Computador

Rede de Computadores

 

 

Resumo Computação e Computador

Principais Componentes. Computador cliente e servidor, Tipos de softwares, Funcionamento da CPU, Fatores de desempenho da CPU, Memória de computador, Placa mãe, Redes de computadores.


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Resumo Rede de Computadores

Componentes das redes de computadores, Topologias de redes, WAN, MAN e LAN, Computadores clientes e servidores, Aplicações, Tipos de Tráfego, Roteador, Switch, Sistemas de Armazenamento.


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Resumo Sistema Operacional

Funcionamento do S.O, Interfaces de S.O, Softwares Utilitários, S.Os de desktops e notebooks, S.Os de Servidores, S.Os de tablets e smarphones, Driver de dispositivos, Sistema de arquivo.


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Computador de Von Newman

Como funciona o computador?

Computador é um dispositivo de uso geral que pode ser programado para realizar um conjunto de operações aritméticas ou lógicas automaticamente. Uma vez que uma sequência de operações pode ser prontamente alterada, o computador pode resolver mais do que um tipo de problema.

Computação. Todos os computadores seguem a mesma estrutura lógica e executam 5 operações básicas, com 5 componentes, para a conversão de dados brutos de entrada em informações úteis para seus usuários. A CPU é composta da unidade de controle, ALU e registradores construídos em um único circuito integrado (chip) chamado microprocessador. A figura abaixo ilustra o modelo básico do computador de Von Newman:


Figura. Modelo básico do computador de Von Newman.

Descrição das 5 operações básicas e o papel dos 5 componentes

1 Receber dados É a interface entre usuário e computador para inserir dados e instruções no sistema informático. Traduzir a informação na linguagem do computador. Exemplos de dispositivos de entrada são: mouse, teclado e dispositivos de armazenamento secundário, como hard disk, pendrive.
2 Armazenar dados Salvar dados e instruções (números binários) na memória principal/interna/RAM para disponibilizar para processamento quando necessário. A CPU contém um conjunto especial de células de memória chamado “registros” que podem ser lidos e escritos muito mais rapidamente do que a área de memória principal e aumentar o desempenho do computador.
3 Processar dados A ALU (unidade aritmética e lógica) realiza operações aritméticas e lógicas de dados, para todas os tipos de operações de processamento de dados – armazenar dados, intermediar resultados e instruções de programas
4 Gerar informações A unidade de saída produz informações úteis ou resultados para o usuário. Traduz a linguagem do computador para a linguagem do usuário. Exemplos de dispositivos de saída são: impressoras, monitores e discos rígidos.
5 Controlar o fluxo de trabalho Controlar a forma e sequência de todas as operações e componentes do computador. Não processa ou armazena dados. Exemplos de funções: ler o código de uma instrução apontada pelo contador de programa, decodificar a instrução em um conjunto de comandos para os outros coponentes, incrementar o contador de programa, ler qualquer dado requerido da memória pela instrução, fornecer dados necessários para a ALU ou registro, interagir com outros hardwares, escrever os resultados da ALU para uma localização de memória, Saltar para o primeiro passo – leitura.

Observações:

  • O modelo de Von Newman data de 1945.
  • Essas 5 operações e componentes constituem a estrutura básica do computador e da computação desde a sua origem até os dias de hoje.

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Características do Computador

Como podemos comparar computadores?

Uma primeira resposta é: “comparando características”.
Quais são essas características? Velocidade, precisão, consistência, capacidade de armazenamento e versatilidade são algumas das principais características de um computador. Veja descrições dessas características…
  • Velocidade – o computador pode processar dados muito rápido, a uma taxa de milhões de instruções por segundo. Alguns cálculos que levariam horas e dias para completar, podem ser completados em poucos segundos usando o computador. Por exemplo, cálculo e geração de folhas de salário de milhares de funcionários de uma organização, previsão de tempo que requer análise de uma grande quantidade de dados relacionada com a temperatura, pressão e umidade de vários lugares, etc.
  • Precisão – computador fornece um alto grau de precisão. Por exemplo, o computador pode dar com precisão, o resultado da divisão de quaisquer dois números, até 10 casas decimais.
  • Consistência – quando usado por um longo período de tempo, o computador não fica cansado. Pode realizar cálculos longos e complexos com a mesma velocidade e a precisão, desde o início até ao fim.
  • Capacidade de armazenamento – grandes volumes de dados e  informações podem ser armazenados no computador e também recuperados sempre que necessário. Uma quantidade limitada de dados pode ser armazenada, temporariamente, na memória principal. Dispositivos de armazenamento secundário, como disquete e disco compactos podem armazenar uma grande quantidade de dados permanentemente.
  • Versatilidade – o computador é versátil pela própria natureza. Ele pode realizar diferentes tipos de tarefas com a mesma facilidade. Em um momento você pode usar o computador para preparar um documento e no momento seguinte, você pode tocar música ou imprimir um documento.

Os computadores têm várias limitações também – só pode executar tarefas que ele fora programado para fazer. Ele executa instruções, conforme especificado pelo usuário e não toma suas próprias decisões. Bem, pelo menos até agora.


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Hardware do Computador

Quais são os componentes do hardware do computador?

O hardware do servidor é formado pelos componentes físicos que formam o sistema de computador – são os mesmos para computadores clientes e servidores; a diferença está que nos servidores são usados componentes de maior desempenho e dispensam alguns componentes periféricos (impressoras, monitor, mouse).

Os componentes típicos de um servidor são:

  • Placa Mãe. É a placa de circuito impresso que interconecta todos os componentes do computador. Pode suportar uma ou mais CPUs, memória RAM (Random Access Memory), memória ROM (Read Only Memory)., chips de controle, slots de expansão, interfaces de entrada e saída.
  • Processador. A CPU é o cérebro do computador e principal responsável pelo desempenho do computador. Cada placa mãe é projetada para suportar um tipo de processador. A velocidade de “clock” mede a velocidade de processamento, mas não é o único componente para comparar velocidades efetivas entre CPUs. O número de processadores de núcleo é um outro parâmetro importante e limitado em capacidade pela placa mãe.
  • Memória. Existem  vários tipos e capacidades que devem ser suportados pela placa mãe. É o dispositivo para armazenar informação para uso imediato, também chamado de memória principal. Existem dois principais tipos de memória de semicondutor, volátil e não volátil. Exemplos de memória não volátil são as memórias flash  (usada como memória secundária) e os tipos ROM, PROM, EPROM e EEPROM (usadas para firmware, tais como BIOS). Exemplos de memórias voláteis são as memórias primárias, tipicamente RAM e DRAM e memória cache  (tipicamente RAM e SRAM)
  • Disco Rígido. A maioria dos computadores clientes usam discos rígidos, de baixo custo, do tipo SATA (Serial Attachment – uma interface de transferência de dados dentro ou entre computadores). Para maior desempenho é utilizada a interface SCSI (Small Computer System Interface) para transferir dados entre computadores e periféricos.
  • Conexão de rede. NIC – Network Interface Card. É uma das partes mais importantes do servidor. Pode ser um cartão com adaptador em separado que se encaixa num “slote” da placa mãe, ou embutido na placa mãe. A maioria, suporta velocidades de 1 Gbps e se ajustam à menores velocidades. O NIC trabalha nas camadas 1 e 2 do modelo OSI. Contêm o endereço MAC, único, definido por fábrica. Redes de fibra óptica exigem NICs específicos.
  • Vídeos. Nem sempre necessários, para um servidor.
  • Fonte de alimentação. Servidores podem necessitar de maior potência, tipicamente 600 Watts.

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Memórias do Computador

Como o sistema de memórias é utilizado pelo computador ?

O computador usa o sistema de memórias desde o momento em que o computador é ligado, até o momento em que é desligado. Os passos que o computador executa a partir do momento que é ligado, são:

  • O computador carrega o BIOS – Basic Input Output System – a partir da ROM. É um tipo de firmware usado para realizar a inicialização do hardware durante o processo de inicialização em computadores. Entre outras funções o papel mais importante do BIOS é o carregamento do sistema operacional. Quando o computador é ligado e o microprocessador tenta executar sua primeira instrução, e ele tem que obtê-la de algum lugar. Não é possível obter essa instrução do sistema operacional, pois ele se localiza no disco rígido, e o microprocessador não pode se comunicar com ele sem que algumas instruções o digam como fazê-lo. É o BIOS o responsável por fornecer essas instruções. A BIOS fica gravada em uma memória ROM, impedindo-a de ser desinstalada.
  • O computador carrega o sistema operacional a partir do disco rígido para a RAM do sistema. A CPU tem acesso imediato ao sistema operacional com as partes críticas do sistema operacional mantidas na RAM enquanto o computador está ligado. Isto melhora o desempenho e funcionalidade de todo o sistema. Após isso, o sistema está pronto para uso.
  • Quando carregamos ou abrimos um aplicativo, ele é carregado na RAM. Uma vez que a CPU procura por informações na RAM, todos os dados e instruções que são necessários para o processamento (ler, escrever ou atualização) é trazido para a RAM. Todos os arquivos que são abertos para uso no aplicativo também são carregados para a RAM.
  • A CPU solicita os dados de que necessita a partir da RAM, processa e grava novos dados de volta para a RAM em um ciclo contínuo. O intercâmbio de dados entre a CPU e RAM acontece milhões de vezes a cada segundo.
  • Quando salvamos um arquivo e fechamos o aplicativo, o arquivo é escrito para a memória secundária, conforme especificado. A aplicação e outros arquivos relacionados geralmente são apagados da memória RAM para criar espaço para novos dados.
  • Se os arquivos não são salvos em um dispositivo de armazenamento antes de serem fechados, eles serão perdidos.

Às vezes, quando você escreve um programa e a energia é desligada, o programa é perdido. Isso ocorre porque o programa estava na RAM e não foi salvo na memória secundária; o conteúdo da RAM é apagado quando a energia é desligada.

Memórias Primárias e Secundárias

Como o computador organiza a sua memória?

O computador organiza a sua memória de forma hierárquica, de modo a prover maior velocidade de acesso e maior capacidade de memória. As memórias são fundamentalmente de dois tipos:
  • Memória Interna – dentro do processador, são acessadas diretamente pelo processador, sem as quais o computador não pode funcionar,contêm informações necessárias para o computador funcionar, num dado momento, para executar um programa, RAM, ROM, Registradores e memória cache, são componentes da memória principal.
  • Memória Externa – ou memória secundária, armazenam os dados permanentemente (não voláteis). Não são endereçadas diretamente pelo computador, não são estritamente necessárias, a informação precisa antes passar pela memória principal para ser acessada pelo computador. São exemplos, o disco rígido, CDs, DVDs, Blu-Rays, disquetes, fitas magnéticas.
A organização das memórias com respeito à CPU segue a seguinte hierarquia: registros são colocados no interior da CPU, a memória cache está colocada no interior da CPU, a memória primária é colocada próxima na hierarquia, e a memória secundária é a mais distante da CPU.
  • A memória interna tem capacidade limitada de armazenamento, permite o armazenamento temporário, tem acesso rápido, os dados e instruções armazenados nele são utilizados pela CPU durante a execução, e é mais cara do que a memória secundária.
  • Os registros são áreas de armazenamento de alta velocidade, localizados dentro da CPU. Registros são manipuladas diretamente pela unidade de controle da CPU, durante a execução de instruções.
  • A Memória Cache é uma memória rápida colocada entre a CPU e a RAM. O conteúdo da memória RAM é armazenada na memória cache. Isso reduz o tempo de espera do processador e aumenta a velocidade de processamento.
  • A memória RAM armazena dados e instruções durante o funcionamento do computador. A RAM é uma memória volátil de acesso aleatório com tamanho limitado devido ao seu alto custo. A RAM afeta a velocidade e a potência do computador.
  • Os Chips de memória RAM são de dois tipos – DRAM (Dynamic Random Access Memory) e SRAM (Static Random Access Memory). DRAM é usada como memória principal, já que é pequena e barata. O chip de SRAM é usado na memória cache, devido à sua alta velocidade.
  • A ROM é uma memória primária não volátil que armazena os dados necessários para a inicialização do computador. Instruções para inicializar diferentes dispositivos conectados ao computador são armazenados em ROM. PROM, EPROM e EEPROM são algumas das ROMs.

Quais são os principais tipos de memória secundária?

A Memória externa ou memória secundária, tem capacidade de armazenamento muito elevada, é não-volátil, a menos que seja apagada pelo usuário, têm acesso lento, armazena os dados e instruções que não estão sendo utilizados pela CPU. São as memórias mais baratas:

  • A memória flash é um tipo de memória não-volátil regravável, à base de semicondutores, regravável. Ela é usada na câmera digital, telefone celular, impressora, computador portátil e MP3 players.
  • As fitas magnéticas são baratas, podem armazenar uma grande quantidade de dados, são fáceis de transportar, são dispositivo de acesso lento, e são adequados para o armazenamento de back-up.
  • Discos magnéticos são dispositivo de armazenamento barato, podem armazenar uma grande quantidade de dados, são fáceis de transportar, são adequados para a frequência dados de leitura / gravação e são dispositivo de acesso rápido. O tempo de acesso do disco é a soma do tempo de busca, o tempo de latência e tempo para a transferência de dados.
  • Disquete é um, disco único plano redondo, dentro de um invólucro. É portátil, pequeno, barato e mais lento do que acessar o disco rígido. Ele vem em dois tamanhos-básica 5 ¼ polegadas e 3-½ polegada.
  • Disco Rígido é um disco fixo e pode armazenar muito mais dados do que o disquete. O disco rígido é o dispositivo de armazenamento secundário chave do computador.
  • Disco óptico é constituído por uma única faixa em espiral que começa a partir da borda para o centro do disco. Ele pode armazenar grande quantidade de dados no espaço pequeno.
  • CD-ROM é um disco óptico que só pode ser lido e não pode ser escrito. Ele tem alta densidade de armazenamento e é um dispositivo de baixo custo em comparação com disquete e disco rígido.
  • DVD-ROM é um dispositivo de armazenamento de alta densidade, que armazena os dados em ambos os lados do disco. Ele é utilizado para armazenar um filme de longa-metragem, por exemplo.
  • Discos ópticos graváveis ??são CD-R, CD-RW e DVD-R.

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Computadores Servidores

Quais são os tipos de servidores mais frequentes?

Os servidores mais frequentes são para serviços de: arquivo, impressão, web, e-mail e base de dados.

Servidor de Arquivos. Provê armazenamento em disco centralizado e compartilhado em rede. Sua tarefa mais comum é armazenar e compartilhar arquivos e programas. O servidor de arquivos garante que dois usuários não atualizem o mesmo arquivo ao mesmo tempo – os outros usuários são bloqueados enquanto um primeiro acessa. Para arquivos de documentos (exemplo, processamento de texto e planilhas), o arquivo inteiro é bloqueado. Para arquivos de base de dados, o bloqueio pode ser aplicado à uma porção do arquivo que contem um registro, ou um grupo de registros.

Servidores de Impressão. O compartilhamento de impressoras pode ser a principal razão para que muitas redes pequenas exitam. Um computador pode ser alocado de forma dedicada ou não. Um único computador pode ser servidor de arquivo e de impressão, numa rede de baixo tráfego.

Servidor Web. Roda softwares que habilitam  o computador hospedar um web site na internet ou numa intranet. Os dois servidores web mais conhecidos são o IIS (Internet Information Service), que roda nos sistemas Windows e o Apache, um servidor web “open source” que roda nos sistemas Linux.

Servidores de e-mail. Trata as necessidades de e-mail da rede. É configurado com um software de servidor de e-mail , tal como o Microsoftware Exchange Server, que trabalha com o Microsoft Outlook, o software cliente de e-mail, que vem no Microsoft Office. Hoje os softwares de e-mail fazem muito mais do que apenas enviar e receber e-mails, com funcionalidades de colaboração que simplificam a gerência de projetos colaborativos, conferência de áudio e vídeo, serviços de mensagens instantâneas, e assim por diante.

Servidores de Base de Dados. É um computador servidor que roda softwares de base de dados, tal como o Microsoft SQL Server da Microsoft. Servidores de base de dados são normalmente utilizados em conjunto com aplicações de negócios customizadas, tais como sistemas de contabilidade e marketing.

Servidor de Sistema Operacional. Se a rede necessitar de um ou mais servidores dedicados, o próximo passo é determinar qual sistema operacional de rede (SOR) que esses servidores devem usar. Se possível, todos os servidores devem usar o mesmo SOR para facilitar a operação e manutenção de software.


Quais são os formatos de servidores comercializados?

Os servidores normalmente se apresentam em 3 formatos:

  • Torre. Abordagem tradicional de desktop para ambiente residencial e pequenos negócios. Solução aplicada para poucos servidores.
  • Rack. Estrutura vertical de servidores com chassi padrão de 19”, para organizar e salvar espaço, facilitar a operação e manutenção, para ambientes empresariais e datacenters, mas não resolve adequadamente o “problema de cabeamento”.
  • Blade. Estrutura de placas para salvar mais espaço ainda e confinada no padrão de rack de 19”. Um típico chassi blade pode abrigar mais de 6 servidores. A principal vantagem está no compartilhamento de fonte alimentação, teclado, monitor, mouse e cabeamento. Para ambientes de datacenter.

Apenas as redes muito pequenas não exigem pelo menos um servidor dedicado, tal como, na rede doméstica ou no pequeno escritório, que normalmente adota uma red

“peer to peer”, onde cada computador compartilha os seus recursos, como arquivos e impressoras, e, … funciona muito bem.


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Topologias de Rede de Computadores

Qual a diferença entre um computador servidor e um computador cliente?

Figura. Rede Peer to Peer e Rede Cliente Servidor

Podemos classificar os computadores em computadores servidores e computadores clientes.

  • Os computadores clientes são as estações de trabalho ou desktops (computadores de mesa).
  • Os servidores são computadores especialistas, gerenciam e compartilham os recursos da rede, tais como armazenamento de arquivos, base de dados, e-mail, serviços web, e assim por diante.

Apenas as redes muito pequenas não exigem pelo menos um servidor dedicado, tal como, na rede doméstica ou no pequeno escritório, que normalmente adota uma rede “peer to peer”, onde cada computador compartilha os seus recursos, como arquivos e impressoras, e, … funciona muito bem.


Rede Windows

Numa rede windows, um “domínio” é um grupo de computadores servidores que compartilham a mesma base de dados de contas de usuários. Um usuário no computador cliente pode “log in” num domínio para acessar recursos compartilhados num servidor pertencente ao domínio. Cada domínio necessita de um computador servidor designado como um “controlador de domínio”. A maioria das redes usa dois controladores de domínio para compartilhar essa tarefa e prover redundância em caso de falhas.

As redes peer to peer são grupadas por “workgroups” (grupos de trabalho), já que NÃO trabalham com computador servidor dedicado (ou domínio). Para criar um domínio um computador deve ser designado como controlador e serem criadas as contas de usuários associadas.

Os Workgroups são grupos de computadores numa rede Windows. São muito fáceis de administrar. Normalmente existe apenas 1 workgroup numa rede peer-to-peer. Isto permite que todos os computadores individualmente compartilhem seus recursos no grupo. Um erro frequente é errar o nome do workgroup e isolar um computador do workgroup da rede.


Qual a diferença entre uma rede com servidores dedicados e uma rede peer to peer?

Em algumas redes um computador servidor presta um serviço para os computadores clientes de forma dedicada – não executa outra função. Redes com essa filosofia são chamadas de redes cliente servidor. Outras redes funcionam diferente: habilitam qualquer computador da rede atuar como cliente ou como servidor. Cada computador pode compartilhar impressoras e arquivos. Estas redes são chamadas de “redes peer-to-peer” – todos os computadores atuam como “peers” – ou seja, parceiros de mesmo nível que se comportam da mesma forma.

Vantagens das redes Peer to Peer

  • Facilidade de Configuração e Uso
  • Redução de custo – qualquer computador pode ser utilizado como servidor ou workstation

Desvantagens das redes Peer to Peer

  • Limitações de desempenho do sistema operacional de computadores desktop para exercer funções em rede, já que   as funções de servidor de arquivos e impressoras não são tão eficientes quando compradas àquelas dos sistemas operacionais em rede.
  • Algum computador na rede deverá fazer o papel de servidor e conviver com o inconveniente de compartilhar seus recursos em rede.
  • Embora a rede peer to peer seja de menor custo  por computador para redes de pequeno porte, a diferença para redes com mais de dez computadores torna-se insignificante.
  • Servidores peer to peer não trabalham bem para redes em crescimento. Não tem as funcionalidades de segurança e desempenho requeridas.

Por exemplo, as redes peer to peer da Microsoft têm evoluído em várias versões desde o Windows 95. Não é necessário comprar nenhum software adicional para tornar um computador um servidor. Tudo que deve ser feito é habilitar as funcionalidades de servidor do windows. As funcionalidades de servidor de rede desenvolvidas nas versões desktop do Windows ao longo dos anos não são muito eficientes quando a rede cresce, já que não são primariamente endereçadas para serem servidores de rede. Se o objetivo é alocar um computador   para ser um servidor dedicado, uma solução apontada pela Microsoft é utilizar o sistema operacional de rede Windows Server 2012, ou outras versões.

Qual a topologia de uma de rede peer to peer com até 5 computadores?

Contexto: uma pequena empresa, com 3 computadores, especializada em serviços de instalação: 1) um computador é utilizado para desenvolver propostas e relacionamento como mercado (com porta de rede Ethernet Gigabit), 2) um computador antigo é usado para gerenciar o sistema de pedidos, instalação e contabilidade (com porta Ethernet 10/100 Mbps) e um notebook é utilizado pelo engenheiro chefe da empresa (com porta Ethernet 10/100 Mbps). A empresa tem 1 impressora conectada a um dos computadores. Os computadores não estão conectados em rede. Para imprimir um documento, ele deve ser armazenado em dispositivo de memória flash (exemplo, pen drive). Um dos computadores é conectado à internet via uma conexão ADSL ou cable residencial.

Objetivos de rede: 1) acesso compartilhado à impressora, 2) Acesso compartilhado à Internet por todos os computadores, 3) capacidade para um aumento de mais 2 computadores no período de 6 meses, 4) rede simples e intuitiva, sem necessidade de muitas intervenções.

Solução: Rede peer-to-peer

Figura. Exemplo de Rede Peer to Peer

Requisitos:

  • Um roteador DSL com a funcionalidade de switch embutida, com no mínimo 6 portas de rede – 4 portas ativas e 2 de reserva.
  • A funcionalidade de  firewall  do roteador deverá estar habilitada para prevenir intrusões da Internet.
  • Um dos computadores deverá ser configurado  para habilitar o compartilhamento de arquivos e impressora

Qual a topologia de uma de rede cliente servidor com até 50 computadores?

Contexto: Uma empresa que cresceu em 2 anos de 15 para 35 empregados, todos localizados no mesmo prédio. A rede compreende 35 computadores clientes e 3 servidores com windows server 2008. Os 35 computadores rodam uma variedade de sistemas operacionais windows. Os 11 computadores mais novos têm cartão de rede do tipo Ethernet Gigabit. Os 24 computadores mais antigos usam cartão de 10/100 Mbps. Os computadores servidores são os mais antigos, com interfaces de rede de 10/100 Mbps. Todos os escritórios estão cabeados com cabos Categoria 5e (Cat5e) para um centro de fios, numa sala fechada, onde um pequeno rack suporta 2 switches de 24 portas 10/100. Esses switches limitam o tráfego na rede em 100 Mbps, mesmo para os novos comutadores com portas gigaethernet. O acesso a Internet é provido por um roteador do tipo Cisco 1700  ( Acessos WAN de alta velocidade. Segurança integrados, com VPN, firewall dinâmico e detecção de intrusão. Migração para serviços de voz sobre IP/telefonia IP com QoS).

Objetivos/Necessidade de rede: melhorar o desempenho de rede para a Internet e para transferências de grandes arquivos entre servidores e clientes na rede local.

Solução: Criar uma nova topologia de rede hierarquia na rede com um novo switch de 24 portas gigaethernet e fazer upgrade de cartões de rede gigabit para os 3 servidores.

Figura. Exemplo de Rede Cliente Servidor

Requisitos:

  • Adquirir um switch gigabit de 24 portas .
  • Adequar e recabear o rack de equipamentos.
  • Substituir os NICs de 10/100 para cartões gigabit nos 3 servidores (ou substituir os 3 servidores).
  • Conectar os servidores, roteador e os clientes gigabit para o novo switch gigabit. Isto usará 15 (11 clientes, 3 servidores e 1 roteador) das 24 portas.
  • Conectar os dois switches de 10/100 ao novo switch gigabit. Isto somará 17 portas e 7 portas de reserva.
  • Redividir os 24 clientes de 10/100 Mbps entre os dois switches, sendo 12 para cada switch.
  • Caso seja necessário maior desempenho, os switches de 10-100 Mbps podem ser substituídos por switches gigabit.

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