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APRENDENDO UM POUCO SOBRE TOPOLOGIAS DE REDE

Endócrines - 10/09/2003

A topologia de uma rede de comunicação, refere-se à forma como os enlaces físicos existentes e os nós de uma comutação estão organizados, determinando caminhos físicos existentes e utilizáveis entre quaisquer pares de estações conectadas a essa rede.

A topologia de uma rede muitas vezes caracteriza o seu tipo, eficiência e velocidade. Veja a seguir:

Mesh - a interconexão é total garantindo alta confiabilidade, porém a complexidade da implementação física e o custo inviabilizam seu uso comercial.

Estrela - a conexão é feita através de um nó central que exerce controle sobre a comunicação. Sua confiabilidade é limitada à confiabilidade do nó central, cujo mal funcionamento prejudica toda a rede. A expansão da rede é limitada à capacidade de expansão do nó central, o cabeamento é complexo e caro pois pode envolver um grande número de ligações que envolvem grandes distâncias.

Barramento - as estações são conectadas através de um cabo de cobre (coaxial ou par trançado), com difusão da informação para todos os nós. É necessária a adoção de um método de acesso para as estações em rede compartilharem o meio de comunicação, evitando colisões. É de fácil expansão mas de baixa confiabilidade, pois qualquer problema no barramento impossibilita a comunicação em toda a rede.

Anel - o barramento toma a forma de um anel, com ligações unidirecionais ponto a ponto. A mensagem é repetida de estação para estação até retornar à estação de origem, sendo então retirada do anel. Como o sinal é recebido por um circuito e reproduzido por outro há a regeneração do sinal no meio de comunicação; entretanto há também a inserção de um atraso mínimo de 1 bit por estação. O tráfego passa por todas as estações do anel, sendo que somente a estação destino interpreta a mensagem. É de fácil expansão, obtida através da ligação de módulos que implementam anéis independentes e que tornam-se um grande anel quando conectados. Pode ter sua confiabilidade incrementada pela adoção de dispositivos que realizam o bypass da estação no anel em caso de falha nos circuitos de conexão da mesma.

Árvore - é a expansão da topologia em barra herdando suas capacidades e limitações. O barramento ganha ramificações que mantêm as características de difusão das mensagens e compartilhamento de meio entre as estações.

Topologias mistas - combinam duas ou mais topologias simples. Alguns exemplos são o de estrelas conectadas em anel e o árvores conectadas em barramento. Procuram explorar as melhores características das topologias envolvidas, procurando em geral realizar a conexão em um barramento único de módulos concentradores aos quais são ligadas as estações em configurações mais complexas e mais confiáveis.

Métodos de acesso:

É o conjunto de regras que permitem o compartilhamento do meio de comunicação entre diversas estações. Este compartilhamento reduz os custos e simplifica a implantação da rede. São responsabilidades do método de acesso:

  • escolher a estação a transmitir em determinado momento;
  • notificar a estação que deve realizar a transmissão;
  • notificar a estação quando o meio estiver disponível para transmissão;
  • colocar o dado binário no meio de comunicação em forma de sinal digital, adicionando o header;
  • ativar procedimentos de recuperação em caso de falha.

Existem duas formas básicas de se efetuar o controle de acesso das estações ao meio de comunicação:

  • Controle centralizado: o processamento do algoritmo de acesso é feito pela unidade central, que determina a seqüência e o tempo de acesso das estações ao meio de comunicação.
  • Controle distribuído: o controle é efetuado por cada estação na rede. Este tipo de controle implica na existência de recursos e capacidade de processamento nas estações que permitam à mesma saber o estado do meio de comunicação, identificar situações de erro e acionar procedimentos de recuperação. Todas ou muitas destas funções são geralmente codificadas no firmware, código residente das placas de interface de rede.

Protocolos de acesso:

Alocação fixa: uma porção predeterminada do meio é reservada para uma estação em uma base que pode variar com o tempo, a freqüência ou numa combinação dos dois. Divide-se em:

FDMA (frequency division multiple access): cada estação transmite em uma faixa de freqüências própria, utilizando a mesma como um canal de transmissão dedicado.

TDMA (time division multiple access): cada estação tem acesso exclusivo ao meio de transmissão durante um intervalo de tempo predeterminado.

CDMA (code division multiple access): a transmissão do sinal pelas estações varia em diferentes faixas de freqüências em intervalos de tempo pré determinados. Tais técnicas são chamadas de spread spectrum e envolvem chaves de codificação e decodificação que devem ser iguais entre as estações, para que a estação receptora saiba qual faixa de freqüências deve monitorar para captar o sinal transmitido em determinado instante. Pode ser em sequenciamento direto ou em sequenciamento com saltos (Hops).

Alocação por demanda: requer algoritmo de controle que gerência a permissão do uso da rede pelas estações. Usa um mecanismo de seleção que ignora estações sem tráfego para transmissão.

Polling: é um método de acesso no qual uma estação central, controladora, pede mensagens das estações componentes da rede em uma seqüência preestabelecida ou associada dinamicamente. A estação que está sendo questionada transmite as mensagens que precisar e sinaliza ao final, liberando o acesso, para que a estação central possa questionar a próxima estação na cadeia, num ciclo repetido. Se a estação central cair, toda a rede para.

Token passing (passagem de ficha): aloca permissão de acesso ao meio de forma cíclica, onde cada estação transmite baseada na possessão de um token, que é um padrão de bits que informa se o meio está livre ou ocupado. Pode ser adaptativo, onde os tempos de retenção de token são influenciados pelo tráfego na rede. As duas principais variações deste método são:

Token ring: opera em uma topologia em anel. Quando uma estação recebe um token vazio e não tem nada a transmitir, repassa este token para a próxima estação na rede. Se a mesma possui uma mensagem a transmitir ela marca o token como ocupado e o repassa para a próxima estação na rede, colocando sua mensagem na rede logo após. As estações que recebem o token ocupado repassam o mesmo, e a mensagem que o acompanha, para a estação adjacente, lendo-a se o destino da mensagem for ela própria. Quando o token retorna à estação origem, esta o marca como livre e passa o mesmo adiante, retirando a sua mensagem do anel.

Token bus: similar ao anel, mas o token e a mensagem são recebidos simultaneamente por todas estações. A passagem do token é feita de forma predeterminada, através de um ring lógico, sem obedecer a uma seqüência por ordenação física. Uma das estações é eleita dinamicamente a controladora do fluxo. Não há regeneração do sinal, sendo possível a existência de estações que só recebem, sem permissão de transmitir

Alocação randômica: não há controle central. A competição pelo meio de comunicação implica na existência de contenção.

Aloha: Desenvolvido na universidade do Havaí para uso em enlaces de rádio entre as ilhas. A transmissão é feita sem monitoração do meio de comunicação. A verificação de recepção com sucesso é em função do retorno de uma mensagem de confirmação (ACK). Se não houver resposta dentro de um predeterminado tempo limite, é efetuada uma retransmissão após um tempo randômico. Uma variação do protocolo é o Slotted Aloha, que através da sincronização entre as estações, divide o tempo de utilização do meio em parcelas com o mesmo tamanho dos pacotes.

Barra de contenção: possível em redes com baixo tempo de propagação. Cada estação "escuta" o meio antes de transmitir para saber se o mesmo está desocupado. A "escuta" se resume na detecção do sinal (portadora), sendo por isto o método chamado de CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

CSMA não persistente: estações esperam período de tempo randômico (backoff) para transmitir, cuja duração cresce exponencialmente. Após a espera, é feita a detecção da portadora. Se o meio está livre, a estação transmite o quadro. Se o meio está ocupado, é realizada uma nova espera com tempo maior.

CSMA 1-persistente: estações escutam o meio e caso o mesmo esteja ocupado, permanecem em estado de monitoração. No caso de sentirem o meio desocupado, transmitem imediatamente.

CSMA p-persistente: semelhante ao 1-persistente, com a diferença de que a transmissão não é efetuada imediatamente após o meio estar desocupado. Ao perceber o meio livre a estação espera um tempo randômico calculado com base em uma probabilidade P.

CSMA/CD (CSMA com detecção de colisão): similar ao CSMA p-persistente, mas as estações escutam o meio enquanto transmitem. Caso detectem uma colisão (transmissão simultânea com outra estação), é interrompida a transmissão. A detecção de colisão implica em um aumento de confiabilidade.

Anel de contenção: topologia em anel com ligações ponto-a-ponto.

Anel segmentado: o tempo de utilização do meio é segmentado. As estações esperam por um período livre para realizarem a transmissão através de monitoração do meio.

Anel por inserção de registro: semelhante ao anel segmentado, com a adição de registros de recepção, inserção e transmissão. A recepção só é efetuada se o endereço destino da mensagem é o da estação. Se o endereço destino não é o da estação os dados são repassados para o registro de transmissão. Se a estação começa a transmitir dados e chega um quadro que não é destinado a ela, o quadro recebido é colocado em um registro de inserção para retransmissão após a transmissão dos seus dados. Caso o registro de inserção fique cheio e haja mais dados a transmitir, a transmissão destes dados é deferida. Capacidade de circulação de dados do anel é acrescida pela capacidade de armazenamento do registro de inserção.

Conclusão:

Bom, com o visto acima, já é possível você ter uma boa visão com relação a TOPOLOGIAS DE REDE, e já é possível avançar um pouco mais no universo que é a área de redes em informática. Você pode ir lá no Fórum do BoaDica (http://www.forumboadica.com.br), onde você encontrará uma área específica no Forum sobre REDES e com isto poder bater papo, colocar dúvidas, participar de debates, etc, sobre redes, aplicativos de rede, implementações, etc.

 
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