Fundamentos de Redes de Computadores: Objetivos e Vantagens das LANs

Fundamentos de Redes de Computadores Prof Pablo De Chiaro Rosa Objetivos de redes de computadores Uma das primeiras soluções foi a criação de padrões de redes locais LAN Local Area Networks Já que os padrões de redes locais ofereciam um conjunto aberto de diretrizes para a criação de hardware e software de rede equipamentos de diferentes companhias poderiam então tornarse compatíveis Isto permitiu estabilidade na implementação de LANs Local Area Network LANs Uma rede local LAN é um grupo de dispositivos de computação interconectados como computadores impressoras servidores hubs switches e roteadores que estão localizados em um espaço geográfico limitado como um escritório prédio ou campus As LANs são usadas para permitir a comunicação de dados entre esses dispositivos permitindo que eles compartilhem recursos arquivos e aplicativos Local Area Network LANs utilizades Compartilhamento de recursos Uma rede local permite que os dispositivos compartilhem recursos como impressoras arquivos e aplicativos o que aumenta a eficiência e produtividade da empresa Comunicação eficiente Com uma LAN os funcionários podem se comunicar uns com os outros de forma mais rápida e fácil seja por meio de email chat ou outras ferramentas de comunicação Local Area Network LANs utilizades Gerenciamento centralizado Com uma rede local as empresas podem gerenciar todos os dispositivos conectados a ela de forma centralizada permitindo que elas façam atualizações e manutenção de forma mais fácil e eficiente Maior segurança As LANs permitem que as empresas estabeleçam controles de segurança centralizados como firewalls e autenticação de usuários o que aumenta a segurança da rede e dos dados da empresa Local Area Network LANs utilizades Facilidade de backup e recuperação de dados Com uma LAN as empresas podem fazer backup de dados de forma centralizada e recuperálos mais facilmente em caso de perda de dados Em resumo as redes locais são essenciais para as empresas modernas permitindo uma comunicação eficiente compartilhamento de recursos gerenciamento centralizado e maior segurança Necessidade de comunicação entre empresas remotas filiais Localizados em um espaço geográfico maior Redes de Computadores LAN Rede Local é uma rede de computadores que cobre uma área geográfica limitada como uma casa escritório ou campus universitário As LANs são usadas principalmente para compartilhar recursos entre dispositivos conectados como impressoras arquivos e aplicativos As LANs geralmente são gerenciadas localmente e possuem alta velocidade e baixa latência Redes de Computadores MAN Rede Metropolitana Metropolitan Area Network é uma rede de computadores que cobre uma área geográfica maior como uma cidade ou região metropolitana As MANs são usadas principalmente para interconectar LANs em diferentes locais geográficos As MANs são gerenciadas por provedores de serviços de rede e possuem uma velocidade intermediária e latência moderada Redes de Computadores WAN Rede de Área Ampla Wide Area Network é uma rede de computadores que cobre uma área geográfica muito grande como um país ou continente As WANs são usadas principalmente para interconectar LANs e MANs em diferentes locais geográficos As WANs são gerenciadas por provedores de serviços de rede e possuem uma velocidade mais baixa e latência mais alta do que as LANs e MANs LAN MAN WAN diferenças importantes incluem Topologia As LANs geralmente usam topologias de rede como barramento anel ou estrela As MANs e WANs geralmente usam topologias de rede em malha ou árvore Protocolos As LANs geralmente usam protocolos de rede como Ethernet e WiFi As MANs e WANs usam protocolos de rede como Frame Relay ATM e MPLS além do Ethernet Custo As LANs são geralmente mais baratas de implantar e gerenciar do que as MANs e WANs que exigem mais equipamentos e infraestrutura de rede Propriedade As LANs são de propriedade das empresas ou organizações que as utilizam As MANs e WANs são geralmente de propriedade de provedores de serviços de rede como empresas de telecomunicações Segurança As LANs geralmente são mais seguras do que as MANs e WANs que podem ser alvos de ataques cibernéticos em larga escala As WANs geralmente exigem medidas de segurança adicionais como VPNs e firewalls elaborados para proteger a rede e os dados das empresas LAN MAN WAN diferenças importantes incluem Topologia As LANs geralmente usam topologias de rede como barramento anel ou estrela As MANs e WANs geralmente usam topologias de rede em malha ou árvore Protocolos As LANs geralmente usam protocolos de rede como Ethernet e WiFi As MANs e WANs usam protocolos de rede como Frame Relay ATM e MPLS além do Ethernet Custo As LANs são geralmente mais baratas de implantar e gerenciar do que as MANs e WANs que exigem mais equipamentos e infraestrutura de rede Propriedade As LANs são de propriedade das empresas ou organizações que as utilizam As MANs e WANs são geralmente de propriedade de provedores de serviços de rede como empresas de telecomunicações Segurança As LANs geralmente são mais seguras do que as MANs e WANs que podem ser alvos de ataques cibernéticos em larga escala As WANs geralmente exigem medidas de segurança adicionais como VPNs e firewalls elaborados para proteger a rede e os dados das empresas Comutação Comutação de circuitos Redes orientadas à conexão de comutação de circuito O sistema de telefonia tradicional é um exemplo clássico de comutação de circuitos Quando você faz uma ligação telefônica um circuito dedicado é estabelecido entre os dois aparelhos até que a chamada seja encerrada Comutação Comutação de circuitos Redes orientadas à conexão de comutação de circuito Durante essa conexão a largura de banda é reservada exclusivamente para essa chamada o que significa que não há interferência de outras transmissões Comutação Comutação de circuitos Redes orientadas à conexão de comutação de circuito ISDN Comutação de circuitos para rede digitais O ISDN Integrated Services Digital Network é outro exemplo de comutação de circuitos no Brasil como RDSI Rede Digital de Serviços Integrados Ele foi um sistema de telecomunicações utilizado para conectar redes de computadores e dispositivos de telecomunicações Na na rede telefónica pública Comutação Comutação de circuitos Redes orientadas à conexão de comutação de circuito ISDN Comutação de circuitos para rede digitais Comutação de pacotes Transmitir dados de forma mais eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos A Internet é um exemplo comum de comutação de pacotes Quando você envia um email ou acessa um site os dados são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos Cada pacote é então roteado individualmente por diferentes rotas até chegar ao destino final onde é remontado em sua forma original Na busca por uma rede que pudesse resistir à perda de uma quantidade significativa de suas instalações de comutação e transmissão os primeiros criadores da Internet reavaliaram as pesquisas iniciais sobre redes de comutação de pacotes A premissa para esse tipo de rede é que uma única mensagem pode ser separada em múltiplos blocos de mensagem Comutação Comutação de circuitos Redes orientadas à conexão de comutação de circuito ISDN Comutação de circuitos para rede digitais Comutação de pacotes Transmitir dados de forma mais eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos A Internet é um exemplo comum de comutação de pacotes Quando você envia um email ou acessa um site os dados são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos Cada pacote é então roteado individualmente por diferentes rotas até chegar ao destino final onde é remontado em sua forma original Como funciona Comutação de Circuitos A comutação de circuitos é uma técnica utilizada para estabelecer uma conexão dedicada entre dois dispositivos de rede antes que os dados sejam transmitidos Essa técnica é geralmente utilizada em redes que requerem uma transmissão confiável e em tempo real como chamadas telefônicas e videoconferências 1 Quando uma chamada é iniciada um circuito dedicado é estabelecido entre os dois dispositivos de rede Esse circuito é composto por vários canais físicos como cabos de cobre fibra óptica ou satélites que são reservados exclusivamente para essa chamada durante toda a sua duração Isso significa que a largura de banda é dedicada apenas para essa chamada e não é compartilhada com outras transmissões Como funciona Comutação de Circuitos A comutação de circuitos é uma técnica utilizada para estabelecer uma conexão dedicada entre dois dispositivos de rede antes que os dados sejam transmitidos Essa técnica é geralmente utilizada em redes que requerem uma transmissão confiável e em tempo real como chamadas telefônicas e videoconferências 2 Durante a chamada os dados são transmitidos em tempo real pelo circuito dedicado O circuito permanece aberto até que a chamada seja encerrada garantindo uma conexão estável e sem interrupções Quando a chamada é encerrada o circuito é liberado e pode ser utilizado por outros dispositivos de rede Como funciona Comutação de Circuitos A comutação de circuitos é uma técnica utilizada para estabelecer uma conexão dedicada entre dois dispositivos de rede antes que os dados sejam transmitidos Essa técnica é geralmente utilizada em redes que requerem uma transmissão confiável e em tempo real como chamadas telefônicas e videoconferências 3 Uma das principais vantagens da comutação de circuitos é a qualidade da transmissão que é geralmente de alta qualidade e sem interferência No entanto a desvantagem é que a largura de banda é reservada exclusivamente para essa chamada o que significa que a rede pode ficar ociosa enquanto o circuito está aberto e não pode ser utilizada por outros dispositivos de rede Além disso a comutação de circuitos é geralmente mais cara do que a comutação de pacotes pois requer a reserva de canais físicos exclusivos para cada chamada Como funciona Comutação de Pacotes Técnica utilizada em redes de computadores para transmitir dados de forma eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos Quando um dispositivo envia dados pela rede eles são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos 1 Cada pacote contém informações sobre o endereço de origem e destino bem como o próprio conteúdo dos dados Os pacotes são transmitidos por diferentes rotas pela rede usando os caminhos mais eficientes disponíveis naquele momento Isso significa que os pacotes podem chegar ao destino em diferentes momentos e em diferentes rotas Como funciona Comutação de Pacotes Técnica utilizada em redes de computadores para transmitir dados de forma eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos Quando um dispositivo envia dados pela rede eles são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos 2 Ao chegar ao destino cada pacote é remontado em sua forma original para formar os dados completos Isso é possível graças às informações de endereço contidas em cada pacote que permitem que os dispositivos de rede saibam onde cada pacote deve ser encaminhado Como funciona Comutação de Pacotes Técnica utilizada em redes de computadores para transmitir dados de forma eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos Quando um dispositivo envia dados pela rede eles são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos 3 A comutação de pacotes é mais eficiente do que a comutação de circuitos porque permite que vários dispositivos compartilhem a largura de banda da rede Isso significa que a rede não fica ociosa enquanto um circuito está aberto como acontece na comutação de circuitos Além disso a comutação de pacotes é menos suscetível a falhas pois os pacotes podem ser transmitidos por rotas alternativas se uma rota estiver congestionada ou falhar Como funciona Comutação de Pacotes Técnica utilizada em redes de computadores para transmitir dados de forma eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos Quando um dispositivo envia dados pela rede eles são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos 4 Uma das desvantagens da comutação de pacotes é que ela pode introduzir atrasos na transmissão de dados delay pois os pacotes podem chegar ao destino em momentos diferentes e precisam ser remontados antes que os dados possam ser utilizados Além disso a comutação de pacotes pode resultar em congestionamento da rede se houver muitos dispositivos transmitindo dados simultaneamente Como funciona Comutação de Pacotes Técnica utilizada em redes de computadores para transmitir dados de forma eficiente e compartilhar a largura de banda entre vários dispositivos Quando um dispositivo envia dados pela rede eles são divididos em pacotes menores antes de serem transmitidos Rede datagrama é o mesmo que comutação de pacotes A rede datagrama é um tipo de rede de comutação de pacotes em que cada pacote é tratado de forma independente e não há conexão préestabelecida entre o emissor e o receptor Cada pacote é encaminhado de forma independente e pode seguir um caminho diferente pela rede para chegar ao seu destino A rede datagrama é utilizada em muitas redes de computadores incluindo a Internet Em resumo rede datagrama e comutação de pacotes são sinônimos referindose ao processo de dividir os dados em pacotes menores e transmitilos de forma independente pela rede Como funciona Largura de Banda Conceito de redes visto em comutação de circuitos e pacotes Medida em bits por segundo bps Largura de banda na comutação referese à quantidade de dados que pode ser transmitida através de uma rede de computadores em um determinado período de tempo É medida em bits por segundo bps kilobits por segundo Kbps megabits por segundo Mbps gigabits por segundo Gbps ou terabits por segundo Tbps A largura de banda é importante na comutação porque determina a quantidade de dados que pode ser transmitida através da rede Quanto maior a largura de banda maior a quantidade de dados que pode ser transmitida em um determinado período de tempo Como funciona Largura de Banda Conceito de redes visto em comutação de circuitos e pacotes Medida em bits por segundo bps Na comutação de circuitos a largura de banda é alocada para um único circuito durante a duração da conexão Isso significa que mesmo que o circuito não esteja sendo utilizado a largura de banda permanece alocada para ele Na comutação de pacotes a largura de banda é compartilhada entre vários dispositivos o que permite uma utilização mais eficiente da largura de banda da rede Como funciona Largura de Banda Conceito de redes visto em comutação de circuitos e pacotes Medida em bits por segundo bps Em redes de computadores a largura de banda é afetada por vários fatores incluindo a tecnologia de rede utilizada a qualidade dos cabos de rede a distância entre os dispositivos e o número de dispositivos que compartilham a rede É importante que a largura de banda da rede seja dimensionada corretamente para garantir um desempenho adequado da rede e evitar congestionamento Como funciona Largura de Banda Conceito de redes visto em comutação de circuitos e pacotes Largura de Banda Bandwidth é definida como a quantidade de informações que flui através da conexão de rede durante de um certo período de tempo Medida em bits por segundo bits bps A largura de banda é finita A largura de banda não é grátis A largura de banda é um fator importante na análise do desempenho da rede na criação de novas redes e no entendimento da Internet A demanda por largura de banda está sempre crescendo Largura de banda não é o mesmo que a velocidade Como funciona Largura de Banda Conceito de redes visto em comutação de circuitos e pacotes Largura de Banda Bandwidth é definida como a quantidade de informações que flui através da conexão de rede durante de um certo período de tempo Medida em bits por segundo bits bps A largura de banda é finita A largura de banda não é grátis A largura de banda é um fator importante na análise do desempenho da rede na criação de novas redes e no entendimento da Internet A demanda por largura de banda está sempre crescendo Largura de banda não é o mesmo que a velocidade Exemplo real acesse httpswwwrnpbrsistemarnpferra mentaspanoramadetrafego Como funciona Largura de Banda Largura de Banda Bandwidth pode ser convertida em outras medidas para se adaptar melhor ao volume de informações analisadas podendo ser descrita em Uma empresa exigirá uma largura de banda maior do que um usuário doméstico pois eles podem exigir conexão com a Internet para algumas centenas de sistemas e serviços de cada vez Largura de Banda Bandwidth é então a medição da quantidade de informações que podem ser transferidas através da rede Qual a diferença para o Vazão da rede Throughput Vazão da rede Throughput vs Largura de Banda O throughput se refere à largura de banda real medida em um determinado período Ex uma hora do dia específica usando específicas rotas de Internet e durante a transmissão de um conjunto específico de dados na rede Infelizmente por muitas razões o throughput é muito menor que a largura de banda digital máxima possível do meio que está sendo usado Abaixo seguem alguns dos fatores que determinam o throughput Topologias de rede Tipos de dados sendo transferidos Congestionamento da rede devido ao uso intenso da rede Muitos usuários estão acessando o mesmo serviçoservidor Baixa alocação de largura de banda entre dispositivos de rede Recursos CPU RAM dos dispositivos de rede Via de regra Throughput Bandwidth Exercício Com relação a Largura de Banda Bandwidth nem sempre é fácil encontrar as respostas aos problemas como esses mas o melhor lugar por onde começar é com um simples cálculo de transferência de dados Usando a fórmula tempo de transferência tamanho do arquivo largura de banda T SBW permite que um administrador da rede faça uma estimativa de vários dos componentes importantes do desempenho da rede Se for conhecido o tamanho típico do arquivo para um determinado aplicativo a divisão do tamanho do arquivo pela largura de banda da rede resulta em uma estimativa do tempo mais rápido no qual o arquivo pode ser transferido Devem ser considerados dois pontos importantes ao fazer estes cálculos O resultado é apenas uma estimativa pois o tamanho do arquivo não inclui qualquer encargo adicionado pela encapsulação do Pacote É provável que o resultado seja na melhor das hipóteses por conta da largura de banda disponível Uma estimativa mais precisa poderá ser obtida se o throughput for substituído pela largura de banda na equação Apesar dos cálculos da transferência de dados serem bem simples devese ter cuidado para usar as mesmas unidades por toda a equação Em outras palavras se a largura de banda for medida em megabits por segundo Mbits o tamanho do arquivo deverá ser em megabits Mb e não megabytes MB Já que os tamanhos de arquivos são tipicamente dados em megabytes talvez seja necessário multiplicar por oito o número de megabytes para convertêlos em megabits Tente responder a seguinte pergunta usando a fórmula TSBW Não se esqueça de converter as unidades de medição conforme o necessário O que levaria menos tempo enviar um conteúdo de 100 MB por uma linha ADSL 512Kbits de download e 256Kbits de upload OU enviar um arquivo em um disco rígido de 10 GB por uma conexão local 5Mbits O que levaria menos tempo enviar um conteúdo 100 MB por uma linha ADSL 512Kbits de download e 256Kbits de upload ou enviar um arquivo em um disco rígido de 10 GB por uma conexão local 5Mbits Resposta 100 MB 256 Kbps Kbits 3000 s 10 GB 5 Mbps Mbits 16000 s Exemplo de plano de internet Exercícios de fixação resposta do valor T em segundos extenso 1 Para calcular o tempo necessário para transferir um arquivo de 500 MB em uma rede local com uma vazão de 100 Mbps podemos utilizar a seguinte fórmula Tempo de transferência tamanho do arquivo em bits Throughput 2 Em um servidor local com Bandwidth de 100000 kbps foi necessário transferir um arquivo de 33 GB quanto tempo demorou 3 Suponha que você precise transferir um arquivo de 1 GB gigabyte pela Internet Sabendo que a sua conexão tem uma velocidade de download de 10 Mbps megabits por segundo qual seria o tempo estimado para realizar essa transferência 4 Caso você tenha uma conexão de Internet com velocidade de upload de 5 Mbps e seja preciso enviar um vídeo de 500 MB megabytes para um amigo Qual seria o tempo estimado para realizar essa transferência 5 Em uma LAN é necessário transferir um arquivo comprimido de tamanho 250 MB do seu PC que possui a placa de rede com 1Gbits para outro notebook que fora testado o Throughput de 600 kbps qual estimativa de tempo para isto