Conceitos e Tecnologias de Redes de Computadores

Conceitos Básicos

Bit: Cada um dos algarismos do sistema binário.

Byte: Conjunto de 8 bits usado para codificar os caracteres.

Por que usar o sistema binário? Porque é mais fácil construir circuitos que reconheçam dois estados.

Unidade de medida dos bits e taxa de transferência: bps (bits por segundo) e seus múltiplos são kbps, mbps e gbps.

Unidade de medida em Hz (Hertz) e seus múltiplos: É a unidade de frequência derivada do SI para frequência, expressa em termos de ciclos por segundo (s^-1 ou 1/s). Usada para descrever ondas senoidais, como as de rádio ou sonoras. Seus múltiplos são: kHz, MHz, GHz, etc.

Grandeza contínua e discreta:

• Contínua: Varia de modo contínuo, com uma infinidade de valores entre dois pontos (ex: tempo).
• Discreta: Assume apenas valores inteiros (ex: número de pessoas).

Comunicação de Dados

Elementos necessários para a comunicação:

• Mensagem: O que se quer transmitir.
• Transmissor: Quem envia a mensagem.
• Receptor: Quem recebe a mensagem.
• Meio físico: Através do qual a mensagem trafega.

Formas de ligação dos equipamentos em uma rede:

• Ondas de rádio: Transmissão pelo ar, vácuo, microondas e satélite.
• Fios metálicos: Par trançado e cabo coaxial (sinais elétricos).
• Fibra óptica: Sinais luminosos através de cabos de fibras.

Ruído: Causa externa devido à qualidade dos fabricantes.

Tipos de Conexão:

• Ponto a ponto: Não há compartilhamento do meio físico entre as estações (ex: computador e impressora).
• Multiponto: Um transmissor envia mensagens para o meio físico ao qual as demais estações têm acesso (ex: rede local usando um barramento comum).

Simultaneidade:

• Serial: Um único meio físico de comunicação é usado para a transmissão dos sinais.
• Paralela: Vários meios de comunicação são usados simultaneamente para a transmissão dos sinais.

Direção:

• Simplex: Uma única direção (transmissão unidirecional).
• Half-duplex: Comunicação em ambas as direções, mas apenas uma estação transmite por vez.
• Full-duplex: Comunicação simultânea em ambas as direções.

Ritmo:

• Assíncrona: A cada caractere enviado, são acrescentados sinais de sincronização (start e stop).
• Síncrona: A sincronização é feita para um bloco de caracteres de cada vez.

Paridade: Por caractere, por blocos e paridade combinada.

Sinalização e Modulação

• Analógico: O sinal pode variar constantemente entre dois valores.
• Digital: Mantém e altera continuamente o circuito.

Tipos de Modulação: Amplitude, frequência e fase.

Modulação: Transformar o sinal digital em analógico para transmitir através dos meios de comunicação.

Velocidade de Transmissão: Quantidade de bits transmitidos por unidade de tempo (bps - bits por segundo).

Taxa de Sinalização (Baud): Quantidade de sinais transmitidos por unidade de tempo (sinais por segundo).

Meios Físicos

Desvantagem do par trançado: Perda de energia e interferência externa. São enrolados em espiral para reduzir o ruído e manter constantes as propriedades elétricas.

Tipos de fibra óptica: Multímodo degrau, gradual e monomodo. Não tem interferência eletromagnética. A transmissão funciona por um sinal luminoso operando na frequência infravermelho através de cabo óptico (10² a 10 Hz).

Topologias de Rede

• Anel: A mensagem circula em um único sentido até a estação de destino.
  • Vantagens: Menor custo, menos cabos e maior modularidade.
  • Desvantagens: A paralisação de um nó ou meio físico paralisa toda a rede.
• Estrela: O nó central controla o funcionamento da rede.
  • Vantagens: A paralisação de um nó não compromete a rede.
  • Desvantagens: Custo elevado, pouca modularidade e expansão limitada.
• Barramento: Todos os nós são ligados a um meio físico comum.
  • Vantagens: Menor custo, menos cabos, interfaces simples e maior modularidade.
  • Desvantagens: A paralisação de qualquer seção do barramento paralisa toda a rede.

Redes de Computadores

Rede de computadores: Conjunto de computadores interligados a um meio físico.

Arquitetura de rede: Forma em que os computadores estão interligados.

• Rede Local (LAN): Expansão por espaço relativamente pequeno (metros a quilômetros).
• Rede Metropolitana (MAN): Cobre região maior (até 100 km) com velocidades maiores.
• Rede Geograficamente Distribuída (WAN): Compartilha recursos com comunidades dispersas por uma grande extensão.

Linhas Privadas para Comunicação de Dados (LPDC)

Comutação (ou Chaveamento)

Alocação de recursos da rede para permitir a comunicação entre as estações ligadas à rede.

Comutação de Pacotes

A mensagem é dividida em pedaços pequenos (pacotes) de tamanho máximo pré-definido.

Diferenças entre Comutação de Circuitos e Comutação de Mensagens

• Comutação de Circuitos: É preciso estabelecer um caminho antes da transmissão.
• Comutação de Mensagens: Nenhuma conexão é estabelecida previamente.

Métodos de Acesso

Os métodos de acesso se dividem em três tipos: round robin, métodos baseados em reserva e métodos baseados em contenção.

• Round robin: uma por vez, cada estação tem a oportunidade de transmitir.
• Reserva: o tempo é dividido em segmentos (slots). Antes de iniciar a transmissão, a estação deve reservar um slot e usar o tempo de duração do slot para transmitir seus dados.
• Contenção: não é estabelecida nenhuma ordem (seqüência) para as estações transmitirem os seus dados. Em princípio, quando uma estação tem um dado para transmitir, ela simplesmente o transmite.

Acesso Baseado em Contenção Aloha

O método Aloha foi desenvolvido em 1970 ligando o centro de computação da Universidade do Hawaii, Honolulu, a terminais espalhados pelas ilhas do arquipélago. A rede Aloha é uma rede de rádio difusão via satélite, que influenciou grande parte dos métodos de acesso baseados em contenção.

Como a estação transmissora descobre que sua mensagem foi perdida devido à colisão no método Aloha?

Eles mandam a mensagem e esperam durante um intervalo de tempo. Se não receberem a confirmação, tornam a mandar a mensagem de novo.

Qual a principal característica dos métodos da família CSMA?

As estações têm acesso ao meio físico e conseguem detectar se há alguma outra estação transmitindo (monitorando o meio físico) e tentam evitar a colisão.

Qual a principal diferença entre os métodos de acesso da NP-CSMA e P-CSMA?

• NP-CSMA: Se o meio estiver ocupado, a estação aguarda durante um intervalo de tempo de duração aleatória antes de tentar transmitir novamente.
• P-CSMA: Se o meio estiver ocupado, a estação continua monitorando o meio físico para determinar o final da transmissão.

Cite o nome de 3 métodos de acesso baseados em contenção:

Aloha, CSMA e CSMA/CD

Cite o nome de 3 métodos de acesso baseado em reserva:

Mapa de bits, IFFO e CRMA

Quais são e como são as formas do funcionamento por acesso polling?

Há diversas variações deste método, na tentativa de melhor se adaptar a características da rede ou de melhorar o desempenho. Por exemplo, em algumas implementações as informações de controle passam por um canal, enquanto que os dados propriamente ditos passam por outro. Em redes muito grandes, em que as estações transmitem com pouca frequência, em vez de responder diretamente à estação controladora quando não tem nada a transmitir, a estação passa o controle diretamente para a estação seguinte, até que ocorra uma transmissão, após a qual a estação controladora reassume seu papel.

Qual a diferença entre os métodos de acesso Aloha e Slotted-Aloha, que faz com que o segundo seja mais eficiente que o primeiro?

Para diminuir o tempo desperdiçado devido a colisões, o método Slotted-Aloha obriga os terminais a iniciarem juntos a transmissão. Para isso, os terminais são sincronizados pelo computador central, que divide o tempo em intervalos (slots) iguais.

O que quer dizer cada item da sequência 10 Base-T?

A especificação 10BASE-T define como meio físico o cabo par trançado, como técnica de sinalização a banda básica, velocidade de transmissão de, até, 10 Mbps e tamanho máximo do segmento de 100 metros (dependendo da qualidade do fio pode ser maior ou menor). O par trançado (fio comum de telefone) tem aproximadamente 0,5 mm de diâmetro. A especificação 10BASE-T indica que a ligação entre as estações seja ponto-a-ponto, full-duplex utilizando dois pares trançados, um para a transmissão e outro para a recepção. Para interligar mais estações são utilizados hubs (repetidores com portas múltiplas), que, neste caso, funcionam como barramento para a rede.

O que é definido no padrão IEEE 802.3?

O padrão descreve não apenas o método de acesso, o protocolo da sub-camada MAC, mas, também, os meios físicos usados.

Quais as características de uma rede que segue o padrão IEEE 802.4 (Token Bus)?

É o padrão para redes em barra com sinalização em banda larga usando passagem de permissão como método de acesso ao meio físico. O padrão define várias combinações de meio físico e técnica de modulação: canal único e phase continuous frequency shift keying (FSK-fase contínua), canal único e phase coherent frequency shift keying (FSK-fase coerente), banda larga e multilevel duobinary amplitude modulated shift keying (chaveamento por mudança de fase com amplitude multinível duobinária modulada) e fibra óptica e modulação em intensidade (variação da modulação em amplitude).