TOPOLOGIA DE REDES E SUA IMPORTANCIA - Trabalho Elaborado e Organizado por Vieira Miguel Manuel

TOPOLOGIA DE REDES E SUA IMPORTANCIA

A topologia de rede é o canal no qual o meio de rede está conectado aos computadores e outros componentes de uma rede de computadores. Essencialmente, é a estrutura topológica da rede, e pode ser descrito física ou logicamente. Há várias formas nas quais se podem organizar a interligação entre cada um dos nós (computadores) da rede.1 Existem duas categorias básicas de topologias de rede:

Topologia física

Topologia lógica

A topologia física é a verdadeira aparência ou layout da rede, enquanto que a lógica descreve o fluxo dos dados através da rede. A topologia física representa como as redes estão conectadas (layout físico) e o meio de conexão dos dispositivos de redes (nós ou nodos). A forma com que os cabos são conectados, e que genericamente chamamos de topologia da rede (física), influencia em diversos pontos considerados críticos, como a flexibilidade, velocidade e segurança.

A topologia lógica refere-se à maneira como os sinais agem sobre os meios de rede, ou a maneira como os dados são transmitidos através da rede a partir de um dispositivo para o outro sem ter em conta a interligação física dos dispositivos. Topologias lógicas são frequentemente associadas à Media Access Control, métodos e protocolos. Topologias lógicas são capazes de serem reconfiguradas dinamicamente por tipos especiais de equipamentos como roteadores e switches.

TOPOLOGIA

Ponto-a-Ponto

A topologia ponto a ponto é a mais simples. Une dois computadores através de um meio de transmissão qualquer, contanto que haja uma montagem especial nos conectores, para que hajam 2 pontos, A e B. Dela, pode-se formar novas topologias, incluindo novos nós em sua estrutura.

Barramento

 Todos os computadores são ligados em um mesmo barramento físico de dados.3 4 Apesar de os dados não passarem por dentro de cada um dos nós, apenas uma máquina pode “escrever” no barramento num dado momento. Todas as outras “escutam” e recolhem para si os dados destinados a elas. Quando um computador estiver a transmitir um sinal, toda a rede fica ocupada e se outro computador tentar enviar outro sinal ao mesmo tempo, ocorre uma colisão e é preciso reiniciar a transmissão.

Essa topologia utiliza cabos coaxiais.4 Para cada barramento, existe um único cabo que vai de uma ponta a outra. O cabo é seccionado em cada local onde um computador será inserido. Com o seccionamento do cabo formam-se duas pontas e cada uma delas recebe um conector BNC. No computador é colocado um "Y" conectado à placa que junta apenas uma ponta. Embora ainda existam algumas instalações de rede que utilizam esse modelo, é uma tecnologia antiga.

Na topologia de barramento, apenas um dos computadores está ligado a um cabo contínuo que é terminado em ambas as extremidades por uma pequena ficha com uma resistência ligada entre a malha e o fio central do cabo (terminadores). A função dos “terminadores” é de adaptarem a linha, isto é, fazerem com que a impedância vista para interior e para o exterior do cabo seja a mesma, senão constata-se que há reflexão do sinal e, consequentemente, perda da comunicação.

Neste tipo de topologia a comunicação é feita por broadcast, isto é, os dados são enviados para o barramento e todos os computadores vêem esses dados, no entanto, eles só serão recebidos pelo destinatário.

Anel

Na topologia em anel, os dispositivos são conectados em série, formando um circuito fechado (anel).3 Os dados são transmitidos unidirecionalmente de nó em nó até atingir o seu destino.3 Uma mensagem enviada por uma estação passa por outras estações, através das retransmissões, até ser retirada pela estação destino ou pela estação fonte.3 Os sinais sofrem menos distorção e atenuação no enlace entre as estações, pois há um repetidor em cada estação. Há um atraso de um ou mais bits em cada estação para processamento de dados. Há uma queda na confiabilidade para um grande número de estações. A cada estação inserida, há um aumento de retardo na rede.4 É possível usar anéis múltiplos para aumentar a confiabilidade e o desempenho.

Estrela

A mais comum atualmente, a topologia em estrela utiliza cabos de par trançado e um concentrador como ponto central da rede. O concentrador se encarrega de retransmitir todos os dados para todas as estações, mas com a vantagem de tornar mais fácil a localização dos problemas, já que se um dos cabos, uma das portas do concentrador ou uma das placas de rede estiver com problemas, apenas o nó ligado ao componente defeituoso ficará fora da rede. Esta topologia se aplica a pequenas e grandes redes, já que os concentradores costumam ter apenas oito ou dezesseis portas, mas no caso de um Switch, ele pode conter até 48 portas, podendo abranger mais computadores e abrangendo assim uma empresa de grande porte.

Malha

Esta topologia é muito utilizada em várias configurações, pois facilita a instalação e configuração de dispositivos em redes mais simples. Todos os nós estão atados a todos os outros nós, como se estivessem entrelaçados. Já que são vários os caminhos possíveis por onde a informação pode fluir da origem até o destino. Neste tipo de rede, o tempo de espera é reduzido e eventuais problemas não interrompem o funcionamento da rede. Um problema encontrado é em relação às interfaces de rede, já que para cada segmento de rede seria necessário instalar, em uma mesma estação, um número equivalente de placas de rede. Uma vez que cada estação envia sinais para todas as outras com frequência, a largura da banda de rede não é bem aproveitada.

Árvore

A topologia em árvore é essencialmente uma série de barras interconectadas.4 Geralmente existe uma barra central onde outros ramos menores se conectam. Esta ligação é realizada através de derivadores e as conexões das estações realizadas do mesmo modo que no sistema de barra padrão.

Cuidados adicionais devem ser tomados nas redes em árvores, pois cada ramificação significa que o sinal deverá se propagar por dois caminhos diferentes. A menos que estes caminhos estejam perfeitamente casados, os sinais terão velocidades de propagação diferentes e refletirão os sinais de diferentes maneiras. Em geral, redes em árvore, vão trabalhar com taxa de transmissão menores do que as redes em barra comum, por estes motivos. Atualmente não se usa a topologia em árvore, por que caso haja falha, a rede pode ser comprometida.

Topologia física baseada numa estrutura hierárquica de várias redes e sub-redes. Existem um ou mais concentradores que ligam cada rede local e existe um outro concentrador que interliga todos os outros concentradores. Esta topologia facilita a manutenção do sistema e permite, em caso de avaria, detectar com melhor facilidade o problema.

Híbrida

É a topologia mais utilizada em grandes redes.4 Assim, adequa-se a topologia de rede em função do ambiente, compensando os custos, expansibilidade, flexibilidade e funcionalidade de cada segmento de rede. São as que utilizam mais de uma topologia ao mesmo tempo, podendo existir várias configurações que podemos criar utilizando uma variação de outras topologias. Elas foram desenvolvidas para resolver necessidades específicas.

Muitas vezes acontecem demandas imediatas de conexões e a empresa não dispõe de recursos, naquele momento, para a aquisição de produtos adequados para a montagem da rede. Nestes casos, a administração de redes pode utilizar os equipamentos já disponíveis considerando as vantagens e desvantagens das topologias utilizadas. Consideremos o caso de um laboratório de testes computacionais onde o número de equipamentos é flutuante e que não admite um layout definido. A aquisição de concentradores ou comutadores pode não ser conveniente, pelo contrário até custosa. Talvez uma topologia em barramento seja uma solução mais adequada para aquele segmento físico de rede.

Numa topologia híbrida, o desenho final da rede resulta da combinação de duas ou mais topologias de rede. A combinação de duas ou mais topologias de rede permite-nos beneficiar das vantagens de cada uma das topologias que integram esta topologia. Embora muito pouco usada em redes locais, uma variante da topologia em malha, a malha híbrida, é usada na Internet e em algumas WANs. A topologia de malha híbrida pode ter múltiplas ligações entre várias localizações, mas isto é feito por uma questão de redundância, além de que não é uma verdadeira malha porque não há ligação entre cada um e todos os nós, somente em alguns por uma questão de backup.

Daisy Chain

Exceto para redes conectadas em estrela, a maneira mais fácil de adicionar mais computadores em uma rede é por encadeamento (Daisy-Chaining), ou seja, ligar cada computador em série com o próximo. Se a mensagem se destina a um computador distante no caminho da linha, cada sistema a retransmite em sequência, até que ela chegue ao seu destino. Uma rede encadeada (Daisy-Chained) pode assumir duas formas básicas: linear e anel.

A topologia linear coloca um link de duas vias entre um computador e outro. No entanto, isso era caro nos primeiros dias da computação, uma vez que cada computador (exceto os que estão em cada extremidade), necessitava de dois receptores e dois transmissores.

A topologia em anel pode ser formada conectando-se os computadores em cada extremidade. Uma das vantagens do anel é que a metade do número de transmissores e receptores pode sair de serviço, já que uma mensagem fará uma volta eventualmente por todo o outro lado. Quando um nó transmite uma mensagem, a mensagem é processada por todos os computadores do anel. Se um computador não é o nó destino, ele vai passar a mensagem para o nó seguinte, até que a mensagem chegue ao seu destino. Se a mensagem não for aceita por nenhum nó da rede, ela vai percorrer todo o anel e retornar ao remetente. Isto potencialmente resulta em uma duplicação do tempo de transmissão para os dados.

Centralização

A topologia em estrela reduz a probabilidade de uma falha de rede, conectando todos os nós periféricos (computadores, etc) a um nó central. Quando a topologia em estrela física é aplicada a uma rede lógica em Bus, tais como Ethernet , este nó central (tradicionalmente um hub) retransmite todas as transmissões recebidas a partir de qualquer nó periférico para todos os nós periféricos na rede, incluindo por vezes o nó de origem. Todos nós periféricos podem, assim, comunicar-se com todos os outros, transmitindo a, e recebendo, o nó central, apenas. A falha de uma linha de transmissão ligando qualquer nó periférico para o nó central irá resultar no isolamento desse nó periférico de todos os outros, mas os nós periféricos restantes não serão afetados. No entanto, a desvantagem é que a falha do nó central fará com que todos os nós periféricos falhem também.

Se o nó central é passivo, o nó de origem tem de ser capaz de tolerar a recepção de um eco de sua própria transmissão, atraso de duas vias de ida e volta do tempo de transmissão (isto é, a partir do nó central) mais qualquer atraso gerado no nó central. Um ativo de rede em estrela tem um nó ativo central que geralmente tem os meios para evitar problemas relacionados com o eco.

Uma árvore de topologia (topologia hierárquica) pode ser vista como um conjunto de redes em estrela dispostas em uma hierarquia . Esta árvore tem nós periféricos individuais (folhas, por exemplo) que são necessários para transmitir e receber de um outro nó só e não são obrigados a agir como repetidores ou regeneradores. Ao contrário da rede em estrela, a funcionalidade do nó central pode ser distribuído.

Como na rede em estrela convencional, devido a problemas particulares, os nós individuais podem, assim, ainda serem isolados a partir da rede por uma falha de um único ponto de um circuito de transmissão para o nó. Se um elo de uma folha falhar, a folha é isolada, se uma conexão com um nó não-folha falhar, uma seção inteira da rede torna-se isolada do resto.

Para aliviar a quantidade de tráfego de rede que vem transmitindo todos os sinais de todos os nós, nós centrais mais avançados foram desenvolvidos para que sejam capazes de acompanhar as identidades dos nós que estão conectados à rede. Estes switches de rede vão "aprender" o layout da rede "escutando" em cada porta durante a transmissão de dados normal, examinar os pacotes de dados e gravar o endereço / identificador de cada nó conectado e qual porta ele está conectado em uma tabela de pesquisa realizada na memória. Esta tabela de pesquisa, então, permite transmissões futuras para ser encaminhado para o destino pretendido apenas.

Descentralização

Numa malha de topologia (isto é, uma malha parcialmente conectada topologia), há pelo menos dois nós com dois ou mais caminhos entre eles para fornecer caminhos redundantes a serem utilizados no caso de a ligação proporcionando um dos caminhos de falha. Esta descentralização é frequentemente utilizado com vantagem para compensar a desvantagem de um único ponto de falha, que está presente quando se utiliza um único dispositivo como um nó central (por exemplo, em redes de estrela e árvores). Um tipo especial de malha, limitando o número de saltos entre dois nós, é um hipercubo. O número de grafos arbitrários em redes mesh torna mais difícil de conceber e implementar, mas a sua natureza descentralizada torna muito útil. Isto é semelhante em alguns aspectos a uma rede de pontos, em que uma topologia linear ou anel é utilizado para ligar sistemas em múltiplas direcções. Um anel multi-dimensional tem uma topologia toroidal, por exemplo.

Uma rede totalmente conectada, topologia completa ou topologia de malha completa é uma topologia de rede em que há uma ligação direta entre todos os pares de nós. Numa rede totalmente conectada com  nós, existem  ligações directas. Redes projetadas com esta topologia são geralmente muito caras para configurar, mas proporcionam um alto grau de confiabilidade, devido aos vários caminhos para os dados que são fornecidos pelo grande número de ligações redundantes entre os nós. Esta topologia é visto principalmente em aplicações militares.