TOPOLOGIAS DE REDES

Praticar para aprender

A compreensão dos equipamentos utilizados nas redes de computadores e as suas funcionalidades e características são pontos essenciais para que os profissionais de Tecnologia da Informação possam planejar a topologia, os serviços providos e os recursos que serão compartilhados. 

Além disso, a identificação das redes quanto ao nível de abrangência possibilitará efetuar o gerenciamento de redes geograficamente distribuídas, de forma eficaz. 

Retomando o nosso contexto de aprendizagem. A empresa já está instalada em seu novo endereço na cidade de Campinas, para desenvolvimento de jogos educacionais voltados aos estudantes das escolas desse município. A fim de que não ocorresse atraso no projeto, o diretor de TI solicitou que fossem instalados alguns equipamentos disponibilizados pela matriz localizada na cidade de São Paulo. Porém, no decorrer da semana, relatou-se pelos desenvolvedores e demais colaboradores lentidão no compartilhamento dos arquivos e na impressão. 

Como já era previsto, esses problemas ocorreram graças ao cascateamento efetuado com os Hubs. Para solucionar esses problemas e garantir a QoS (Qualidade de Serviços), os seguintes equipamentos foram adquiridos pela Empresa:

• Sala de gerente de projetos: 1 servidor (modelo Generic), 1 notebook.
  
• Sala de desenvolvimento: 1 switch (modelo Generic), 3 notebooks.
  
• Notebooks conectados no wi-fi do roteador da sala de reuniões. 
  

Dessa forma, os dois hubs da rede devem ser substituídos pelo switch, fazendo com que se reduza o tráfego de mensagens inúteis. Além disso, deve ser instalado um Servidor na sala do gerente de projetos, para que futuramente sejam configurados alguns serviços de redes. Por fim, precisa ser disponibilizada conexão sem fio na recepção para os notebooks da sala de desenvolvimento e para o gerente de projetos e no roteador já instalado (anteriormente) na sala de reunião. 

Para que ocorram todas essas mudanças, você deve utilizar os novos equipamentos no software de simulação de redes Cisco Packet Tracer, a fim de garantir a qualidade de conexão da rede. Para isso, modifique a rede estruturada com os Hubs e demais equipamentos para que os colaboradores da empresa possam desenvolver os jogos educacionais dentro do prazo estipulado.

Dessa forma, com a substituição dos equipamentos e a mudança da topologia, quais tipos de melhorias podem ocorrer na rede?

Ficou curioso? Vamos, então, encarar mais esse desafio.

conceito-chave

As redes utilizadas diariamente possuem em suas infraestruturas alguns equipamentos essenciais para prover a comunicação entre os dispositivos independentemente da sua localização geográfica. Tais equipamentos e as suas respectivas configurações são imperceptíveis para o usuário final, porém o desempenho dos seus serviços pode ser sentido (positivamente ou negativamente).

Com base nisso, é necessário que você saiba identificar os equipamentos de hardware, as topologias (pode-se ser definido como mapa da rede) possíveis em algumas redes, o nível de abrangência das redes (PAN, LAN, MAN, WAN e SAN), a definição das redes distribuídas e sem fio.

É importante destacar que os equipamentos que serão discutidos nesta seção não serão detalhados ao nível de camadas do modelo de referência OSI.

Roteador

Forouzan (2006) define que os roteadores são hardwares de redes que contêm microprocessadores, responsáveis pelo gerenciamento dos tráfegos de pacotes de dados, porém, diferentemente do Hub, ele tem a capacidade de analisar o endereçamento lógico (TCP/IP). 

O roteador forma tabelas lógicas dos equipamentos disponíveis nas redes, como: roteador, switch, computadores, dispositivos móveis, impressoras IP e câmeras IP. Para auxiliar nesse processo, é utilizado um mecanismo de descoberta de dispositivos “vizinhos”, é efetuado por roteadores e switches por meio dos protocolos de comunicação:

• ICMP: faz o diagnóstico da rede, relata os erros de recebimento de pacotes e no informe de características da rede.
  
• ARP: efetua o mapeamento dos endereços físicos (MAC) por meio do endereço lógico.
  
• RARP: faz o inverso do ARP, associando um endereço lógico ao físico. 
  

Dessa forma, um roteador envia periodicamente um protocolo de atualização de vizinhança aos roteadores conhecidos e um vai enviando a atualização aos outros sucessivamente, fazendo com que a tabela lógica de endereçamento dos equipamentos continue sempre atualizada.

O mercado possui diversos tipos de roteadores, que podem apresentar funcionalidades básicas para SOHO (Small Office Home Office - rede doméstica ou de pequeno escritório), ou equipamentos que permitem regras de tráfego, tabelas de rotas, programação de funções e possuem “linguagens de programação” própria. Um exemplo de roteador pode ser observado a seguir:

Segundo Kurose (2006), o roteador (sem fio) recebe a mensagem pela porta de entrada, repassa o pacote para o processador que efetua o roteamento, em que há a análise do endereçamento destino e encaminha para a porta de saída, na verdade apontando a interface de rede (placa ethernet). 

Switch

Este tipo de equipamento é comumente encontrado em empresas, faculdades, ou seja, redes que necessitam de maior número de dispositivos. Segundo Tanenbaum (1997), quando a mensagem chega a uma das interfaces de rede, o sistema do equipamento lê o endereço destino do cabeçalho e envia para a interface apropriada. Switches normalmente possuem diversas portas, como pode ser observado a seguir:

A grande diferença do hub para o switch é o fato de que neste cada uma das portas possuem o seu domínio de colisão, já o Hub manda a mensagem para todas as portas, podendo ser encontrado com velocidades que podem variar 10/100 Mbps e 1000 Mbps, ou seja, gigabit.

Bridges (pontes)

Quando o administrador de redes necessita conectar duas redes distintas, uma solução viável pode ser utilizar as bridges (pontes), tipo de equipamento que tem características muito parecidas com o switch. Porém, as suas aplicações em uma infraestrutura são bem distintas, conforme pode ser observado a seguir:

Enquanto o switch é utilizado para conectar dispositivos da rede, a bridge é empregada para interligar duas redes (LAN), mas nada impede que o administrador utilize o switch para interligar duas redes, desde que devidamente configurado e planejado. A vantagem de utilizar as bridges é que a sua configuração é mais simples, necessitando apenas fazer o apontamento do endereço das interfaces dos equipamentos das redes que estão sendo conectadas. Por sua vez, com o switch, o ganho no processamento das informações pode proporcionar melhor desempenho na comunicação entre os dispositivos de redes distintas. 

Gateway

Este conceito está diretamente ligado a um termo muito utilizado por profissionais de redes de computadores, que é “borda de rede”. Para a compreensão desse termo, observe a Figura 1.24 a seguir:

A Figura 1.24 demonstra a estrutura da maioria das redes disponíveis nos lares das pessoas. Os dispositivos PC2, Laptop0 e Laptop1, ao enviar uma mensagem, utilizam como primeiro destino, de forma padronizada, o Wireless Router0, equipamento esse considerado o gateway da rede em questão, o que explica o nome “borda de rede”, pois após o roteador, o dispositivo já está conectado à internet (rede mundial e não interna).

Tanenbaum (1997) define que o gateway pode ter funções específicas nas redes, dependendo do planejamento do administrador de redes, entre as quais estão:

• Direcionamento: todas as mensagens são enviadas para o nodo da rede, podendo ser roteador ou switch.
  
• Proxy: uma lista de sites a cujo acesso há ou não permissão pelos dispositivos da rede interna.
  
• Firewall: um dispositivo de segurança que verifica o conteúdo dos pacotes e efetua o bloqueio, quando há ação nociva aos serviços disponíveis na rede.  

Segundo Forouzan (2006), a topologia de uma rede pode ser dada como uma representação geométrica da relação dos links entre os dispositivos. Estão divididas em: 

• Malha: nesta topologia, cada um dos dispositivos da rede (nodos) possui um link dedicado com os demais da rede, ou seja, efetua transferência de dados entre os dois dispositivos. Observe a seguir:

O número de links de entrada/saída dos dispositivos (nodos) é dado por (n(n-1))/2, onde n é o número de switches no exemplo da Figura 1.25.

• Estrela: em geral, nesta topologia, cada dispositivo possui um link ponto a ponto com um concentrador, podendo este ser um hub, roteador ou switch. Observe o exemplo a seguir:

Os dispositivos não estão diretamente ligados entre si, porém ainda assim é possível efetuar o compartilhamento de seus recursos.

• Barramento: esta topologia é considerada ponto a ponto, pois para fazer a conexão é necessário um backbone (tronco central) para interligar os dispositivos, conforme pode ser observado na Figura 1.27 a seguir:

Na maioria das residências onde há internet cabeada, as operadoras utilizam esse tipo de topologia, em que o backbone da rede é o cabo instalado nos postes nas ruas e as estações são os modems que estão diretamente ligados ao tronco principal.

• Anel: cada dispositivo possui uma conexão com o seu “vizinho”; e o sinal, quando enviado, percorre o anel até que o destino seja encontrado. O formato desta topologia pode ser observado a seguir:

A topologia em anel é uma das mais fáceis de ser instalada e configurada em razão de cada um dos nodos possuir somente duas conexões.

• Híbrida: este tipo de formato de rede pode ser encontrado em várias redes internas, por exemplo: quando há redes em estrela conectadas em um barramento (backbone). Se pensarmos nas redes espalhadas pelo mundo, onde há diversos tipos de topologias conectadas, podemos considerar que em nível mundial temos uma rede híbrida. 
  

Forouzan (2006) defende que as aplicações das topologias podem variar conforme a disponibilidade de recursos e as necessidades que cada rede deve possuir. Outro fator importante é que, independentemente da topologia adotada pelo administrador de uma rede, todas elas apresentam algumas vantagens e desvantagens. Veja:

• Topologia em malha: a sua vantagem é possuir links redundantes entre os nodos, o que garante maior disponibilidade de acesso aos serviços e dispositivos. A sua desvantagem é que, para fazer links redundantes, são necessários muitos cabeamentos entre os nodos.
  
• Topologia em estrela: a vantagem deste tipo de rede é o custo, pois com um nodo é possível conectar diversos dispositivos à rede. Porém, em caso de falha do nodo, todos os dispositivos e serviços são desconectados da rede.
  
• Topologia em barramento: esta topologia é de fácil instalação, pois é necessário um link principal (backbone), em que todos os dispositivos se conectam. Como desvantagem está o tempo de detecção e recuperação de falhas, pois é necessário encontrar o ponto do backbone onde a conexão foi interrompida.
  
• Topologia em anel: a sua principal vantagem é a facilidade de instalação, pois só é necessário a conexão entre os dispositivos vizinhos. A sua desvantagem é que as mensagens trafegam em uma única direção.
  

As redes podem ser classificadas quanto ao seu nível de abrangência, ou seja, podem ser categorizadas pelo alcance dos seus links e serviços. Segundo Forouzan (2006), as categorias estão divididas em: 

• PAN (Personal Area Network – Rede Pessoal): são definidas as redes de curto alcance, assim como os compartilhamentos por meio do Bluetooth.
  
• LAN (Local Area Network – Rede Local): são redes locais encontradas em pequenos escritórios, residências ou campus. São projetadas para o compartilhamento de recursos computacionais (estação de trabalho). Normalmente as taxas de transmissão encontradas são de 100 Mbps a 1000 Mbps.
  
• MAN (Metropolitan Area Network – Rede Metropolitana): limita-se a uma cidade ou um distrito. Para exemplificar esse tipo de abrangência, há as redes Wi-Max (redes wi-fi de longo alcance) disponibilizadas em algumas cidades. 
  
• WAN (World Area Network – Rede Mundial): permite a transmissão de qualquer tipo de dados por longas distâncias, podendo ser entre cidades, estados, países e continentes. Sua velocidade de transmissão pode variar, pois são encontrados diversos meios e capacidade de links entre os nodos.
  
• SAN (Storage Area Network – Rede de Armazenamento): rede utilizada para armazenamento de dados. Entre as abrangências encontradas esta é a mais incomum, pois as tecnologias de análise de grandes volumes de dados para aplicação comercial são recentes.

Após a definição das redes pelo nível de abrangência, é possível a compreensão de dois modos como as redes podem estar estruturadas para prover os seus serviços, sendo na forma de redes distribuídas e sem fio. 

Tenenbaum (2006) define que as redes distribuídas podem abranger uma área geográfica dentro de uma organização, cidade, país ou continente, tendo como objetivo interligar um conjunto de dispositivos a fim de que algumas aplicações sejam executadas aos usuários. De uma forma mais abrangente, as redes podem ser definidas como geograficamente distribuídas (WAN), em que diversas LANs estão interligadas.

A internet sem fio se popularizou na maioria dos lares e locais de grande fluxo de pessoas, como terminais, restaurantes, praças, etc. A tecnologia parece nova, porém a sua primeira aplicação data de 1901 (Marconi) segundo Tanenbaum (1997), tendo sido utilizada para transmissão de um navio para o litoral por código Morse. Nas redes atuais há dois tipos de aplicações: 

• LAN sem fio: são sistemas dotados por um modem de rádio e uma antena para a transmissão dos dados. A sua abrangência em área livre deve ficar restrita a um prédio, campus ou escritório, dependendo de quantos retransmissores são utilizados na topologia. O padrão de comunicação utilizado para as LANs é conhecido por IEEE 802.11, ou seja, wireless ou wi-fi. 
  
• WAN sem fio: são antenas de transmissão potentes o suficiente para cobrir uma rede geograficamente distribuída, com uma abrangência de uma cidade por exemplo. As velocidades podem variar conforme as características técnicas de transmissão e recepção do sinal. No Brasil, as operações pela tecnologia conhecidas por WI-Max se iniciaram no ano 2008; as primeiras cidades foram: Belém, Belo Horizonte, Brasília, Curitiba, Fortaleza, Goiânia, Porto Alegre, Recife, Rio de Janeiro, Salvador, São Luis e São Paulo.

referências

CARISSIMI, A. Redes de Computadores. Instituto de Informática UFRGS. Porto Alegre: Bookman, 2009. 

COMER, D. E. Computer and Networks Internet with Internet Applications, São Paulo: Artmed, 2007..

FOROUZAN, A. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. Porto Alegre: Bookman, 2006. 

KUROSE, J. F. Redes de Computadores e a Internet: Uma abordagem top-down. 3. ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley 2006. 

TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. 4. ed. Rio de Janeiro: Campus, 1997.