Aula 4 - Topologia de Redes

Aula 4- Topologia de Redes (ligações físicas,nós e distribuição física links) 

Topologias mais conhecidas

Muitos não sabem, mas a disposição física da rede em sí não importa muito, mas a "topologia" sim, ela tem um impacto sobre o desempenho da rede. No fundo isso define a conexão entre os nós da rede, e os links que eles podem formar. Os desenhos ou esquemas das redes, ilustram a topologia.

A Topologia Física sim traduz efetivamente na prática como a rede é ligada na prática com cabos e equipamentos. Já a  Topologia Lógica, não precisa necessariamente ser o o mesmo da topologia física, pois aqui se refere ao fluxo de dados e a maneira de como os sinais elétricos passam na rede, fluindo de um dispositivo ao outro. 

Exemplos:

• Rede Ethernet conectada via par trançado (UTP/CAT5)  usando repetição por hubs, tem uma topologia lógica de bus (barramento), porém fisicamente é ligada em topologia física estrela (star).
• Token Ring por exemplo usa uma topologia lógica de Anel (ring), mas fisicamente usando topologia em forma de estrela (star).

Redes de topologia idêntica, podem apresentar diferentes taxas de velocidades, tipos de sinais, distância entre nós, e conexões físicas, pois nenhuma rede será exatamente igual a outra, já que depende do meio geográfico em que está sendo implantada (local real).

Para ficar claro, embora as classificações lógicas e físicas sigam os mesmos nomes padronizados, a topologia física é determinada pela disposição física dos cabos e conexões entre os nós da rede. A topologia lógica é quase sempre determinada por protocolos, e ainda pode ser reconfigurada de forma dinâmica, usando equipamentos tais como roteadores e switches. A topologia lógica operada na camada 2 (enlace) e é associada ao subprotoloco  de comunicação de dados MAC( Media Access Control).

Existem 8 classificações de topologias básicas:

• Ponto-a-ponto (point-to-point)
• Barramento (bus)
• Estrela (star)
• Anel ou circular (ring)
• Malha (mesh)
• Árvore (tree)
• Hibrida (Hybrid)
• Cadeia Daisy Hierárquico (Daisy Chain)

Ponto-a-Ponto:

Esta é a topologia mais simples de todas, fazendo uma conexão direta entre dois terminais, estilo telefonia. Os famosos "hotlines" são feitos nesta topologia, onde um terminal se comunica diretamente com outro. Ele pode ser permanente estando em constante conexão, ou chaveado (estilo telefonia moderna) onde de forma dinâmica, quando não existe mais contato entre os dois terminais, a conexão é desfeita.

Barramento

Usado em redes LAN, nesta topologia cada nó da rede está conectado usando apenas um único cabo (backbone).O sinal elétrico viaja o cabo, percorrendo em ambas as direções (transmissão/recepção) e todos os terminais (nós), até encontrar o seu destino correto. Existe um endereço destino no pacote, de modo que apenas a máquina "endereçada" irá receber e transmitir o pacote para a máquina origem da conexão, as demais irão ignorar o pacote por completo. Esta topologia é econômica pois utiliza apenas um cabo de conexão entre todos os nós, mas possui uma alta gestão de rede, e não possui redundância, de modo que se o cabo partir, a rede estará seriamente comprometida!

No barramento linear, quando o sinal alcança o final do fio, poderá haver um "retorno" deste sinal causando uma interferência. Para evitar isso, os últimos dois nós, devem ser conectados com um equipamento chamado "terminador" que filtra este "eco" evitando este problema.

O barramento distribuído pode ainda ramificar cada nó em outros pequenos "barramentos" que se conectam usando um único caso, semelhante ao cabo principal.

Um exemplo de aplicação desta topologia fora da rede de computadores, são os barramentos de comunicação de computador (Mobo) que trabalham com "barramento" de dados em memórias e chipsets.

Estrela

A topologia de rede mais usada em LAN's caseiras, aqui cada nó da rede, está conectado à um elemento central (HUB ou Switch) usando uma conexão ponto-a-ponto para isso. O elemento central (no exemplo HUB) é o servidor da rede, e os demais os clientes, incluindo a impressora ou qualquer outro periférico. Não existem conexões auxiliares (alternativas) enter os nós (terminais) de modo que apenas a conexão ponto-a-ponto deles se comunica com o elemento central, e este elemento se comunicará ponto-a-ponto com outro terminal, fazendo o controle fluidez dos dados. Esta topologia é a mais fácil de se implementar, e adicionar os demais nós na rede é muito fácil, o único problema é que como não há conexão adicional (redundância) o elemento central é o único responsável pela comunicação de toda a rede, se ele falhar, a rede morre!

Anel

Esta topologia de rede, mantem o formato circular efetivamente, e cada nó da rede faz parte do círculo, atuando como um "buster" reforçando o sinal, enquanto o mesmo caminha no fluxo da rede. Cada dispositivo do nó (terminal), deve ter embutido, um receptor e um transmissor para amplificar o sinal e continuar a envia-lo para o restante da rede. 
Nesta topologia os dados percorrem todos os dispositivos (nós) da rede, de modo que o pacote deixa de circular para o resto, quando encontra a máquina destino. Cada nó da rede é crítico, de modo que uma máquina falhar, o restante da rede a partir dela ficará morto ( anel será quebrado), já que aqui não existe computador servidor, todos fazem a repetição/transmissão do sinal.

Malha

Totalmente Conectada

Existem dois tipos de redes em malha. A totalmente e a parcialmente conectada. Na malha, cada nó(máquina) coopera com toda a rede, se conectando diretamente (ponto-a-ponto) com outros nós criando uma trama complexa de conexão. Aqui temos o benefício da redundância, em que se um link estiver quebrado fisicamente (quebra de fio,etc) poderemos obter um outro caminho, roteando os dados por outros nós interconectados ao nó original. 
As redes totalmente conectadas, são indicadas somente para pequenas redes (LAN intranet) já que muitos nós, a trama se tornaria complexa demais, e o custo para conexão de todos os nós entre si, se tornaria algo inviável. Uma fórmula matemática determina o número de conexões máximas C= [n(n-1)/2]

Malha Parcialmente Conectada

Já nas malhas parcialmente conectadas, temos uma seleção especial de quais nós queremos efetuar a redundância, efetuando conexões diretas (ponto-a-ponto) apenas com outros nós importantes. Nem toda a rede está interligada, de modo que o custo de implantação se torna viável em grandes redes.

Árvore

Esta topologia é uma combinação das Topologias de Barramento com Estrela. Se um dos Nós do Barramento falhar, o nó principal da topologia estrela continuará mantendo a conexão entre os outros nós da rede, (redundância parcial), porém os outros nós do barramento ficam sem conexão.

Aqui temos uma Hierarquia, de modo que alguns nós (filhos) estão interligados aos principais (pais).

Esta topologia na prática é limitada, já que só poderemos anexar no máximo 2 conexões no dispositivo Pai.

A vantagem é o escalonamento (nós podem permitir outras conexões derivadas),fácil de gerir e identificar os pedaços da rede com falhas e administra-la. A desvantagem será se o backbone principal falhar (a rede inteira pode desabar) e a manutenção fica complicada em grandes áreas que usarem este tipo de topologia.

Híbrida

Esta rede utiliza uma combinação de várias outras topologias, no qual poderemos ter 3 ou mais topologias, originando uma configuração mista, não sendo classificada em mais nenhuma outra categoria específica. Para projetos de redes assim, temos alguns softwares que emboçam diagramas muitas vezes sem entendimento imediato, porém na prática funcionam muito bem, combinando o melhor das topologias, para produzirem redes de custo/benefício espetaculares.

Cadeia Daisy

É uma técnica para adicionar mais nós a uma rede já estabelecida. Não funciona com a Topologia Estrela. A cadeia Daisy, faz uma interconexão em série entre um terminal e outro. Na topologia linear, cada terminal deveria ter dois receptores, e dois transmissores. Ainda existem Cadeias Daisy em anel, no qual apenas os terminais das extremidades precisam ter estes equipamentos, reduzindo o custo pela metade. 

Estas são as topologias conhecidas para montagem de redes.

Na próxima aula faremos a conexão dos cabos UTP/CAT5 e aprenderemos as várias formas disponíveis.

JMJG
Engenheiro Eletrônico/Instrutor