Redes Locais

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Redes Locais

Numa rede local, ou LAN (Local Area Network), todos os computadores e demais dispositivos de rede são diretamente conectados em um enlace multiponto, formando um barramento lógico, e usam o mesmo tipo de protocolo de enlace[1].

RedeMultiponto.png

Para prover acesso a Internet a todos os equipamentos da rede local é necessário um roteador.

RedeLocal.png

As tecnologias de redes locais mais utilizadas atualmente são:

  • Redes Locais Ethernet (padronizadas como IEEE 802.3).
  • Redes Locais Sem Fio (Wifi) (padronizadas como IEEE 802.11).

As redes locais Ethernet são redes cabeadas e utilizam difusão (broadcast) sobre um barramento lógico para a comunicação entre seus pares.

As redes locais sem fio também utilizam broadcast sobre um meio comum, no caso o ar e o espectro eletromagnético.

Endereçamento das estações em uma rede local

Cada equipamento conectado a rede local precisa de uma placa adaptadora de rede, cada qual identificada por um endereço físico, ou endereço MAC (Media Access Control) (Ver também Endereço MAC Wikipédia).

O endereço MAC é expresso em 6 bytes hexadecimal, por exemplo:

00:19:21:55:61:d0
O endereço MAC é permanente e gravado pelo fabricante do adaptador de rede em uma memória ROM.

O Protocolo ARP é o responsável por fazer a tradução de endereços da camada de rede em endereços da camada de enlace, ou seja, faz a correspondência entre endereços IP e endereços físicos.

Visualização do endereço MAC

O endereço MAC pode ser facilmente visualizado nos sistemas operacionais:

  • No Linux o comando ifconfig exibe as interfaces e seus respectivos endereços físicos;
  • No Windows, utilizando-se o comando ipconfig/all;
  • Nos smartphones com sistema Android basta abrir o menu "configuração", "sobre o telefone", "estado".

Protocolos de acesso ao meio

As redes locais utilizam um meio compartilhado para a comunicação entre os nós. Portanto, é necessário protocolos especiais para controlar o acesso ao meio. Por exemplo, caso dois ou mais nós transmitam quadros ao mesmo tempo, pode haver colisões de pacotes.

Protocolos de acesso ao meio utilizados pelas redes locais mais utilizadas:

  • Ethernet (IEEE802.3): CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access - Colision Detection);
  • Redes sem fio (IEEE802.11): CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access - Colision Avoidance).

CSMA/CD

Nas redes locais Ethernet é utilizado o protocolo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access - Colision Detection). Neste protocolo, quando uma estação deseja transmitir ela escuta o canal. Caso o canal estiver livre transmite o quadro imediatamente. Caso o canal estiver ocupado, volta a escutá-lo depois de decorrido um tempo aleatório para nova tentativa de transmissão. Se dois nós começarem a transmitir no mesmo tempo o sistema detecta a colisão a partir da sobreposição dos pacotes. Neste caso a transmissão é interrompida e retomada depois de decorrido um tempo aleatório.

Hub e Switch
O hub é um equipamento de rede que implementa um barramento lógico para a rede local. Em um hub possibilidade de colisão está sempre presente e o protocolo CSMA-CD é o responsável por resolver os conflitos para uso do meio.
A utilização de switches diminuiu a possibilidade de colisão nas redes Ethernet, uma vez que o switch realiza chaveamento de circuitos entre os nós que desejam se comunicar.

CSMA/CA

Nas redes locais sem fio é utilizado o protocolo CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access - Colision Avoidance). Do mesmo modo que o CSMA-CD, este protocolo escuta o canal para ver se ninguém está transmitindo antes de iniciar uma transmissão. Entretanto, a detecção de colisões não é possível no meio sem fio, portanto, o protocolo CSMA-CA usa uma técnica para evitar colisões [1].

No CSMA-CA quando uma estação deseja enviar um quadro, escuta o canal para ver se o mesmo está livre e em seguida envia uma mensagem curta chamada RTS (Request To Send) para informar aos demais nós que deseja enviar dados e reservar o meio. O receptor então envia outra mensagem curta a todos os nós, chamada CTS (Clear To Send) liberando o emissor para envio e informando os demais para aguardarem. Após o envio do quadro o receptor acusa recebimento com outra mensagem curta, chamada ACK. Durante o processo de comunicação, como todos os nós escutam as mensagens trocadas no meio compartilhado, os nós não participantes da comunicação permanecem aguardando a liberação do canal.

Quadro (Frame)

Os pacotes de dados trocados em uma rede local são chamadas quadros (ou frames).

Formato do quadro Ethernet:

  • Preambulo: (7 bytes 10101010 e 1 byte 10101011).
  • Endereço MAC Destino e Origem: (6 + 6 bytes).
  • Tipo: (2 bytes) para identificar o tipo do protocolo da camada superior, por exemplo, um pacote IP.
  • Dados: (46 a 1500 bytes) carrega os dados sendo transmitidos.
  • CRC (Cyclic Redundancy Check): (4 bytes) para o receptor detectar quaisquer erros nos bits do quadro recebido.

QuadroEthernet.png

MTU (Maximum Tranfer Unit)
Tamanho máximo do quadro Ethernet é igual a 1.500 bytes.
Em função da MTU de 1500 bytes das redes locais Ethernet, o tamanho dos pacotes IP na Internet é geralmente limitado a este valor para evitar a fragmentação dos pacotes IP.

Os quadros são enviados no barramento comum, endereçados pelo MAC origem e MAC destino. Caso o adaptador verifique que ele é o endereço destino ele faz a leitura do quadro, senão ignora.

Equipamentos físicos

Rede local cabeada

A montagem de rede local Ethernet cabeada necessita, além de computadores com placas de rede, um concentrador (hub) ou chaveador (switch) para interligar os equipamentos, utilizando cabos de rede e conectores RJ45.

Devido a sua eficiência e baixo preço os switches dominam o mercado de equipamentos para redes cabeadas. Os hubs são equipamentos em desuso.

RedeEthernet.png

Rede local sem fio

Para a montagem de rede local sem fio os computadores necessitam de placas de rede sem fio e de um access point.

Um access point caseiro normalmente incorpora a função de roteador e fornece acesso a Internet aos equipamentos a ele conectados.

Cabeamento estruturado

Define uma disposição e organização padronizada de conectores e meios de transmissão para redes de computadores. Utiliza armários de telecomunicações para abrigar equipamentos como switches e roteadores, quadro de manobras para conexão de cabos (path panel), padrão de conectores RJ45 e o cabo de rede UTP categoria 5 ou 6.

Questões

  1. Pesquise sobre as diferentes tecnologias para redes locais Ethernet, considerando:
    • Velocidade de transmissão (bps);
    • Tipo de cabeamento;
    • Tipo de equipamentos de comunicação necessários.
  2. Pesquise sobre as diferenças entre hubs e switches.
  3. Pesquise sobre as diferentes tecnologias para redes locais sem fio, considerando:
    • Velocidade de transmissão (bps);
    • Tipo de equipamentos de comunicação necessários.
  4. Analise as vantagens e desvantagens de uma rede local cabeada e em relação a uma rede local sem fio.

Pesquisa

Realize pesquisa sobre o que é uma Rede Local Virtual, ou VLAN (Virtual Local Area Network).

Referências

  1. 1,0 1,1 KUROSE, J.F; ROSS K. W. Redes de Computadores e a Internet: Uma abordagem top-down, São Paulo: Pearson, 2010.

--Evandro.cantu (discussão) 10h41min de 12 de junho de 2014 (BRT)