos pelaprovedoras de servios de telefonia.


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Figura 7 -MAN com ethernet a 10Gbit (metro Ethernet) Fonte: Cisco Systems

CAN

A sigla CAN embora no muito utilizada citada por alguns autores, e significaCampus Area Network. Representa aquelas redes com abrangncia maior que umnico prdio, mas no chegando a rea de uma cidade. Tipicamente, abrangem reassemelhantes a um Campii universitario e podem usar tecnologias como Gigabit

ethernet, ATM ou FDDI para conectar vrios prdios e departamentos.

WAN - Wide Area Network

Uma WAN opera na camada fsica e na camada de enlace do RM- OSI. A funo pimordial deuma WAN conectar redes locais - LANs, que so normalmente separadas por grandes reasgeogrficas. As WANs promovem a comunicao entre as LANs pela troca de pacotes de

dados entre os roteadores (Figura 8).

Operam em amplas reas geogrficas (bem maiores que as das LANs).

Usam os servios de empresas de Telecom.

Usam conexes seriais de vrios tipos.

Conectam dispositivos que esto separados geograficamente: roteadores, modems,bridges.

Figura 8 Estrutura fundamental de uma WAN

Os tipos de tecnologias (protocolos) mais comuns para encapsular os dados na camadade enlace das WANs so:


A imagemno podeser exibida.Talvezo computador no tenhamemriasuficienteparaabrir ai magemou talvezelaestejacorrompida.Reinicieo computador eabrao arquivo novamente.Seaindaassimaparecer o x vermelho,poderser necessrio excluir aimagemeinseri-lanovamente.


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High-Level Data Link Control (HDLC)-- um padro IEEE; pode no ser compatvel com osdiferentes fornecedores por causa da forma como cada fornecedor escolheu implement-lo. O HDLC suporta configuraes ponto a ponto e multiponto com sobrecarga mnima

Frame Relay-- usa instalaes digitais de alta qualidade; usa enquadramento simplificadosem mecanismos de correo de erros, o que significa que ele pode enviar informaes da

camada 2 muito mais rapidamente que outros protocolos da WAN

Point-to-Point Protocol (PPP)-- descrito pelo RFC 1661; dois padres desenvolvidos peloIETF; contm um campo de protocolo para identificar o protocolo da camada de rede

Serial Line Interface Protocol (SLIP)-- um protocolo de enlace de dados da WANextremamente popular por transportar pacotes IP; est sendo substitudo em muitasaplicaes pelo PPP mais verstil

Link Access Procedure Balanced (LAPB)-- um protocolo de enlace de dados usado peloX.25; tem extensos recursos de verificao de erros

Link Access Procedure D-channel (LAPD)-- o protocolo de enlace de dados da WANusado para sinalizar e configurar a chamada em um canal ISDN D. As transmisses dedados acontecem nos canais ISDN B

ATM Assinchronous Transfer Mode

SONET/SDH

Metro Ethernet


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Fig xxx Comparao entre as tecnologias MAN/WAN Fonte:DELIVERING CARRIERETHERNET EXTENDING ETHERNET BEYOND THE LANAbdul Kasim (2008)




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Tabela xxx Tecnologias de redes de longas distncias

Fonte: Cisco Systems (WWW.cisco.com)

Os servios T usados nos Estados Unidos so subsitudos pelos servios E na hierarquiadigital europia, que tambem adotada no Brasil.

Servios digitais dedicadosT1, T3, E1, E3 -- a srie de servios T nos EUA e a srie deservios E na Europa so tecnologias WAN extremamenteimportantes; elas usam multiplexao de diviso de tempopara "fatiar" e atribuir slots de tempo para a transmisso dedados; as larguras de banda so:T1 -- 1,544 MbpsT3 -- 44,736 Mbps

E1 -- 2,048 MbpsE3 -- 34,368 Mbpsoutras larguras de banda esto disponveisOs meios usados geralmente so o fio de cobre de partranado e a fibra ptica.O uso extremamente difundido;o custo moderado.

Hierarquias digitais e protocolos de multiplexao ptica Synchronous Optical

Networking (SONET) e Synchronous Digital Hierarchy (SDH): As grandes empresasde telecomunicaes interconectam seus backboness atravs de anis SDH (ou SONETpelo padro americano). Os anis SDH so formados por canais pticos ponto-a-ponto com diferentes comprimentos de onda ou lambdas conectado atravs de conectores de

passagem digitais ou por multiplexadores. Esses anis utilizam o conceito de uma fibraem operao e outra em espera (standby). Quando o circuito principal apresenta umafalha o outro entra em operao. O resultado um circuito de alta capacidade detransmisso que varia entre 155 Mbps (OC-3) 10Gbps (OC-192).


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Tabela xxx. Hierarquias digitais de multiplexao

Fonte: ITU-T (http://www.itu.int)

O quadro ou frame, ou PDU bsica do SDH o STM-1 (Synchronous Transport

Module level 1), o qual opera em velocidade de 155,52 Mbps. A multiplexao SONET

refere-se a sua unidade bsica como STS-3c (synchronous transport signal - 3,

concatenated), mas suas funcionalidades de mais alto nivel, tamanho dos frames e taxas

de bits so as mesmas do STM-1.

O padro SONET oferece uma unidade bsica de transmisso, o STS-1 (synchronous

transport signal - 1), operando a taxa de 51.84 Mbps exatamente um tero de um

STM-1/STS-3c. Isso significa que no padro SONET o sinal OC-3 associado ser

composto por trs STS-1s.

Consideraes sobre as LANs, MANs e WANs

Voc deve perceber que os termos alta, baixa e limitadopossuem significado relativo e podem mudar com o tempo.

As LANs esto se expandindo geograficamente, ao mesmotempo que a largura de banda das WANs tem aumentado


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significativamente, tornando as diferenas entre elas cadavez menos claras. Nesse caso, tentar enquadrar onde sesituam as MANs torna-se uma tarefa cada vez mais ingrata

Tabela 3- Principais diferenas entre as LANs e MANs/WANs Fonte:DELIVERINGCARRIER ETHERNET EXTENDING ETHERNET BEYOND THE LANAbdul Kasim (2008)

Seo 3 Classificao quanto a VelocidadeAs redes de computadores podem ser classificadas tambm quanto a taxa detransmisso de suas interfaces. Dessa forma, existem dois grandes grupos: Baixa e

alta velocidade. Arbitrariamente, determinou-se que o limite de 100 Mbps definiriaa qual grupo determinada rede pertence.


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Baixa (Low Speed networks)

Taxas inferiores a 100Mbps. Normalmente as redes WAN estoassociadas a taxas mais baixas.

Alta (High Speed Networks)Taxas iguais ou superiores a 100Mbps. A primeira tecnologia aatingir tal taxa foi o FDDI, em 1991.

Figura 9 - Evoluo das velocidades nas redes locais

Evoluo das taxas de transmisso




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Fig xxx: A interseco das distncias e velocidades nas redes atuais. Fonte: Stallings,2008


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Seo 4 - Classificao quanto a tecnologia Redes pticas WLANs SAN Uso da banda (bsica ou larga)

4.1.Redes pticas

As comunicaes pticas iniciaram a cerca de 30 anos, a partir do desenvolvimento dosdiodos laser semicondutores e as fibras baseadas em slica, o que tornou possvel na

prtica o sinal e os meios de transmisso. Atualmente, a indstria de telecomunicaestrabalha com taxas de transmisso de megabits por segundo (Mbps), gigabits porsegundo (Gbps), terabits por segundo (Tbps), e assim por diante.Toda essa e voluo ocorre devido aos avanos conjuntos nas tecnologias dos elementos

pticos, roteamento, comutao, radiofreqncias e transporte sobre fibra. Enquanto opoder computacional tem dobrado a cada 18 meses, aproximadamente, segundo a lei deMoore*, (com o preo caindo pela metade ) esses limiares tem sido excedidos nouniverso ptico. A largura de banda tem dobrado a cada ano. Atualmente, 40comprimentos de onda (wavelengths), cada umtransmitindo em taxas OC-48 (2.5 Gbps), so comunsem um par de fibras. Muitos dos novos sistemas socapazes de transmitir 160 canais de 10-Gbps (ou seja,1.6 Tbps) sobre um nico par de fibras. Sistemascapazes de transmitir 80 Gbps em cada canal j foramdemonstrados em laboratrio. Com essa taxa, um

sistema com 160 canais pode chegar a 12.8 Tbps decapacidade, o que muito mais que toda banda usada

pelas redes de voz no mundo inteiro atualmente. A taxade crescimento da capacidade das fibras gigantesca,com sua plenitude ainda inatingida (O limite terico de cerca de1015 bps ou 1 Pbps em condies fsicas ideais).

Com a evoluo crescente das tecnologias pticas, oITU definiu uma nova camada de protocolos, a camadaptica, que fornece os caminhos pticos para as

camadas superiores. Um caminho optico ou de luz,(lightpath) uma conexo fim a fim,estabelecida ao longo de uma rede ptica.

Uma camada ptica deve definir um sistema detransporte pelo uso de umacamada ptica (Fig xxx abaixo)

[DEFINIO:REDES

PTICAS SO REDES DETELECOMUNICAO DEGRANDE CAPACIDADE,BASEADAS EMCOMPONENTES ETECNOLOGIAS PTICAS,EM UM CONJUNTO QUEPROV ROTEAMENTO,TRANSMISSO ERESTAURAO NO NVELDE COMPRIMENTO DE

ONDA, BEM COMO NOSSERVIOS BASEADOSNESSES COMPRIMENTOS

DE ONDA]


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Fig xxx: As trs subcamadas definidas pelo ITU-T para a camada pticaFonte: http://www.itu.int

A tendncia atual a reduo do nmero de camadas de protocolos, uma vez que essaabordagem permite um tratamento mais rpido das informaes necessrias paratransportar os pacotes. Assim, em um futuro prximo de se esperar que o protocolo IP

trafegue diretamente sobre a camada ptica (fig xxx abaixo)

Fig xxx: Reduo do nmero de camadas e protocolosFonte: SUDHIR DIXIT, IP over WDM: Building the Next-Generation Optical Internet,2003

Os projetos tradicionais de sistemas de transporte incluem terminais, amplificadores eoutros elementos de rede, desenhados para trabalhar de forma conjunta, em um sistemafechado. Tais sistema precisam, em dado momento, ultrapassar as fronteiras do domnioptico para chegar ao domnio eltrico onde ocorre o processamento dos sinais (fig xxxabaixo)


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Fig xxx: Os domnios pticos e eletro/eletrnicos

Fonte: Fonte: WWW.alcatel-lucent.com/

Os sinais pticos tem origem no universo eltrico e devem portanto ser transformadosem sinais luminosos (fig xxx abaixo).

Fig xxx: transformao do sinal digital eltrico para o universo pticoFonte: WWW.alcatel-lucent.com/

Arquiteturas das redes pt icas

As pesquisas e os avanos tecnolgicos dos componentes pticos [ optical networkelement (ONE)-fig xxx abaixo] trouxeram as maiores contribuies recentes naevoluo das redes pticas.


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Fig xxxx: Optical Network Elements (ONE)Fonte: WWW.alcatel-lucent.com

Por sua vez, essa evoluo permitiu o provisionamento de servios com vrias quebrasde paradigmas na camada de rede (fig xxx abaixo)

Fig xxx Evoluo das redes pticas e seus componentesFonte: DELIVERING CARRIER ETHERNET EXTENDING ETHERNET BEYONDTHE LAN Abdul Kasim 2008

Como resultado, o mercado de componentes e dispositivos DWDM tornou-se

gigantesco, atingindo marcas multi-bilionrias, e tendo um crescimento elevadssimonos setores de redes metropolitanas, redes regionais e redes de longa distncia.


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A tecnologia WDM rapidamente tomou o espao legado dos padresSONET/SDH como a maior soluo de redes de transporte. Atualmente, os sistemasONE oferecem uma vasta gama de capacidades e esto tornando-se gradativamentemais flexveis e geis. Paralelamente, a intensa competio entre os fabricantes temdeixado os preos cada vez mais acessveis, com redues de cerca de 20% ao ano.

(Grfico da figura xxxx abaixo)

Fig xxx: Crescimento do mercado de elementos de redes pticasSOC: System on a Chip. NPU: Network Processing UnitsFonte: http://www.bccresearch.com/


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4.2.Wireless Local Area Networks

As redes locais sem fio permitem conectividade plena atravs de diversos

dispositivos, como smartphones, notebooks, agendas eletrnicas e outros, osquais acessam um backbone Internet que pode ser tambm no cabeado (fig xxxabaixo)

Fig xxx Rede Local no CabeadaFonte: http://www.4ace.com/wireless_lan.htm

As WLANs podem ser definidas como redes de comunicao que provmconectividade a dispositivos no cabeados, dentro de uma rea geogrficalimitada. O padro conhecido como Wi-Fi (IEEE 802.11 e suas variantes) omais utilizado.As Wireless LANs disseminaram-se de muitas formas, criando um vastoconjunto de siglas, protocolos e tecnologias, cada vez mais especficas paradeterminadas aplicaes. Podem-se citar vrios padres desenvolvidos nosltimos anos (lista abaixo), alguns mais difundidos como o Wi-Fi outros menosdifundidos.As redes WLAN sero estudadas com mais detalhes quando abordarmos asredes wireless em geral, na disciplina de redes II.

Wi-Fi: 802.11a, 802.11b, 802.11g, 802.11n.

Bluetooth

Wibree

ZigBee

Z-Wave

Wireless USB

UWB

EnOcean


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6loWPAN

ONE-NET

4.3.Storage Area Network

As redes de storage, muitas vezes denominadas System Area Networks so redesusadas para conectar dispositivos de armazenamento em massa. O ponto chave, segundoStallings (2000) o montante de dados tansferidos entre um nmero limitado dedispositivos, em uma rea muito pequena. Confiabilidade alta geralmente tambm umrequisito nessas redes.

Outras caractersticas:

Altas taxas de dados Interfaces de Alta velocidade (nomalmente fiber-channel) Acesso distribuido Distancia limitada Numero de dispositivos limitado

Com o crescimento sempre continuo do contedo das redes, as vezes com taxasexplosivas ( Segundo Russ Klein em uma pesquisa do Aberdeen group em -06/01/2010 com173 organizaes, 99% delas indicaram que o crescimento do volume de dados impressionante, nataxa de 30% ao ano (Fonte: Data Volume Growth is Enough to Turn You Green,http://research.aberdeen.com/index.php/analyst-insight/information-technology/1085-enterprise-

data-sprawl-meeting-the-challenge-while-reducing-cost)

Alguns especialistas apontam que o armazenamento ser responsvel por 75%dos investimentos em hardware computacional. Portanto, tornou-se necessrioo desenvolvimento de estratgias projetadas para otimizar essa infra-estruturade rede com solues de armazenamento que apresentem escalabilidade,confiabilidade, desempenho, disponibilidade, gerenciamento facilitado.

Esta exploso de demanda obriga aos profissionais de TI a considerar doispontos chaves quando projetam solues de armazenamento para seus

datacenters:

O impacto das tecnologias de redes na arquitetura do armazenamentoem si e na gerencia do contedo armazenado.

O impacto do processamento paralelo nos projetos dos dispositivos dearmazenamento.

Esses dois aspectos tecnolgicos produziram trs abordagens diferentesmas mutuamente coexistentes nos projetos conexo de Storage com osdemais sistemas computacionais:

Direct Attached Storage (DAS),


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Network Attached Storage (NAS),

Storage Area Networks (SAN).

As trs abordagens podem ser visualizadas na figura xxx abaixo.Basicamente a posio da rede que determina uma ou outra tcnica.A seguir, veremos mais detalhes de cada tipo.

Fig xxx As trs abordagens atuais para subsistemas de armazenamento: DAS,NAS e SAN. Fonte: http://www.storagesearch.com

Atualmente, mais de 95% dos dispositivos de armazenamentocomputacionais, como Hard Drives, disk arrays e sistemas RAID esto

conectados diretamente aos computadores clientes, atravs de numerosos tiposde adaptadores e tecnologias com protocolos padronizados, comoSCSI, Fibre Channel, Infiniband e outros Esse tipo de Storage possui o nomealternativo de captive storage, server attached storage ou direct attachedstorage (DAS) como ilustrado na figura xxx abaixo.


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Fig xxx Storage de conexo direta (DAS)

Fonte: http://www.storagesearch.com

As comunidades que criaram essas tecnologias e protocolos permitiram tantaflexibilidade nas implementaes que acabaram acontecendo muitasvariaes das tecnologias SCSI e FC para os diferentes sistemas operacionaisdos servidores (notadamente Windows e UNIX). Por exemplo, existem mais

de 7 variantes do protocolo SCSI e muitos fabricantes implementam FC demaneira diferente em cada UNIX. Isso tambm ocorreu porque o sistema dearmazenamento DAS local e especfico para um conjunto de hardware esoftware, o que levou aos fabricantes a implementarem soluesincompatveis, padres inconsistentes e orientados a consideraes doscomponentes do conjunto HW/SW.

Network Attached Storage (NAS)

Em contraste com os padres enfraquecidos usados nos dispositivos doscanais de conexo host local / storage DAS, os padres de redes soextremamente delimitados, inflexveis e orientados ao funcionamento dossistemas e no de componentes. Dessa forma um protocolo de acesso aosdados funciona perfeitamente com qualquer implementao ou conjuntoSW/HW. Como resultado dessa abordagem os dispositivos dearmazenamento conectado diretamente em uma rede de dados (NetworkAttached Storage ou NAS) so de conectividade e gerenciamento muito fcile compatvel com a grande maioria dos sistemas computacionais. Veja osistema na figura xxx abaixo.


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Figura xxx: Storage de conexo pela rede LAN (NAS)


Storage Area Network

A Storage Network Industry Association (SNIA) define as redes SAN como uma redecujo propsito primrio a transferncia de dados entre um sistema computacional e oselementos de armazenamento. Uma SAN consiste de uma infraestrutura decomunicaes a qual prov as conexes fsicas, e uma camada de gerencia adicional, aqual permite que os subsistemas (conexes, storage e sistemas computacionais)

possuam um fluxo de transferncia de dados seguro e robusto.

As SANs normalmente possuem servios de I/O em blocos e no em arquivos deacesso. Podem conter ainda sistemas de controle que comunicam-se com os demaiscomponentes atravs da rede.Em termos mais simples, uma SAN uma rede de alta velocidade, especializada emconectar os servidores aos sistemas de armazenamentoAs SANs eliminam a conexo dedicada tradicional entre os servidores e o Storage, bemcomo o conceito de que o servidor efetivamente se apropria e gerencia os sistemas dearmazenamento. Essas redes tambm eliminam as restries de quantidade de dados osquais os servidores podem acessar, anteriormente limitada a quantidade de discos

possveis de conectar nos servidores. Alm disso, sem as tarefas de leitura e gravao,os recursos dos servidores passaram a ter o foco nos servios, o que aumentou o

desempenho. As SANs tambm permitiram o afastamento dos servidores e seussistemas de discos, os quais agora podem estar conectados atravs de switches e routers,inclusive em redes de longa distncia (WANs).


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Figura xxxx: Storage Area Network (SAN)


As SANs realmente separam os dispositivos de armazenamento (Storages e tapeslibraries) dos demais componentes das redes, colocando entre as LANs e essesdispositivos, os servidores, os quais ficam conectados a LAN atravs de interfacescomuns (normalmente Gigabit Ethernet) e tambm conectados aos susbsistemas dearmazenamento atravs de Interfaces (HBA) Fiber Channel ou Infiniband.

Fig xxx Parque de servidores com conexes as redes LAN e SAN

Fonte: Introduction to Storage Area Networks -Jon Tate, Fabiano Lucchese &Richard Mooreem www.ibm.com/redbooks

Veja mais sobre as Storage Area Networks em:

http://www.redbooks.ibm.com/redbooks/pdfs/sg245470.pdf


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8.4.Uso da banda (bsica ou larga)Os dois mtodos de sinalizao dos canais utilizados pelas LANs so bandalarga (Broadband) e banda Bsica (Baseband).

Na sinalizao por Broadband a largura de banda do meio fsico subdivididaem faixas de freqncia (FDM) para criao de dois ou mais canais comtransmisses independentes.A sinalizao em banda bsica permite apenas um sinal ocupando o meio fsicoem dado momento, pois utiliza a multiplexao TDM. Em comparao com a

banda bsica, a sinalizao em banda larga mais complexa, pois requersinalizao de controle transmitida atravs da modulao de uma portadora.Com relao a capacidade dos canais (fig xxx abaixo) o uso de cabos UTP podetransmitir dados e voz, sendo os dados transmitidos normalmente em banda

bsica. Um sistema que sinalize o canal (cabo coaxial, por exemplo) com

Broadband pode dividir os subcanais para voz, dados, fax, vdeo, erc.

Fonte: Gilbert Held, 1998

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