IER60808: Conectividade local

O foco da disciplina IER é a infra-estrutura de rede, representada pelas camadas Internet e Acesso a rede no modelo TCP/IP (ou camadas Rede e inferiores no modelo OSI). Ela diz respeito ao conjunto de equipamentos, links, protocolos e tecnologias empregados para construir uma rede de computadores em curtas ou longas distâncias. Essa rede pode ser assim usada para que sistemas finais consigam se comunicar, tais como computadores de usuários, servidores, smartphones, e quaisquer outros dispositivos que produzam ou consumam dados. Desta forma, em IER iremos conhecer tecnologias envolvidas nessas camadas inferiores, bem como selecionar e configurar equipamentos, e interligá-los para construir redes de computadores.

Em nosso estudo, iniciaremos com tecnologias de comunicação para distâncias curtas. Tais tecnologias possibilitam que dispositivos se comuniquem diretamente, com distâncias até algumas dezenas de metros (em alguns casos, até poucas centenas de metros). Elas possibilitam conectar dispositivos em diferentes cenários, tais como:

• Computadores, laptops, celulares, tablets e smartTV em uma rede residencial
• Caixas de som, teclados, headsets e mouses (entre outros), associando-os a computadores, celulares ou laptops
• Sensores para monitoramento ambiental e de máquinas em plantas industriais
• Sensores e atuadores em hortas convencionais e hidropônicas
• Celulares e automóveis ou motocicletas
• Pagamento por aproximação com cartões ou celulares, ou leitura de documentos.

Tipos de redes de acordo com escopo espacial

Existem diferentes cenários e aplicações em que se necessita de conectividade local. Nesse sentido, definiram-se algumas categorias de tecnologias de comunicação:

• LAN (Local Area Network): as redes locais se constituem de tecnologias capazes de interligar dispositivos em distâncias de até poucas centenas de metros, e por meio guiado (com cabos). Atualmente, a tecnologia dominante é Ethernet (padrão IEEE 802.3)
• WLAN (Wireless Local Area Network): as redes locais sem-fio são capazes de interligar dispositivos distantes até algumas dezenas de metros. A tecnologia dominante é Wifi (padrão IEEE802.11)
• WPAN (Wireless Personal Area Network): as redes sem-fio pessoais interligam dispositivos até alguns metros, ou poucas dezenas de metros. Duas tecnologias conhecidas nessa categoria são Bluetooth (padrão IEEE 802.15.3) e Zigbee (que inclui o padrão IEEE 802.15.4)
• WBAN (Wireless Body Area Network): as redes de área corporal se constituem de dispositivos vestíveis. Uma aplicação promissora existe na área da saúde, para monitoramento de sinais vitais de pacientes de forma menos intrusiva. Há padrões propostos para esse tipo de rede, como IEEE 802.15.6 (WBAN) e ETSI SmartBANs
• NFC (Near Field Communication): os links com proximidade proporcionam comunicação entre dispositivos em distâncias muito pequenas, até de poucos centímetros. São usadas em passaportes, cartões de pagamento e celulares. Existem alguns padrões para NFC, dentre eles ECMA-352.

Um video sobre tipos de redes

Existem outras categorias, porém estas são as mais difundidas para conectividade local. Um sumário de outras classificações, obtido na Wikipedia, é resumido nesta figura:

Tipos de rede de acordo com escopo espacial. FONTE: Wikipedia

Redes locais (LAN)

Obs: obtido de Data and Computer Communications, livro de William Stallings, 8a edição:

As LAN são usadas em larga escala para interligar computadores, servidores, roteadores, e outros equipamentos de comunicação. Elas proporcionam a possibilidade de transmitir dados com alta taxa de transmissão (atualmente, 1 Gbps ou mais), com baixo custo e alta qualidade de transmissão. No entanto, as distâncias entre equipamentos são da ordem de até algumas dezenas de metros (ou algumas poucas centenas de metros, dependendo do tipo de cabeamento). Um conjunto de padrões definido para LANs especifica uma faixa de taxas de dados e abrange uma variedade de topologias e meios de transmissão, sendo IEEE 802.3 e correlatos os padrões mais difundidos.

Algumas tecnologias para LAN são:

• Ethernet (IEEE 802.3): largamente utilizada hoje em dia, na prática domina amplamente o cenário de redes locais. Oferece taxas de transmissão de 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps, 40 Gbps e 100 Gbps. O cabeamento pode ser coaxial, par-trançado ou fibra-ótica.
• Token Ring (IEEE 802.5): foi usada nos anos 80 e início dos anos 90, mas está em desuso ... muito difícil de encontrar uma rede local deste tipo hoje em dia. As taxas de transmissão eram de 4 Mbps e 16 Mbps, e uma versão de 100 Mbps chegou a ser desenvolvida. Usava cabos par-trançado blindados e não-blindados.
• Fiber Channel: criado especificamente para interligar servidores em redes de armazenamento de dados (SAN). Ofere taxa de transmissão de até 128 Gbps, e usa cabos de fibra-ótica.
• Infiniband: criado para interligar equipamentos para fins de computação de alto-desempenho. Mantém-se na ativa nesse nicho específico. As taxas de transmissão são de 8 Gbps até 600 Gbps.Usa cabos de cobre ou fibra-ótica.

Exemplos de uso de redes locais

Exemplos de redes locais são fáceis de apresentar. Praticamente toda rede que interconecta computadores de usuários é uma rede local - mesmo no caso de redes sem-fio, um caso especial a ser estudado mais a frente. A rede do laboratório de Redes de Computadores, onde temos nossas aulas, é uma rede local. Os demais computadores do câmpus formam outra rede local. Quando em casa se instala um roteador GPON ou ADSL e se conectam a ele um ou mais computadores, cria-se também uma rede local. Portanto, redes locais são bastante comuns e largamente utilizadas. Ainda assim, cabem alguns outros exemplos de possíveis redes locais, mostrados abaixo:

Uma LAN com vários computadores em uma LAN party

Uma LAN típica com um link para Internet

Um data center com servidores interligados por uma ou mais LAN

Um tipo de LAN especial para interligar servidores de armazenamento (storage), chamada SAN (Storage Area Network)

Topologias

Uma topologia de rede diz respeito a como os equipamentos estão interligados. No caso da rede local, a topologia tem forte influência sobre seu funcionamento e sobre a tecnologia adotada. Dependendo de como se desenha a rede, diferentes mecanismos de comunicação são necessários (em particular o que se chama de acesso ao meio). A eficiência da rede (aproveitamento da capacidade de canal, vazão) e sua escalabilidade (quantidade de computadores e equipamentos que podem se comunicar com qualidade aceitável) também possuem relação com a topologia.

Topologias de rede

A tabela abaixo exemplifica topologias conhecidas de redes locais.

Topologia	Exemplo	Tecnologias
Estrela		Ethernet (IEEE 802.3) com hubs e switches
Anel		Token-ring (IEEE 802.5), FDDI, Ethernet (mas com um detalhe a ver depois ...)
Barramento (em desuso)		Ethernet (IEEE 802.3)
Árvore		Ethernet (IEEE 802.3) com hubs e switches
Árvore-gorda (Fat-tree)		Ethernet (IEEE 802.3) com hubs e switches