Hoje não faz muito sentido criar uma LAN isolada do resto do mundo. A necessidade de transferência de dados fruto da redução de custos e da dinamicidade do mundo moderno praticamente impõe esta conexão. Para simplificar o nosso estudo, vamos trabalhar com cinco ativos de rede: repetidores, hubs, switches (2-layer e 3-layer) e roteadores. Show
Relação entre dispositivos e camadas RepetidorFuncionamento básico de um repetidor Dispositivo que opera apenas na camada física recebendo um sinal de entrada, regenerando-o e enviando para a porta de saída. Com o objetivo de manter a inteligibilidade dos dados, o repetidor é um regenerador de sinais (não um amplificador), pois refaz os sinais originais (deformados pela atenuação/ruído) tentando anular a interferência do ruído. Por definição, não efetua nenhum tipo de filtragem. Sua utilização requer estudos relacionados ao padrão do meio físico e a susceptibilidade do ruído neste. HubUm hub consiste num repetidor multiportas, ou seja, ao receber a informação de uma porta, ele distribui por todas as outras. Com um hub é possível fazer uma conexão física entre diversos computadores com a topologia estrela. Hierarquia entre HUBs Assim, um Hub permite apenas que os utilizadores compartilhem Ethernet e todos os nós do segmento Ethernet irão partilhar o mesmo domínio de colisão. Na figura acima são vistos 3 hubs interconectando seis estações. Os dois hubs que estão ligando diretamente as estações, são chamados de departamentais, pois geralmente são utilizados para agrupar as conexões de uma sla/departamento. Já o dispositivo superior é chamado de hub de backbone, pois interliga departamentos com conexões ponto-a-ponto. Hubs não tem a capacidade de prover VLANs para portas individuais, e as VLANs não podem ser estendidas além das portas dos dispositivos de ponta, mesmo que um switch tenha suporte a VLAN esteja conectado. Domínio de colisão – Um domínio simples de colisão consiste em um ou mais Hubs Ethernet e nós conectados entre eles. Cada aparelho dentro do domínio de colisão partilha a banda de rede disponível com os outros aparelhos no mesmo domínio. Switches e Bridges são utilizados para separar domínios de colisão que são demasiado grandes de forma a melhorar a performance e a estabilidade da rede. Os hubs são considerados dispositivos da camada 1 do modelo OSI porque apenas geram novamente o sinal e o transmitem para suas portas (conexões da rede). Suas velocidades podem variar de 10, 10/100 ou 1000Mbps e a maioria dos modelos possibilita a interligação dos equipamentos sob duas formas básicas: o empilhamento e o cascateamento. CascateamentoNo cascateamento, a interligação se dá através de uma porta de um equipamento com a outra porta de outro equipamento, sendo a largura de banda limitada à velocidade da porta (10/100/1000Mbps). As regras para o cascateamento dependem das especificações dos dispositivos porque neste tipo de ligação, à medida que vai se “cacasteando”, a performance da rede vai caindo. Alguns fabricantes limitam em cinco metros o comprimento máximo do cabo UTP que conecta os hubs com velocidades até 100Mbps. Também dentro das limitações impostas por cada fabricante, é possível interligar equipamentos distintos e de marcas distintas, obedecendo-se à regra 5-4-3 para hubs. Esta regra limita em distância o número de segmentos ponto a ponto de uma rede em 5 (100 metros por segmento e um máximo de 500 metros), o número de repetidores existentes (no máximo 4), sendo um repetidor para cada par de segmentos e apenas 3 segmentos podem conter hosts. O cascateamento é muito prático e barato, mas pode ocupar portas que poderiam ser usadas para conectar outros equipamentos da rede. O número de portas utilizadas para o cascateamento pode ser obtido pela seguinte expressão: 2n-2, onde n é o número de hubs usados no cascateamento. EmpilhamentoJá no empilhamento, a interligação ocorre através de uma porta específica para empilhamento (stack) e cada fabricante possui um tipo de interface própria a qual possui velocidade transmissão maior que a velocidade das portas de conexão. Nesse caso, o empilhamento pode ser feito apenas entre equipamentos de um mesmo fabricante e não ocorre a incidência da regra 5-4-3 na pilha de hubs. Desta forma, os hubs assim empilhados tornam-se um único repetidor. O empilhamento é mais eficiente do que o cascateamento porque não ocupa as portas frontais para conexão, aumentando com isso a quantidade de portas disponíveis para os equipamentos da rede. Pode-se empilhar até quatro equipamentos, sempre considerando as observações e limitações de cada fabricante. Bridges (Pontes)Este dispositivo trabalha na camada física e na camada de enlace, agregando a função de verificar o MAC address da estação que receberá o frame. Com a bridge é possível fazer uma filtragem de entrega, pois ao verificar o MAC address, ela determina que interface receba o frame enviado. O ideal é que as estações não tomem conhecimento da existência da bridge para que as configurações de rede se tornem mais simples. Para isso foi criado o conceito da bridge transparente (IEEE 802.1d) que deve obedecer aos critérios : 1. Os frames devem ser enviados diretamente entre as estações 2. A tabela de encaminhamento deve ser aprendida e atualizada pela bridge 3. O sistema não deve conter loop Filtragem Capacidade de um dispositivo determinar se um frame (quadro ou pacote) deve ser repassado para alguma interface ou deve ser descartado. A filtragem e o repasse são feitos através de uma tabela de comutação. Switch Camada 2Um switch de camada 2 corresponde a uma bridge multiportas projetado para melhorar a performance da rede uma vez que reduz os domínios de colisão. Com o switch, as estações não brigam para ver quem vai utilizar o meio de transmissão. Um ponto importante deve ser visto no projeto de um switch, a especificação do seu backbone. Imagine um switch de 16 portas de 100Mbps todas transmitindo intensamente. Agora pense que você tem dois switchs, um “Xingli-ling” e um bom switch (3Com, Dell ou IBM), onde o primeiro vem com um manual de uma folha, enquanto o segundo especifica o backbone de 1Gbps. Com um backbone mais largo, o switch terá capacidade de efetuar uma maior vazão sem descartar frames, possibilitando uma rede mais rápida e redizindo as colisões dentro do dispositivo. Assim como o hub, o switch também está associado a topologia estrela. Switch Camada 3Quando alguém lhe perguntar até que camada atua um switch responda: Tradicionalmente até a camada de enlace! Há alguns anos a Cisco criou o conceito de switch three-level com todas as funções de um switch camada dois gerenciável permitindo ainda:
Se utilizado em LANs, um switch camada 3 pode ser utilizado para segmentar as redes através de endereçamento IP (veremos no próximo capítulo) e muitos deles ainda possuem servidor DHCP para distribuição automática de endereços IP. Por permitir a interligação de segmentos de diferentes domínios e broadcast, os switches de camada 3 são particularmente recomendados para a segmentação de LAN’s muito grandes, onde a simples utilização de switches de camada 2 provocaria uma perda de performance e eficiência da LAN, devido à quantidade excessiva de broadcasts. Se combinado com um roteador tradicional baseado em software, um switch camada 3 pode-se reduzir consideravelmente a carga de trabalho sobre o roteador e aumentar a taxa de transferência entre sub-redes para milhões de pacotes por segundo. Atualmente o grande problema destes switchs são: a falta de suporte em redes que possuam tráfego não IP (IPX, AppleTalk, DECnet) e seu seu alto custo. RoteadoresUm roteador é um dispositivo que opera na camada de rede e sua principal função é selecionar o caminho mais apropriado entre as redes e repassar os pacotes recebidos. Ou seja, encaminhar os pacotes para o melhor caminho disponível para um determinado destino. Com base na máscara de sub-rede o protocolo TCP/IP determina se o computador de origem e o de destino estão na mesma rede local. Com base em cálculos binários, o TCP/IP pode chegar a dois resultados distintos:
Quando ocorre um problema com o Roteador, tornando-o indisponível, você consegue se comunicar normalmente com os demais computadores da sua rede local, porém não conseguirá comunicação com outras redes de computadores, como por exemplo a Internet. Existem basicamente dois tipos de roteadores: Estáticos: este tipo é mais barato e é focado em escolher sempre o menor caminho para os dados, sem considerar se aquele caminho tem ou não congestionamento; Dinâmicos: este é mais sofisticado (e conseqüentemente mais caro) e considera se há ou não congestionamento na rede. Ele trabalha para fazer o caminho mais rápido, mesmo que seja o caminho mais longo. De nada adianta utilizar o menor caminho se esse estiver congestionado. Muitos dos roteadores dinâmicos são capazes de fazer compressão de dados para elevar a taxa de transferência. Os roteadores são capazes de interligar várias redes e geralmente trabalham em conjunto com hubs e switchs. Ainda, podem ser dotados de recursos extras, como firewall, por exemplo. Um Gateway, ou porta de ligação, é uma máquina intermediária geralmente destinado a interligar redes, separar domínios de colisão, ou mesmo traduzir protocolos. Exemplos de gateway podem ser os routers (ou roteadores) e firewalls (corta-fogos), já que ambos servem de intermediários entre o utilizador e a rede. Um proxy também pode ser interpretado como um gateway (embora a outro nível, aquele da camada em que opere), já que serve de intermediário também. Política de RoteamentoStore-and-forwardO comutador recebe e armazena os dados até possuir completamente o pacote em um buffer de entrada. Após, efetua verificação por erros cíclicos e outros, passa o pacote para o buffer de saída e retransmite o pacote para o outro comutador ou o terminal. Caso ele encontre algum erro, descarta o pacote. Este tipo de comutador é mais robusto e eficiente, porém devido ao grande número de requisições geralmente ocorrem muitos choques de pacotes a atrasos. A implementação mista do store-and-forward e do cut-through é a configuração mais utilizada.
Cut-throughEste comutador recebe e armazena apenas parte do cabeçalho (6 primeiros bytes), para saber qual receptor do pacote, e já encaminha os dados diretamente. A princípio, há um enorme ganho em velocidade. No entanto, por não haver nenhuma verificação de erros (neste caso a verificação ocorre nos terminais), frequentemente é necessário o reenvio do pacote. Na prática é muito pouco utilizado sozinho.
Fragment-freeO funcionamento deste comutador é muito semelhante ao cut-through, porém ele armazena os 64 primeiros bytes antes de enviar. Esta implementação é baseada em observações estatísticas: a grande maioria dos erros, bem como todos os choques de pacotes, ocorrem nos primeiros 64 bytes. Questões de Concursos(Prova: FGV – 2008 – Senado Federal – Produtor
de Desenvolvimento de Conteúdos Jornalísticos para Internet) Considere as seguintes afirmativas sobre o uso de hubs e switches: (Prova: FGV – 2008 – Senado Federal – Produtor de Desenvolvimento de Conteúdos Jornalísticos para Internet) Considere as seguintes afirmativas: (Prova: FGV – 2010 – BADESC – Analista de Sistemas – Suporte Técnico e Gerência de Redes de Computadores) Atualmente é comum
interligar LANs por meio de equipamentos de interconexão, convertendo-as em WANs, dependendo da situação e de suas características. (Prova: FGV – 2009 – MEC – Administrador de Redes)
Dentre os equipamentos de interconexão de redes de computadores, os dispositivos que executam filtro de tráfego são: (Prova: FCC – 2010 – MPE-RN – Analista de Tecnologia da Informação – Redes-Segurança-Conectividade) O equipamento que possibilita a conexão de equipamentos entre redes, focado em escolher sempre o menor
caminho para os dados, é do tipo e) Hub. (Prova: CESPE – 2010 – MPU – Analista de Informática – Perito) Uma das soluções para otimizar o tráfego na rede é colocar hubs de mesma marca empilhados, os quais são entendidos pela rede como sendo um único hub repetidor, em função da incompatibilidade de interligação entre hubs de classes diferentes (Prova: CESGRANRIO – 2010 – IBGE – Analista de Sistemas – Suporte de Produção e Rede) Sobre pontes e hubs utilizados nas redes locais Ethernet, são feitas as afirmativas a seguir. (Prova: ESAF – 2009 – ANA – Analista Administrativo – Tecnologia da Informação – Redes) Se um comutador de circuitos opera com N circuitos, o total de entradas e saídas é (Prova: FCC – 2007 – TRF-4R – Técnico Judiciário – Especialidade – Operação de Computador) Em relação a equipamentos de rede, o switch constrói a sua tabela de endereços físicos (MAC table): Comentários e Gabarito(Prova: FGV – 2008 – Senado Federal – Produtor de Desenvolvimento de Conteúdos Jornalísticos para Internet) Considere as seguintes afirmativas sobre o uso de hubs e switches: (Prova: FGV – 2008 – Senado Federal – Produtor de Desenvolvimento de Conteúdos Jornalísticos para Internet) Considere as seguintes afirmativas: (Prova: FGV – 2010 – BADESC – Analista de Sistemas –
Suporte Técnico e Gerência de Redes de Computadores) Atualmente é comum interligar LANs por meio de equipamentos de interconexão, convertendo-as em WANs, dependendo da situação e de suas características. (Prova: FGV – 2009 – MEC – Administrador de Redes) Dentre os equipamentos de interconexão de redes de computadores, os dispositivos que executam filtro de tráfego são: (Prova:
FCC – 2010 – MPE-RN – Analista de Tecnologia da Informação – Redes-Segurança-Conectividade) O equipamento que possibilita a conexão de equipamentos entre redes, focado em escolher sempre o menor caminho para os dados, é do tipo (Prova: CESPE – 2010 – MPU – Analista de Informática – Perito) Uma das soluções para otimizar o tráfego na rede
é colocar hubs de mesma marca empilhados, os quais são entendidos pela rede como sendo um único hub repetidor, em função da incompatibilidade de interligação entre hubs de classes diferentes (Prova: CESGRANRIO – 2010 – IBGE – Analista de Sistemas – Suporte de Produção e Rede) Sobre pontes e hubs utilizados nas redes locais Ethernet, são feitas as afirmativas a seguir. (Prova: ESAF – 2009 – ANA – Analista Administrativo – Tecnologia da Informação
– Redes) Se um comutador de circuitos opera com N circuitos, o total de entradas e saídas é (Prova: FCC – 2007 – TRF-4R – Técnico Judiciário – Especialidade – Operação de
Computador) Em relação a equipamentos de rede, o switch constrói a sua tabela de endereços físicos (MAC table): Qual equipamento de rede aumenta a quantidade de domínios de colisão na rede?O switch além de eliminar a colisão entre as suas portas, aumenta o número de domínios de colisão que é equivalente ao número de portas que ele possui.
Como identificar domínios de colisão?O domínio de colisão é um segmento lógico da rede onde os pacotes transmitidos por elementos pertencentes a ele podem colidir uns com os outros. Uma colisão ocorre quando duas ou mais estações pertencentes ao mesmo segmento de rede compartilhado transmitem quadros ao mesmo tempo.
Qual equipamento de rede irá isolar os domínios de colisão e a transmissão de broadcasts?Os roteadores são usados para segmentar tanto domínios de broadcast como domínios de colisão. Quando um dispositivo envia um broadcast de camada 2, o endereço MAC destino no quadro é definido somente com 1s binários.
Quantos domínios de colisão existem em um switch?Cada porta em um switch está em um domínio de colisão diferente, ou seja, um switch é um separador de domínio de colisão. Portanto, as mensagens que vêm de dispositivos conectados a portas diferentes nunca sofrem uma colisão. Isso nos ajuda durante o projeto de redes, mas ainda há um problema com os interruptores.
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