Seção: Tutoriais Banda Larga

 

 
Redes de Computadores: Topologia

 

A topologia refere-se ao “lay-out físico” e ao meio de conexão dos dispositivos na rede, ou seja, como estes estão conectados. Os pontos no meio onde são conectados recebem a denominação de nós, sendo que estes nós sempre estão associados a um endereço, para que possam ser reconhecidos pela rede.

 

Figura 2: Intranet

 

Várias são as estratégias de topologia, embora as variações sempre derivem de três topologias básicas que são as mais freqüentemente empregadas (ROSS, Julio [s.d]).

 

A topologia de uma rede depende do projeto das operações, da confiabilidade e do seu custo operacional. Ao se planejar uma rede, muitos fatores devem ser considerados, mas o tipo de participação dos nodos é um dos mais importantes. Um nodo pode ser fonte ou usuário de recursos, ou uma combinação de ambos (ROSS, Julio [s.d]).

 

São apresentadas a seguir algumas das topologias típicas de redes.

 

Anel

 

Uma rede em Anel consiste de estações conectadas através de um caminho fechado. Nesta configuração, muitas das estações remotas ao Anel não se comunicam diretamente com o computador central.

 

Figura 3: Topologia em anel

 

Redes em Anel são capazes de transmitir e receber dados em qualquer direção, mas as configurações mais usuais são unidirecionais, de forma a tornar menos sofisticado os protocolos de comunicação que asseguram a entrega da mensagem corretamente e em seqüência ao destino.

 

Quando uma mensagem é enviada por um modo, ela entra no Anel e circula até ser retirada pelo nó destino, ou então até voltar ao nó fonte, dependendo do protocolo empregado. O último procedimento é mais desejável porque permite o envio simultâneo de um pacote para múltiplas estações. Outra vantagem é a de permitir a determinadas estações receber pacotes enviados por qualquer outra estação da rede, independentemente de qual seja o nó destino.

 

Os maiores problemas desta topologia são relativos à sua pouca tolerância a falhas. Qualquer que seja o controle de acesso empregado, ele pode ser perdido por problemas de falha e pode ser difícil determinar com certeza se este controle foi perdido ou decidir qual nó deve recriá-lo. Erro de transmissão e processamento pode fazer com que uma mensagem continue eternamente a circular no Anel. A utilização de uma estação monitora contorna estes problemas. Outras funções desta estação seriam: iniciar o Anel, enviar pacotes de teste e diagnóstico e outras tarefas de manutenção. A estação monitora pode ser dedicada ou outra que assuma em determinado tempo essas funções.

 

Esta configuração requer que cada nodo seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las adiante para o próximo nó. Nas redes unidirecionais, se uma linha entre dois nodos cair, todo sistema sai do ar até que o problema seja resolvido. Se a rede for bidirecional, nenhum ficará inacessível, já que poderá ser atingido pelo outro lado.

 

Barra

 

Nesta configuração todos os nodos (estações) se ligam ao mesmo meio de transmissão. A barra é geralmente compartilhada em tempo e freqüência, permitindo transmissão de informação.

 

Nas redes em barra comum, cada nó conectado à barra pode ouvir todas as informações transmitidas. Esta característica facilita as aplicações com mensagens do tipo difusão (para múltiplas estações).

 

Existem uma variedade de mecanismos para o controle de acesso à barra pode ser centralizado ou descentralizado. A técnica adotada para acesso à rede é a multiplexação no tempo. Em controle centralizado, o direito de acesso é determinado por uma estação especial da rede. Em um ambiente de controle descentralizado, a responsabilidade de acesso é distribuída entre todos os nodos.

 

Nas topologias em barra, as falhas não causam a parada total do sistema. Relógios de prevenção (“watch-dos-timer”) em cada transmissor devem detectar e desconectar o nodo que falha no momento da transmissão.

 

O desempenho de um sistema em barra comum é determinado pelo meio de transmissão, número de nodos conectados, controle de acesso, tipo de tráfego entre outros fatores. O tempo de resposta pode ser altamente dependente do protocolo de acesso utilizado.

 

Figura 4: Topologia em barramento

 

Estrela

 

Neste tipo de rede, todos os usuários comunicam-se com um nodo central, tem o controle supervisor do sistema, chamado “host”. Através do host os usuários podem se comunicar entre si e com processadores remotos ou terminais. No segundo caso, o host funciona como um comutador de mensagens para passar os dados entre eles.

 

Figura 5: Topologia estrela

 

O arranjo em estrela é a melhor escolha se o padrão de comunicação da rede for de um conjunto de estações secundárias que se comunicam com o nodo central. As situações onde isto é mais acontece são aquelas em que o nodo central está restrito às funções de gerente das comunicações e a operações de diagnósticos.

 

O gerenciamento das comunicações por este nó central pode ser por chaveamento de pacotes ou de circuitos.

 

O nodo central pode realizar outras funções além das de chaveamento e processamento normal. Por exemplo, pode compatibilizar a velocidade de comunicação entre o transmissor e o receptor. Se o protocolo dos dispositivos fonte e destino utilizarem diferentes protocolos, o nó central pode atuar como um conversor, permitindo duas redes de fabricantes diferentes se comunicar.

 

No caso de ocorrer falha em uma estação ou no elo de ligação com o nodo central, apenas esta estação fica fora de operação. Entretanto, se uma falha ocorrer no nodo central, todo o sistema pode ficar fora do ar. A solução deste problema seria a redundância, mas isto acarreta um aumento considerável dos custos.

 

A expansão de uma rede deste tipo de rede só pode ser feita até um certo limite, imposto pelo nodo central: em termos de capacidade de chaveamento, número de circuitos concorrentes que podem ser gerenciados e número de nós que podem ser servidos.

 

O desempenho obtido numa rede em estrela depende da quantidade de tempo requerido pelo nodo central para processar e encaminhar mensagens, e da carga de tráfego de conexão, ou seja, é limitado pela capacidade de processamento do nodo central.

 

Esta configuração facilita o controle da rede e a maioria dos sistemas de computação com funções de comunicação possuem um software que implementa esta configuração.

 

Vantagens:

  • Cada equipamento da rede tem o seu próprio cabeamento;
  • Ruptura de um cabo somente afetará uma estação;
  • Os concentradores podem ser locais.

 

Desvantagens:

  • Topologia de rede de custo elevado;
  • Necessidade de concentradores.

 

Comparação entre os Principais tipos de topologias

 

O quadro a seguir apresenta um resumo das topologias de rede apresentadas nas seções anteriores:

 

Quadro 1: Quadro resumo dos principais tipos de topologia

TIPOS DE TOPOLOGIAS

PONTOS POSITIVOS PONTOS NEGATIVOS
Topologia Estrela

- É mais tolerante a falhas

- Fácil de instalar usuários

- Monitoramento centralizado

- Custo de Instalação maior porque recebe mais cabos

Topologia Anel (Token Ring)

- Razoavelmente fácil de instalar

- Requer menos cabos

- Desempenho uniforme

- Se uma estação para todas param

- Os problemas são difíceis de isolar.

Topologia Barramento

- Simples e fácil de instalar

- Requer menos cabos

- Fácil de entender

- A rede fica mais lenta em períodos de uso intenso.

- Os problemas são difíceis de isolar.

 

 

Topologias Adicionais Derivadas das Anteriores

 

Outras topologias de rede podem ser obtidas, tais como as apresentadas a seguir.

 

Multiponto

 

Nesta modalidade de ligação existe sempre uma estação controladora que coordena o tráfico de dados das demais estações chamadas subordinadas. Este controle é feito através de uma rotina de atendimento denominada “POLL-SELECT”.

 

Estas redes podem permitir que estações subordinadas se comuniquem entre si diretamente ou apenas através da estação controladora. A diferença entre estes dois modos de envio de mensagens é a complexidade de controle.

 

Estruturas Mistas

 

As estruturas mistas são tipos de redes que utilizam características dos dois tipos básicos de redes, a ligação ponto-a-ponto e multiponto, para obter redes mais complexas e com maiores recursos. As estruturas mistas podem ser do tipo Estrela, Barra e Anel.

 

Figura 6: Estrutura de redes mista

 

Hubs e Switches

 

A topologia de uma rede irá determinar, em parte, o método de acesso utilizado. Métodos de acesso são necessários para regular o acesso a meios físicos compartilhados. Assim, costuma-se associar os métodos de acesso às topologias utilizadas. A instalação física das redes tem sofrido uma forte tendência na direção da utilização de hubs, o que, fisicamente, corresponde à implantação de uma topologia em estrela. Essa tendência é explicada, basicamente, pela crescente necessidade de melhorar o gerenciamento e a manutenção nessas instalações. O maior problema da topologia em estrela, como mencionado, é a sua baixa confiabilidade dada a presença de um elemento central no qual as falhas provocam a parada total do sistema. Porém, os avanços da eletrônica já permitem, hoje, que se construam equipamentos de alta confiabilidade, viabilizando esse tipo de topologia.

 

A utilização de hubs, no entanto, não exige, necessariamente, que as interfaces das estações com a rede a percebam como uma topologia em estrela. Do ponto de vista da interface das estações com a rede, o funcionamento se dá como em um Anel, com os seus respectivos métodos de acesso. Note, porém, que a implementação física, interna nos hubs, pode ser qualquer uma desde que essa interface seja preservada.

 

A demanda por maiores taxas de transmissão e melhor utilização dos meios físicos, aliados à evolução contínua da microeletrônica, começou a alterar a construção desses equipamentos concentradores. A partir do momento em que as estações estão ligadas a um elemento central, no qual a implementação interna é desconhecida, mas a interface é coerente com as estações, é possível pensar que esses elementos podem implementar arquiteturas que não utilizam apenas um meio compartilhado, mas sim possibilitam a troca de mensagens entre várias estações simultaneamente, desta forma, estações podem obter para si taxas efetivas de transmissão bem maiores do que as observadas anteriormente. Esse tipo de elemento central é denominado (assim como na topologia estrela) switch.

 

Seguir essa tendência utilizando-se dos métodos de acesso para meios compartilhados impõe limitações muito grandes às taxas de transmissão que se pode atingir, muito embora tenha sido uma necessidade de mercado manter as interfaces anteriormente padronizadas. Mas a evolução natural, como não poderia deixar de ser, veio com a criação de novas interfaces de acesso que permitiram que taxas de transmissão bem maiores fossem utilizadas. Redes ATM, baseiam-se na presença de Switches de grande capacidade de comutação que permitem taxas de transmissão que podem chegar à ordem de Gbps.

 

Assim, a topologia em estrela, tanto física quanto logicamente, retoma seu lugar no mundo das redes de computadores.

 

 

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