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Topologia de Redes de Computadores
A Arquitetura de Rede é o projeto estrutural e organizacional que define como os componentes de uma Rede de Computadores estão interconectados e como eles funcionam em conjunto.
Esse conceito abrange aspectos físicos, lógicos e funcionais de uma rede, visando desempenho, segurança, confiabilidade e escalabilidade.
Um dos elementos fundamentais no planejamento dessa arquitetura é a Topologia de Rede, que descreve a forma como os dispositivos estão interconectados e como os dados são transmitidos entre eles.
Neste artigo, vamos explorar a importância da Topologia de Rede, analisando como diferentes configurações podem influenciar a performance e a confiabilidade da infraestrutura de TI.
Confira!
Sumário
O que é Topologia de Rede?
Topologia de Rede refere-se à configuração física e lógica de uma Rede de Computadores. É a disposição na qual os dispositivos, ou “nós” da rede, estão interconectados e como os dados são transmitidos entre eles.
Esse conceito abrange a distribuição de dispositivos como computadores, servidores, switches e roteadores, bem como as interconexões entre esses dispositivos, incluindo meios de transmissão, sinais e fluxos de dados.
Topologia Física
A topologia física refere-se à disposição dos componentes físicos de uma Rede, incluindo a localização dos dispositivos e a estrutura de cabeamento que os interconecta.
Na topologia física, aspectos como a distância entre dispositivos, o tipo de cabo utilizado e a forma como os cabos são organizados e instalados são considerados.
A disposição física pode variar significativamente de uma rede para outra, influenciando a eficiência, o desempenho e a facilidade de manutenção da infraestrutura de TI.
O planejamento da topologia física é uma parte crucial de um Projeto de Rede, pois determina os requisitos de material, os custos de instalação e as possíveis limitações de expansão futura.
As melhores práticas na configuração da topologia física incluem garantir que o layout seja organizado, identificado e documentado adequadamente, facilitando futuras manutenções e upgrades na rede.
Topologia Lógica
A topologia lógica descreve a forma como os sinais de dados são transmitidos através dos meios de transmissão, independentemente da interconexão física dos dispositivos na rede.
Ela se concentra na maneira como os dados se movem de um dispositivo para outro, baseado nas regras de comunicação, controle de acesso ao meio e nos protocolos de rede utilizados.
Em uma rede, é possível observar uma topologia física específica coexistindo com uma topologia lógica distinta.
Equipamentos de rede, como switches e hubs, definem a topologia lógica que será utilizada, determinando como os dados são encaminhados e gerenciados entre os dispositivos conectados.
Tipos de Topologia de Rede
Os principais tipos de topologia de rede incluem:
- Topologia em Barramento (Linear)
- Topologia em Anel
- Topologia em Estrela
- Topologia em Árvore (Hierárquica)
- Topologia em Malha
- Topologia sem fio
- Topologia Híbrida
Vamos explorar cada uma delas em detalhes:
Topologia em Barramento (Linear)
A topologia em barramento, também conhecida como topologia linear, é o modelo mais básico para Redes de Computadores.
Este modelo desempenhou um papel crucial no desenvolvimento das redes locais, particularmente no início da era das redes de computadores pessoais.
Na topologia em barramento, todos os computadores compartilham o mesmo cabo para comunicação.
Quando um dispositivo deseja enviar dados, esses dados são divididos em pacotes, conhecidos como quadros, que são então transmitidos pelo cabo. Cada quadro contém informações de endereço que indicam qual dispositivo é o destinatário.
Todos os dispositivos na rede recebem o quadro, mas apenas o dispositivo com o endereço correspondente processa os dados, enquanto os outros ignoram.
A grande vantagem deste modelo é o baixo custo de implementação, já que apenas um cabo é necessário para conectar todos os dispositivos.
No entanto, essa simplicidade também traz desvantagens significativas. Como todos os dispositivos compartilham o mesmo meio de transmissão, apenas um dispositivo pode transmitir dados por vez.
Isso cria um ponto de contenção, onde múltiplos dispositivos tentando transmitir simultaneamente podem causar colisões.
Quando dois ou mais dispositivos tentam transmitir dados ao mesmo tempo, ocorre uma colisão.
Isso pode levar a problemas de desempenho, especialmente à medida que o número de dispositivos na rede aumenta, elevando a probabilidade de colisões.
A topologia linear foi amplamente utilizada em redes locais durante a era dos cabos coaxiais. Um único cabo coaxial passava por todos os dispositivos, com conectores em “T” conectando cada dispositivo ao cabo principal.
Essa configuração era difícil de manter, especialmente em ambientes empresariais onde o cabeamento precisa ser organizado de maneira eficiente.
Outro problema significativo com esta configuração era que, se o cabo se partisse ou tivesse um mau contato, toda a rede poderia parar de funcionar.
A imprevisibilidade desse sistema de cabeamento e a dificuldade de manutenção levaram à adoção de outras topologias mais robustas.
Topologia em Anel
A topologia em anel é uma configuração de rede em que cada dispositivo está conectado a outros dois dispositivos, formando um circuito fechado que se assemelha a um anel.
Essa topologia foi amplamente utilizada em redes do tipo Token Ring e FDDI (Fiber Distributed Data Interface).
Nesta configuração, os dados circulam sequencialmente de um dispositivo para o próximo até alcançarem o destino desejado.
Este movimento unidirecional é gerenciado por um pacote especial de dados chamado “token” ou “ficha”, que circula continuamente ao longo do anel.
Quando o token chega a um computador, este tem a oportunidade de capturá-lo e inserir seus próprios dados.
Este processo garante que cada computador tenha a chance de usar a rede sem causar conflitos de transmissão, diferentemente da topologia em barramento.
A topologia em anel também não é mais utilizada em redes locais devido à evolução da arquitetura Ethernet, que oferece maior eficiência e flexibilidade.
Sendo assim, quando falamos sobre o uso de “configurações de anel” em redes modernas, não estamos nos referindo à topologia em anel pura.
Em redes industriais, por exemplo, a configuração de anel é frequentemente implementada com fibra óptica. O objetivo principal nesse caso é garantir redundância e alta disponibilidade.
A rede é projetada de tal forma que, mesmo se houver uma falha em um dos links do anel, ela continuará operando graças a mecanismos de recuperação rápida.
Portanto, mesmo que o conceito de “anel” seja utilizado, a implementação e os objetivos são significativamente diferentes.
Topologia em Estrela
A topologia em estrela é a topologia base de conexão de dispositivos com cabos em redes locais Ethernet.
Na topologia em estrela, todos os dispositivos (nós) são conectados a um dispositivo concentrador, que pode ser um Hub ou (preferencialmente) um Switch.
Nessa topologia, cada dispositivo na rede possui uma conexão direta com o ponto central (dispositivo concentrador).
Quando um dispositivo deseja enviar dados para outro, ele envia os dados ao ponto central, que então os redireciona para o dispositivo de destino.
O tipo de dispositivo concentrador utilizado pode influenciar significativamente o funcionamento da rede.
Quando se utiliza um hub, a rede opera de forma semelhante à topologia em barramento. O hub replica os dados recebidos para todas as suas portas, o que pode levar a problemas de contenção.
Isso significa que quando um computador está utilizando a rede, os outros devem esperar para transmitir seus dados, podendo ocorrer colisões.
Esse é um exemplo de aplicação com uma topologia física em estrela, mas com uma topologia lógica em barramento.
O uso de um switch muda completamente a dinâmica da rede. Diferentemente dos hubs, que retransmitem os dados recebidos para todas as portas, um switch opera de maneira mais eficiente e segura.
Esse dispositivo é capaz de analisar os quadros de dados (frames) e encaminhá-los apenas para a porta correspondente ao computador de destino, com base nas informações armazenadas na sua tabela de endereços MAC.
Essa abordagem reduz a quantidade de tráfego desnecessário na rede, aumentando a largura de banda disponível para cada dispositivo e minimizando colisões.
Além disso, melhora a segurança da rede, uma vez que os dados não são transmitidos para todas as estações, o que diminui o risco de interceptação por dispositivos não autorizados.
Topologia em Árvore (Hierárquica)
A topologia em árvore, também conhecida como topologia hierárquica, é uma estrutura de rede que se baseia na conexão de múltiplas redes ou dispositivos em uma estrutura hierárquica e ramificada.
Esta configuração é amplamente utilizada em redes de grande escala devido à sua capacidade de expandir a rede de forma organizada e eficiente.
A topologia em árvore se caracteriza por uma hierarquia de dispositivos conectados, onde um dispositivo concentrador de nível superior se conecta a outros dispositivos concentradores de nível inferior.
Essa estrutura é semelhante ao sistema telefônico tradicional, onde um telefone fixo se conecta a uma central telefônica, que por sua vez se conecta a outras centrais, formando uma rede de comunicação interligada.
Cada dispositivo concentrador na topologia em árvore funciona como um ponto de distribuição para os dispositivos conectados a ele.
Por exemplo, um switch em um nível superior pode se conectar a vários switches em níveis inferiores, expandindo a rede e permitindo a comunicação entre dispositivos localizados em diferentes segmentos da rede.
Topologia em Malha
A topologia em malha é uma configuração de rede que proporciona conectividade múltipla entre os dispositivos.
Dentro dessa topologia, podemos distinguir os conceitos de malha completa e malha parcial.
Malha Completa
A topologia em malha completa (topologia totalmente conectada) é um modelo teórico de redes que, apesar de suas vantagens, dificilmente é utilizado na prática.
Na topologia totalmente conectada, cada dispositivo na rede possui uma conexão dedicada para todos os outros dispositivos, eliminando o compartilhamento do meio de transmissão.
Além disso, se um cabo falhar, a rede pode encaminhar o tráfego através dos outros caminhos, garantindo a continuidade da conectividade.
A principal desvantagem desse modelo é justamente esse número excessivo de cabos necessários. À medida que o número de dispositivos aumenta, a quantidade de cabos cresce exponencialmente, tornando a implementação dessa rede inviável economicamente e fisicamente.
Malha Parcial
A topologia em malha parcial é a variação prática da topologia totalmente conectada. Ela reduz a quantidade de cabos necessários ao conectar apenas alguns dispositivos diretamente.
Os dispositivos são conectados de maneira que os pontos críticos da rede, que demandam alta disponibilidade ou desempenho, ainda tenham múltiplos caminhos de comunicação.
A malha parcial representa uma solução equilibrada, fornecendo muitos dos benefícios de uma malha completa, mas com uma complexidade e custo reduzidos, tornando-se uma escolha prática para diversas implementações de rede.
Topologia sem fio
A topologia sem fio é a configuração de rede onde os dispositivos se conectam entre si utilizando sinais de rádio ou outras tecnologias de comunicação sem fio.
Este tipo de topologia se tornou onipresente no cotidiano moderno, sendo amplamente utilizado em residências, escritórios e espaços públicos.
É importante notar que, embora a topologia sem fio elimine a necessidade de cabos para conectar dispositivos finais, a infraestrutura principal ainda depende de cabos.
Mesmo que uma seção da rede pareça ser totalmente sem fio, como em uma residência onde todos os dispositivos se conectam ao modem sem o uso de cabos, a conexão à internet é estabelecida por cabos conectados ao modem.
Aplicações como a Starlink, que utiliza transmissões de rádio via satélites, também dependem de uma infraestrutura cabeada na estação terrestre para distribuir a conexão.
Portanto, a tecnologia sem fio não substitui completamente os cabos, especialmente quando se considera a necessidade de alta velocidade e confiabilidade.
Em aplicações que exigem altas taxas de transferência de dados e baixa latência, como jogos online, por exemplo, o cabeamento ainda é a melhor escolha.
Cabos fornecem um meio exclusivo e dedicado para a transmissão de dados, o que reduz interferências e aumenta a estabilidade da conexão.
Topologia Híbrida
A topologia híbrida combina elementos de redes sem fio e redes cabeadas, criando uma infraestrutura de rede que aproveita os benefícios de ambas as abordagens.
Este tipo de topologia é cada vez mais comum, especialmente em ambientes onde é necessário suportar uma grande variedade de dispositivos e requisitos de conectividade.
Em uma rede híbrida, dispositivos sem fio se conectam a pontos de acesso, que por sua vez estão conectados a switches ou roteadores através de cabos.
Isso permite que dispositivos móveis e portáteis, como smartphones, laptops e tablets, se comuniquem sem fio, enquanto dispositivos que requerem conexões mais estáveis e de alta velocidade, como servidores e desktops, permanecem conectados via cabo.
Conclusão
Com base em tudo o que vimos nesse artigo, podemos perceber que o assunto é bem amplo e exige muito conhecimento e experiência para definir a melhor solução para cada demanda.
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Sobre o Autor
Acadêmico de Engenharia de Computação na Universidade Estadual de Ponta Grossa, Certificado em Tráfego Pago do Google pela Escola Brasileira de Marketing Digital | Certificado em Cabeamento Estruturado pela CommScope.