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Redes Básico – Parte IX

 

2 – Arquitetura de uma rede

 

Após termos explorado os aspectos físicos de uma rede básica, veremos como é feito o acesso aos fios e cabos. Existem três métodos principais usados para acessar o cabo. O primeiro, conhecido como contenção, é baseado no principio: primeiro a entrar é o primeiro a ser servido. O segundo, conhecido por passagem de autorização, é baseado no principio: espere a sua vez. E o terceiro, chamado prioridade de demanda, é baseado na prioridade de acesso a rede.

 

2.1 – Métodos de Acesso

 

O conjunto de regras que definem como os computadores colocam e retiram dados do cabo da rede são conhecidos como métodos de acesso. Uma vez que os dados estão se movendo na rede, os métodos de acesso ajudam a regular o fluxo do tráfego na rede.

 

Como vários computadores estão compartilhando o mesmo cabo, sem os métodos de acesso dois computadores poderiam tentar colocar dados no cabo ao mesmo tempo e isso ocasionaria a colisão e a conseqüente destruição de ambos os pacotes. Para entender melhor o conceito, poderíamos fazer uma analogia com uma ferrovia, em que os métodos de acesso seriam como o conjunto de procedimentos que regulam quando e como os trens entram em uma ferrovia procurando evitar assim que haja colisão entre eles.

 

Se um dado está para ser enviado de um computador a outro ou acessado de um servidor, deve haver alguma maneira para que este dado esteja trafegando pela rede sem colidir com outro dado e deve haver também uma forma da estação receptora ser notificado de que o dado não foi destruído em uma colisão.

 

Métodos de acesso evitam que computadores acessem o cabo simultaneamente fazendo com que somente um computador por vez acesse o cabo. Isso garante que o envio e recepção de dados em uma rede seja um processo ordenado.

 

Os três métodos de acesso usados em rede são:

 

» Acesso múltiplo sensível a portadora com detecção ou que evita colisão (CSMA/CD e CSMA/CA)

 

» Passagem de token

 

» Prioridade de demanda.

 

Figura 2.1 – Colisões ocorrem, se dois computadores colocam dados no cabo ao mesmo tempo.

 

2.1.1 – CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access – Collision Detect)

 

Neste método quando um computador quer transmitir dados, ele deve antes verificar se o cabo está livre, essa verificação é feita sentindo a presença de sinal no cabo. Se estiver, ele realiza a transmissão. Nenhum outro computador pode usar o cabo enquanto os dados não chegarem a seu destino. Não há como prever porém quando os computadores desejam realizar transmissões e a possibilidade de dois computadores tentarem se apoderar do cabo ao mesmo tempo é relativamente alta. Quando dois computadores enviam dados ao mesmo tempo, há uma colisão e os dados de ambos os computadores são destruídos. Quando ocorre uma colisão, os dois computadores em questão tomam ciência do fato e esperam um tempo aleatório (que é diferente cada um) para tentar re-transmitir os dados. As estações são capazes de perceber colisões, porque quando uma colisão ocorre o nível de sinal no cabo aumenta.

 

Fazendo uma analogia, imagine o CSMA/CD como uma conferência telefônica, cada participante que deseja falar deve esperar que o outro membro termine a sua fala. Uma vez que a linha está quieta, um participante tenta falar. Se dois tentam falar ao mesmo tempo, eles devem parar e tentar de novo.

 

Como as estações para transmitir devem verificar a disponibilidade do cabo, isto é sentir sinais, em redes muito longas o método não é efetivo. Essa característica impõe uma limitação de distância ao método. Devido ao fato de que o sinal sofre atenuação à medida que viaja pelo cabo, uma estação que está no final do cabo de uma rede barramento, por exemplo, pode tentar transmitir dados por achar que o cabo está livre, quando na verdade não está, afinal por estar muito distante ela não consegue sentir o sinal. O método CSMA/CD não é efetivo para distâncias maiores que 2500 metros.

 

Segmentos não tem como perceber sinais acima dessa distância e logo os computadores que estão na extremidade da rede não tem como tomar conhecimento que um outro computador na rede está transmitindo.

 

Este método é conhecido como método de contenção porque os computadores competem para enviar dados na rede.

 

Figura 2.2 – Computadores só podem transmitir dados se o cabo está livre.

 

2.1.1.1 - Considerações

 

Quanto mais computadores houver em uma rede, mais trafego haverá e com isso maior será o número de colisões. Quanto mais colisões houver, mais impacto haverá sobre a performance da rede, por isso o método CSMA/CD pode ser considerado um método de acesso lento.

 

O número de retransmissões pode ter um impacto muito grande em uma rede a ponto de paralisar as suas operações. Se duas estações tentam transmitir ao mesmo tempo, haverá uma colisão e como já vimos, ambas esperarão um tempo aleatório para re-transmitir os dados. Porém pode haver situações em que a rede pode estar muito ocupada e a nova tentativa de transmissão dessas estações pode ocasionar em colisões com as transmissões de outras estações na rede, resultando em novos tempos de espera para as estações que colidiram. Isto é, se há colisão entre 10 estações, todas terão que esperar para transmitir novamente. Essa proliferação de retransmissões pode ser fatal em uma rede.  Ela está intimamente ligada com o número de usuários na rede e o tipo das aplicações usadas. Uma aplicação de banco de dados colocará mais tráfego na rede do que um processador de texto por exemplo.

 

Dependendo dos componentes de hardware, cabeamento e do sistema operacional de rede, usar uma aplicação de banco de dados com CSMA/CD pode ser frustrante, por causa do alto tráfego de rede.

 

2.1.2 – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access – Collision Avoidance)

 

Este método é mais ordenado que o anterior e possui mais regras restritivas o que auxilia a evitar a ocorrência de colisões. Antes de efetivamente transmitir dados, uma estação avisa que irá realizar a transmissão e quanto tempo durará essa transmissão. Desta maneira as estações não tentarão transmitir porque sabem que o meio está ocupado, porém aqui o tempo de espera não é aleatório, elas sabem quando o meio estará livre novamente. Isso é uma maneira efetiva de evitar colisões, porém a divulgação da intenção de transmitir dados, aumenta significativamente o tráfego no cabo impactando a performance da rede.

 

2.1.3 – Passagem de Token

 

Nesse método não há competição para transmitir dados e conseqüentemente não há colisões e tempos de espera para transmitir dados. Um pacote conhecido como token circula na rede. O token nada mais é do que uma autorização para transmitir dados. Quando uma estação quer transmitir dados ela espera por um token livre. A estação não pode transmitir dados se não estiver de posse do token. A estação que está transmitindo coloca no token varias informações, ente elas informações de endereçamento da estação destino.Quando termina a transmissão, a estação libera o token.

 

Figura 2.3 – Passagem de token

 

2.1.4 – Prioridade de Demanda

 

Esse método foi projetado para redes ethernet de 100 Mbps, conhecidas como Fast Ethernet. Foi padronizado pelo IEEE na especificação 802.12. Ele baseia-se no fato de que repetidores e os nós finais são os únicos componentes da rede. Os repetidores gerenciam o acesso a rede realizando buscas por pedidos de transmissão entre todos os nós da rede. Um nó final poderia ser um hub, ponte, roteador ou switch.

 

Como no CSMA/CD dois computadores podem causar contenção pelo fato de tentarem transmitir ao mesmo tempo, porém é possível implementar um esquema em que certos tipos de dados tem prioridade, caso haja contenção. Se o hub ou repetidor recebe dois pedidos ao mesmo tempo, aquele de prioridade mais alta será servido primeiro. Se eles tem a mesma prioridade, ambos são servidos com alternância entre eles.

 

Nesse método estações podem enviar e transmitir dados ao mesmo tempo por causa do esquema de cabeamento definido para este método, em que são usados 4 pares de fios.

 

Figura 2.4 – Rede estrela usando prioridade de demanda.

 

2.1.4.1 – Considerações

 

O método de prioridade de demanda é mais eficiente que o CSMA/CD, porque não há divulgação de transmissão por toda a rede. A comunicação é feita somente entre a estação origem, o repetidor e a estação destino.  Cada repetidor conhece somente os nós finais e as estações diretamente conectados a ele, enquanto que no CSMA/CD o repetidor conhece todos os endereços da rede.

 

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