U
Universidade Faculdade
Católica dede
Pelo
Tecnologia Senac Pelotas
Disciplina de Redes de Computadores
Curso Superior de Tecnologia em Redes de Computadores
Unidade Curricular - Redes I
Rede de Computadores:
Dispositivos
Prof. Eduardo Maroñas Monks
2012
Sumário
•
•
•
•
•
•
Conceito de Redes
Camadas
Tipos de Equipamentos
Funcionamento
Exemplos
Referências
Disciplina de Redes de Computadores – Prof. Eduardo Monks
2
Conceito de Redes de
Computadores
– Uma rede de computadores é uma coleção
de computadores e outros dispositivos,
que usam um protocolo em comum para
compartilhar recursos entre si através de
um meio de transmissão [GAL99].
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3
Diagrama Simplificado de Rede
Host B
Software
Aplicativo
Software
Aplicativo
Recursos de
Rede do
Sistema
Operacional
Recursos de
Rede do
Sistema
Operacional
Interface de
Rede
Interface de
Rede
Host A
Meio Físico de
Transmissão
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4
Modelos: OSI x TCP/IP
•Modelo de Referência OSI criado para estabelecer um padrão de
compatibilidade e eficiência em redes de computadores. Composto por 7
camadas
•Devido a complexidade e a demora no desenvolvimento de aplicações, o
modelo adotado de fato acabou sendo o TCP/IP
•As camadas têm a função de simplificar o estudo e implantação dos
serviços e protocolos de rede
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5
Camada Física
• Trata dos aspectos físicos da transmissão de
bits.
• Não se preocupa com a correção dos dados
• São definidos:
–
–
–
–
Taxa de transmissão (9600bit/s, 10Mbit/s, etc)
Tipo de Transmissão (Banda base, larga)
Tipo de codificação (Manchester, modulação)
Quantos pinos e qual a função de cada pino dos
conectores
– Outros procedimentos eletrônicos e mecânicos
• Exemplo:
– RS-232, X-21, RS-485 , padrão IEEE 802.3
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6
Camada de Enlace de Dados
• Transformar o canal de comunicação em uma linha livre
de erros de transmissão
• Controle de erros
• Controle de fluxo
• Mostra uma ligação ponto a ponto para a camada
superior (os bits são passados na mesma ordem de
saída).
• Disciplina acesso ao meio físico em redes de difusão
(broadcast)
• Responsável pela delimitação/sincronização de
quadros/caracteres = conjunto de bits da mesma
mensagem que trafegam juntos pela rede.
• Exemplos:
– Padrão IEEE 802.3, protocolo PPP
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7
Camada de Rede
• Cria uma independência em relação as
tecnologias empregas para transmissão e
interconexão entre sistemas
• Abstração de rede lógica
• Responsável pelo estabelecimento de rotas
• Determina como os pacotes acham o caminho
até seu destino
• Trata dos problemas de congestionamento e de
conversão de endereços entre sub-redes
diferentes
• Exemplos:
– Protocolo IP, Protocolo IPX, Padrão X.25
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8
Camada de Transporte
• Camada fim a fim
• Comunicação entre entidades de um
mesmo nível nos sistemas finais
• Garantir que a informação chega
correta ao destino, oferecendo:
• Controle de fluxo
• Segurança
• Transparência
• Controle de erro
• Exemplos:
– Protocolos TCP, UDP, SPX
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9
Camada de Sessão
• Mecanismo de controle de diálogo
entre processos dos sistemas
finais
• Estabelece, mantém e sincroniza a
interação entre sistemas de
computação
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10
Camada de Apresentação
• Oferece uma independência as
aplicações quanto a representação
interna de dados
• Tratamento da sintaxe e da semântica
dos dados transmitidos:
• Conversão de formatos de dados (big
endian, little endian, ASCII, Unicode)
• Mecanismos de compactação de dados
• Criptografia
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11
Camada de Aplicação
• Os serviços de aplicação ao usuário
• Definição dos protocolos que serão
implementados pelo software aplicativo
• Exemplo:
–
–
–
–
Transferência de arquivos (ex: ftp, scp, etc)
Correio eletrônico (ex: smtp, pop, imap, etc)
WWW, news (ex: http)
Compartilhamento de arquivos e recursos (ex:
smb, cifs)
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12
Classificação de Redes
• Classificadas de acordo com a abrangência
geográfica:
– WAN (Wide Area Networks)
• Nacional/Internacional
– MAN (Metropolitan Area Networks) / WMAN (Wireless MAN)
• Centenas de quilômetros
– LAN (Local Area Networks) / WLAN (Wireless LAN)
• Alguns quilômetros
– PAN/WPAN (Personal Area Network/Wireless PAN)
• Alguns metros
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13
Classificação de Redes
Tipo de Rede
Cobertura
Meios
Taxas Típicas
Padrões
PAN ou WPAN
Alguns metros
Canais de RF
2 Mbit/s
Bluetooth
(IEEE 802.15)
LAN ou WLAN
Alguns Kms
Par trançado,
fibra ótica e
canais de RF
10 Mbit/s a 10
Gbits/s
Ethernet,
Token Ring,
IEEE 802.11
MAN ou
WMAN
Centenas de
Kms
Fibra ótica,
Canais de RF
155 Mbit/s a
10Gbit/s
ADSL, WiMAX
WAN
Nacional e
Internacional
Fibra ótica
64 Kbit/s a
Tbit/s
PDH, SDH,
Sonet, MPLS,
Redes Óticas
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14
Topologia de Rede
• Definição: “O layout lógico de uma rede é
denominado topologia da rede. Há várias
formas nas quais se pode organizar a
interligação entre cada um dos nós (nodos)
da rede”.
• Tipos:
– Ponto-a-ponto
– Multiponto
• Barramento
• Anel
• Estrela ou Árvore.
– Totalmente Conectada (Full Mesh)
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15
Ponto-a-Ponto (Peer-to-Peer)
• É um tipo de configuração física de enlaces (links) de comunicação de dados,
onde existem apenas dois pontos de dispositivos de comunicação em cada uma
das extremidades dos enlaces.
• Com o uso de cabos coaxiais, todos os computadores estão conectado um a
um, sendo que um cabo entra em um computador de um lado e sai de outro
através de um conector de rede coaxial. As informações correm a rede toda de
sua origem até seu destino, ou seja, ela não vai diretamente de um ponto a
outro.
• Pode ser utilizada com cabos par trançados entre apenas dois computadores.
• A grande desvantgem dessa rede é que, se um cabo se desconectar por algum
motivo, a rede toda cai.
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16
Barramento (Bus)
• Na topologia em barra pode ser empregada a comunicação com
caminhos bidirecionais. Todos os nós são conectados
diretamente na barra de transporte, sendo que o sinal gerado por
uma estação propaga-se ao longo da barra em todas as direções.
• Cada host atende por um endereço na barra de transporte,
portanto, quando uma estação conectada no barramento
reconhece o endereço de uma mensagem, esta a aceita
imediatamente, caso contrário, a despreza.
• Tem como característica tipica, a possibilidade de todas as
estações escutarem o meio de transmissão simultaneamente.
• O princípio de funcionamento é bem simples: - se uma estação
deseja transmitir, ela verifica se o meio está ocupado. - se estiver
desocupado, a estação inicia sua transmissão. - se apenas
aquela estação desejava transmitir, a transmissão ocorre sem
problemas.
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17
Anel (Ring)
A topologia em anel se assemelha a um círculo utilizando
em geral, ligações ponto-a-ponto que opera em um único
sentido de transmissão. O sinal circula o anel até chegar
ao destino. É uma topologia confiável, mas com grande
limitação quanto a sua expansão pelo aumento de
“retardo de transmissão” (intervalo de tempo entre inicio
e chegada do sinal ao nó
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18
Estrela (Star)
É o arranjo em que um dispositivo concentrador (Hub),
serve de ponte entre o servidor e as estações,
podendo existir mais de um concentrador, isto é, no
ponto de conexão de um Hub, pode-se acrescentar
mais um Hub e assim sucessivamente, podendo-se
expandir a rede. Quando isto ocorre, dizemos que a
rede possuí uma topologia estrela distribuída.”
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19
Tipos de Equipamentos
• Dois tipos básicos:
– Equipamentos Passivos: não possuem
componentes eletrônicos ativos.
• Exemplos:
– Cabos;
– Conectores;
– Antenas.
– Equipamentos Ativos: possuem elementos
eletrônicos ativos.
• Exemplos:
– Interfaces de rede;
– Comutadores;
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20
Tipos de Equipamentos:
Serviços
• Terminais (hosts):
– são responsáveis pela interação do
usuário com os recursos da rede.
Possuem, no mínimo, uma interface de
rede e algum software para acesso aos
recursos compartilhados.
• Servidores (servers) :
– são responsáveis por fornecer serviços
na rede, tais como e-mail, impressão e
firewall.
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21
Equipamentos Passivos
Funcionam na camada física do
modelo de referência OSI.
• Cabos
–
–
–
–
–
Serial;
Coaxial;
Par Trançado;
Fibra Ótica;
USB.
• Conectores
–
–
–
–
–
V.35
Serial
RJ-11
RJ-45
BNC
• Patch Panels
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Cabos UTP categoria 5 de terminação
(Patch Cables).
Conectores V.35 usados em
roteadores com interface síncrona.
Patch Panels usados na organização
de cabeamento em armário.
22
Equipamentos Passivos
• Cabeamento
• Importância do cabeamento na estrutura de
uma rede
•
O cabeamento tem o maior ciclo de vida de todosos
componentes de uma rede
• O custo do cabeamento é a menor parcela do
orçamento global de uma rede
•
O custo de manutenção da rede é menor
•
O custo de ampliações é menor
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23
Cabeamento
“ O cabeamento é um fator crítico no desempenho de uma
rede de computadores. A elevada freqüência de
alteração da posição das estações, a inclusão de novas
estações, a desativação de estações, tudo isso, com o
decorrer do tempo, faz com que a escolha do
cabeamento se torne um elemento crucial na definição
da qualidade do serviço prestado por uma rede. “
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24
Equipamentos Passivos:
Exemplo
• Cabo par trançado não-blindado
UTP (Unshielded Twisted Pair):
– Possui 8 fios condutores de cobre,
organizados em 4 pares;
– Padrão para redes locais do tipo
Ethernet (802.3);
Conector RJ-45
Cabo Par Trançado
• 10BaseT, 100BaseT, 100BaseT4 e
Gigabit.
– Desempenho baseado em
categorias, de 1 a 7 (mais comum
categoria 5 e 6);
– Usa conectores padrão RJ-45;
– Conectorização por pressão
(crimpagem) e padronizada como
TIA 568A/TIA568B*.
* TIA – Telecommunications Industry Association
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25
Categorias de Cabos UTP
•
Categoria 1: possui medida 26 AWG, é usado para radio e padronizado pela
norma EIA/TIA-568B.
•
Categoria 2: muito usado antigamente nas redes token ring chegando a
velocidade de 4Mbit/s.
•
Categoria 3: cabo padronizado usado para transmissão de dados que utiliza
frequências até 16MHz. É muito usado em redes ethernet de 10 Mbit/s.
•
Categoria 4: pode ser utilizado para frequências até 20MHz e foi muito usado
em redes token ring a uma taxa de 16Mbit/s.
•
Categoria 5: usado muito em redes fast ethernet. Pode ser usado para
frequencias até 100MHz com uma taxa de 100Mbit/s.
•
Categoria 5e: é uma melhoria da categoria 5. Pode ser usado para
frequencias até 125MHz em redes 1000BASE-T gigabit ethernet.
•
Categoria 6: definido pela norma ANSI TIA/EIA 568B-2.1 possui bitola 24
AWG e banda passante de até 250 Mhz e pode ser usado em redes gigabit
ethernet a velocidade de 1.000Mbit/s ou maior.
•
Categoria 7: ainda não existe padrão, mas diversos fabricantes possuem
cabos com características superiores a categoria 6.
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26
Processo de Crimpagem
• Conectorização da ponteira de um
cabo UTP
• Feita através de pressão mecânica do
alicate com o conector que faz o
contato com o cabo
• Existem dois padrões de crimpagem
definidos pelo EIA/TIA:
– 568A
– 568B
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27
Processo de Crimpagem
O alicate para fazer a conexão
dos fios do cabo UTP com os
pinos do conector RJ-45 é o
alicate de crimpagem com
matriz RJ-45. O alicate dispõe
ainda de cortador e
desemcapador de cabos UTP. A
figura mostra o alicate de
crimpagem com o conector RJ45.
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28
Processo de Crimpagem
Par1 - azul - branco/azul
Par2 - laranja - branco/laranja
Par3 - verde - branco/verde
Par4 - marrom - branco/marrom
Padrão EIA/TIA 568A:
branco/verde, verde, branco/laranja, azul, branco/azul,
laranja, branco/marrom, marrom.
Padrão EIA/TIA 568B:
branco/laranja, laranja, branco/verde, azul,
branco/azul,
verde, branco/marrom, marrom.
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29
Cabo UTP Crossover
CROSSOVER
Para interligação de dois
equipamentos ativos, basta
trocar a posição do BV com
o BL e o V com o L. Esta é a
polaridade
EIA/TIA-568B. Na foto ao
lado esta a polaridade
EIA/TIA-568A
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30
Outros tipos de cabos
• CABO COAXIAL FINO
(10Base 2)
“Possui um custo maior que o
Par Trançado devido a uma malha
externa que serve para proteger
de indução magnética, que
permite uma transmissão em
velocidade e alcance maior que o
Par Trançado, alcançando 185m
de comprimento e 30 nós por
segmentos. Em inglês também
conhecido como cabo Cheapernet
ou cabo Thin.”
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31
Outros tipos de cabos
Cabo Coaxial Fino Conectores BNC
As estações se conectam ao cabo coaxial fino
através do conector BNC tipo T. Além disso,
as estações nas extremidades do cabo devem
ter terminadores. Os conectores BNC e o
terminador são mostrados nas figuras ao
lado.
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32
Outros tipos de cabos
– CABO COAXIAL FINO (10Base 2)
• Vantagens
– A instalação
final dos cabos
tem um custo
baixo
– Dispensa hubs
e repetidores
– Maior
imunidade a
ruído
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• Desvantagens
– O cabo fica
segmentado
– Baixa
confiabilidade
quanto a
desligamento
e defeitos de
conexão
– Limitado a
10Mbit/s
33
Outros Tipos de Cabos
Fibra Ótica
Um sistema de transmissão
ótica consiste, basicamente
em um LED ou num diodo a
laser como elemento
transmissor, num filamento
de sílica como meio de
transmissão e num
fotodiodo como elemento
receptor.
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34
Outros tipos de cabos
• FIBRA ÓPTICA 10Base F
A fibra óptica é composta de 3 seções: o
núcleo, o revestimento secundário e o
revestimento externo. Como o próprio
nome já diz, o núcleo é o centro da
fibra de vidro. O revestimento
secundário envolve o núcleo e ajuda
a manter a luz dentro do mesmo. O
revestimento externo é um material
termo plástico retardante à chama,
geralmente poliamida (nylon).
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35
Interligação dos backbones
por meio de fibra ótica
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36
Projeto de cabeamento
estruturado
Estruturação baseada no padrão EIA/TIA 568A
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37
Projeto de cabeamento
estruturado
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38
Projeto de cabeamento
estruturado
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39
Projeto de cabeamento
estruturado
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40
Equipamentos Ativos
• Categorizados conforme a camada de
atuação no modelo TCP/IP:
– Camada física: concentradores (hubs),
modems, amplificadores, placas de rede,
conversores de mídia (transceivers),
– Camada de enlace de dados: comutadores
(switches), pontes (bridges)
– Camada de rede: roteadores (routers)
– Camada de transporte: firewalls
– Camada de aplicação: gateways, proxies,
firewalls
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Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
de Dados
Física
Modelo TCP/IP
41
Equipamentos Ativos: Camada
Física
• Tem a função de
interagir com o meio
físico e o host;
• Maior parte das
funcionalidade são
em hardware para
obter melhor
desempenho.
Interface de rede
padrão 100BaseT
Conversor interface AUI para
fibra ótica.
Hub padrão Ethernet
10BaseT
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42
Placas de Rede
As placas de rede tem dois
tipos de interfaces, uma com
a rede e outra com o
barramento do computador.
Para interface com a rede,
tem-se um ou mais
conectores de cabo de rede
no painel metálico. As
seguintes combinações de
conectores são possíveis:
BNC com AUI, RJ-45 com AUI,
BNC com RJ-45, BNC com
RJ-45 e AUI entre outras.
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43
Placas de Rede
Barramentos
ISA
USB
PCMCIA
PCI Express
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44
Hubs Ethernet e Switches
• Hub – qualquer quadro enviado por um computador
em qualquer porta do hub será repassado para as
outras portas. Este também é o comportamento de
um AP (Acess Point) de redes sem fios.
• Switch – possui a capacidade de aprender em qual
porta cada computador está conectado e transmite
os quadros somente para a porta onde se encontra o
computador destinatário. Ele aprende por meio dos
endereços físicos (MAC Address) das placas de
rede.
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45
Equipamentos Ativos: Camada
de Enlace de Dados
• Estes equipamentos
tem a função principal
de interligar diferentes
tipos de redes em uma
rede lógica única.
• Os switches isolam os
domínios de colisões
em redes Ethernet.
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Switch Ethernet padrão 100BaseT,
empilhável com 3 unidades.
46
Domínios de Colisão
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47
Hub
•
•
•
Associado ao emprego de cabeamento estruturado com cabos UTP
São essencialmente repetidores
Funcionamento:
–
–
–
–
Um sinal que chega em uma porta é retransmitido para as demais porta
Define um único domínio de broadcast
Opera no nível físico
Sempre que dois ou mais nós transmitirem ao mesmo tempo haverá
colisão
– Projeto com hubs multinível une os diferentes domínios em um só
– Não permite interconexão de equipamentos que operam com diferentes
velocidades (e.g. 10baseT, 100baseT)
•
Limitação do alcance geográfico da rede e de número de nós
– As tecnologias (10baseT, 100baseT, etc) tem restrições:
– Número máximo de nós em um domínio de colisão
– Distância máxima entre nós dentro de um domínio de colisão
– Número de máximo de hubs em um projeto multinível
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48
Switches
• É uma bridge multiporta de alto desempenho
– Define diferentes domínios de colisão
– Define um único domínio de difusão (broadcast)
• Permite que dispositivos sejam conectados
diretamente a uma porta
• Não executam protocolo de acesso ao meio
• Permite conexão full-duplex
• Ethernet é basicamente uma tecnologia halfduplex
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49
Switches
• Técnicas para efetuar o redirecionamento
• Store and forward
– Recebe quadro completamente antes de redirecioná-lo para
saída
– Introduz um atraso de armazenamento ( L/R; L=tamanho do
quadro, R=taxa de transmissão)
•
Cut-through switching
– Redireciona o quadro a seu destino (porta de saída) a
medida que vai sendo recebido (porta de entrada)
– Fast-forward: redireciona após ter recebido o end. MAC do
destino
– Fragment free: redireciona após ter recebido 64 bytes
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50
Switches
• Store and forward
– Vantagens
•
Verifica o CRC do quadro antes de repassá-lo descarta
se houver erros
• Adaptação de velocidades diferentes entre portas
– Desvantagem:
• Latência (e.g: 0,12 ms para FastEthernet)
• Cut-through
– Vantagens:
• Baixa latência (latência (≈1/20 do tempo de um switch
store-and-forward)
– Desvantagem:
• Propagar pacotes com erros
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51
Wireless
• Dispositivos
Access Point
Cabo Pigtail
Placa de Rede
Access Point
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Wireless
• Instalação de AP
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Wireless
• Antenas
24dbi Outdoor Grid Antenna
12dbi Outdoor Omni Directional Antenna
14dbi Outdoor Sector Antenna (90°)
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Wireless
• Exemplo de rede wireless
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55
Wireless
• Exemplo de rede wireless
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Equipamentos Ativos: Camada
Transporte e Aplicação
• Nestas camadas, são encontrados
equipamentos que fornecem serviços
de mais alto nível.
• Os firewalls podem trabalhar nas
camadas de rede, transporte e
aplicação do modelo TCP/IP.
• Os proxies e servidores em geral (email, web, ftp) trabalham na camada de
aplicação.
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57
Distribuição do Componentes
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58
Disposição de dispositivos
em camadas
•Núcleo (Core layer)
•provê o transporte entre localidades remotas dentro da rede
•Distribuição (Distribution layer)
• provê a conectividade baseada em políticas de acesso
•Acesso (Access layer)
•provê para os usuários ou grupos de usuários acesso a rede
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59
Exemplo: Localização dos
Equipamentos
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60
Exemplo de Rede
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61
Exemplo de Rede
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62
Referências
• [GAL99] GALLO, M; HANCOCK, W. Networking
Explained. Digital Press, 1999.
• NEWTON, Harry. Newton´s Telecom Dictionary. CMP
Books, 2002.
• SOARES, L.F.G; LEMOS, Guido; COLCHER, Sérgio.
Redes de Computadores – Das LANs, MANs, WANs
às Redes ATM. Editora Campus, 1995.
• TRUELOVE, James. LAN Wiring. McGraw-Hill, 1997.
• TANENBAUM, A. S. Redes de Computadores. Editora
Campus, 2003.
• Site da RNP. Disponível em http://www.rnp.br/
• Site da CAIDA. Disponível em http://www.caida.org/
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