Equipamento activo Considera-se equipamento
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TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa 2 Equipamento activo Considera-se equipamento activo, todo o equipamento gerador, receptor de código ou conversor de sinais eléctricos ou ópticos. Este equipamento tem a capacidade de efectuar cálculos e processar os dados que recebe, gerindo-os de modo inteligente. Exemplos deste tipo de equipamento são os routers, switches, hubs e bridges. Equipamento passivo Dispositivo(s) que não interfere(m) com os dados ou sinais que passam por ele e permite(m) a interligação do equipamento activo. Exemplos deste tipo de equipamento são as tomadas, rede de cabos, distribuidores e patch panels. Repeaters e Hubs Tanto os repeaters quanto os hubs são dispositivos que operam na camada física: tratam essencialmente da amplificação e retransmissão de bits. Um repeater possui duas portas e é utilizado basicamente para aumentar a distância máxima permitida entre dois nós de uma rede baseada em qualquer tipo de tecnologia LAN. Um hub é um tipo especial de repeater que tem várias portas. Quando um bit chega por uma de suas portas, o hub simplesmente o copia em todas as demais portas. Através da utilização de hubs permite-se obter uma LAN hierarquizada o que leva a um isolamento imediato de defeitos sem afetar os seus demais componentes, facilitando assim a sua manutenção. Por outro lado, é importante observar que a presença de hubs não isola a mídia de transmissão, ou seja, todos os equipamentos estão disputando a mesma mídia de transmissão como se os hubs não existissem. Repetidores TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Em informática, repetidor é um equipamento utilizado para interligação de redes idênticas, pois eles amplificam e regeneram eletricamente os sinais transmitidos no meio físico. Os repetidores atuam na camada física (Modelo OSI), recebem todos os pacotes de cada uma das redes que ele interliga e os repete nas demais redes sem realizar qualquer tipo de tratamento sobre os mesmos. Não se pode usar muitos deste dispositivo em uma rede local, pois degeneram o sinal no domínio digital e causam problemas de sincronismo entre as interfaces de rede. Repetidores são utilizados para estender a transmissão de ondas de rádio, por exemplo, redes wireless, wimax e telefonia celular. Em toda forma de transmissão de sinais elétricos, há a atenuação do sinal, que é a redução da amplitude do sinal devido, por exemplo, à resistência do cabo de cobre. Por isso, em um ambiente de Rede, existem limitações quanto ao comprimento do cabo. Por exemplo, numa Rede Local Ethernet, padrão 100BASE-TX, a qual é amplamente utilizada, utilizando um Cabo Categoria 5, possui um limite de 100 metros de comprimento para cada segmento. A função do repetidor , ou também conhecido como amplificador, é a regeneração de um sinal atenuado, e sua retransmissão. Este dispositivo, usado em redes locais, é usado para superar as limitações do meio físico utilizado, recebendo sinais atenuados por uma interface, regenerando-o e retransmitindo por outra interface. O termo repetidor tem sua origem nos primeiros tempos das comunicações a longa distância. O termo descreve a situação onde uma pessoa em uma colina repetia o sinal que acabara de receber de uma pessoa na colina anterior. O processo se repetia até que a mensagem chegasse ao seu destino. As comunicações por telégrafo, telefone, microondas e ópticas usam repetidores para fortalecer os sinais enviados a longa distância. Os repetidores atuam na camada física do modelo OSI , isto se deve à característica de apenas atuarem diretamente com os bits, ou seja, com o meio físico propriamente dito. Um repetidor, não processa pacotes ou quadros, ele apenas atua como um regenerador de sinais, tratando assim apenas dos sinais elétricos. Como já foi dito, esse os repetidores podem superar os limites físicos, acarretando na expansibilidade da rede. Porém, mesmo assim, ainda existem limites para o uso deste dispositivo, pois como os repetidores não fazem nenhum tipo de filtragem dos pacotes transmitidos, eles apenas repassam tudo o que chega, os níveis de desempenho irão cair drasticamente à medida que se incluir novos nós na rede, ou seja, o domínio de colisão irá se expandir. Por esse problema, o padrão IEEE 802.3 implementa uma regra, conhecida como a regra 5-4-3 , para o número de repetidores e segmentos em backbones de acesso compartilhado ethernet em um topologia em árvore. A regra 5-4-3 divide a regra em dois tipos de segmentos físicos: segmentados populados (usuário), e segmentos não-populados (link). Segmentos de usuários tem usuários de sistemas conectados a eles. Segmentos de link são usados para conectar os repetidores da rede juntos. A regra dita que entre quaisquer dois nós na rede podem existir o máximo de cinco segmentos, conectados através de quatro repetidores, ou concentradores, e somente três dos cinco segmentos podem conter conexões de usuários. TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Para fins de projeto, hoje em dia, raramente repetidores são usados, em grande parte devido ao barateamento dos switches e também aos baixos níveis de desempenho em redes maiores. Porém, em redes pequenas, com baixo nível de tráfego, seu uso é aceitável. O que é Hub? A tradução de Hubs é concentradores, em português. Eles foram introduzidos como melhorias para a topologia em anel, utilizada com grande aceitação em redes de computadores. Mas não são utilizados necessariamente em redes tipo anel , ser utilizados em qualquer topologia . Inicialmente, os concentradores eram apenas elementos passivos que permitiam a concentração de todo o cabeamento utilizado e possuíam um mecanismo de relés que, adicionado externamente, permitia o isolamento de estação com falha. Mais tarde, eles passaram a ser utilizados como concentradores dos repetidores do anel (concentradores ativos) . O isolamento de falhas se torna mais simples porque existe um ponto de acesso central para o sinal. Sem o concentrador, quando um repetidor ou um enlace falha, a localização da falha requer uma busca através de todo o anel, exigindo o acesso a todos os locais que contêm repetidores e cabos. Outra vantagem do concentrador é a possibilidade de adição de novas estações sem parada total da rede, uma vez que novos repetidores podem ser ativados no concentrador, sem para r a rede, por meio de utilização de relés. Hubs podem ser interconectados como forma de expansão do tamanho da rede. Existem dois tipos de hubs: o hub ativo e o hub passivo: Hub passivo é um dispositivo simples adequado a instalações onde a distribuição física das estações é tal que a degradação do sinal, quando emitido entre quaisquer estações adjacentes, está dentro do limite aceitável. Esse tipo de concentrador, que funciona como um centro de fiação, ao manter os TCUs próximos uns dos outros, diminui o problema causado pelo aumento da distância entre estações consecutivas no anel, quando uma delas sai do anel, passando para o estado bypassed . • Hub activo possui repetidores embutidos nas portas onde são conectados os cabos que ligam o concentrador às estações . Esse tipo de concentrador restaura a amplitude , a forma e o sincronismo do sinal quando ele passa por suas duas portas. A distância máxima permitida entre um concentrador ativo e uma estação é o dobro da que é permitida quando um concentrador passivo é utilizado . O que são repetidores? • Os repetidores são utilizados, geralmente, para a interligação de duas ou mais redes idênticas. Actuando no nível físico, as repetidores simplesmente recebem todos os pacotes de cada uma das redes que interligam e os repetem nas demais redes sem realizar qualquer tipo de tratamento sobre os mesmos. Vários pontos são dignos de nota na utilização de repetidores para interconexão de redes locais. Primeiramente, em redes em anel onde a estação é a responsável pela retirada dos próprios quadros, caberá ao repetidor a retirada dos quadros nas redes em que atua como retransmissor. Em anéis onde cabe á estação de destino a retirada dos quadros, a situação se complica. Como pode haver mais de um repetidor em uma rede, o repetidor não pode agir como uma estação de TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa destino intermediária e retirar o quadro do anel. A solução é deixar tal tarefa para a estação monitora, o que diminui o desempenho da rede. Um segundo ponto vem da utilização de repetidores em redes que utilizam protocolos baseados em contenção. Nesse caso caberá ao repetidor também a função de detecção de colisão em um segmento, e a sinalização, no(s) outro(s) segmento(s), da ocorrência da colisão. Digno de nota é o fato de que em redes que utilizam protocolos CSMA/CD, ao se calcular o tamanho mínimo do pacote, deve-se levar em conta o retardo introduzido pelo repetidor, isto vai limitar o número de repetidores em série em tais redes. Um terceiro ponto vem da observação de que nada impede que tenhamos vários repetidores em uma mesma rede ou vários repetidores no caminho de um quadro desde a estação de origem até a estação de destino. Cuidados no entanto devem ser tomados. Não pode haver um caminho fechado entre dois repetidores quaisquer da rede, pois isso implicaria em duplicações infinitas de quadros (um quadro repetido retornaria, devido a repetições. em outros repetidores, voltaria a ser repetido, tornaria a retornar e assim indefinidamente), além de provocar outros efeitos colaterais, como por exemplo, a colisão dos quadros em redes baseadas em contenção, o que causa uma consequente diminuição do desempenho. Outro ponto que deve ser observado é que em protocolos onde o reconhecimento do quadro é realizado automaticamente nos próprios quadros transmitidos (como por exemplo na maioria das redes em anel, veja o protocolo IEEE 802.5), essa característica é perdida, pois existem dois motivos pelos quais não pode ser realizada pelos repetidores. Primeiro pela possibilidade de existirem vários repetidores na rede. Nesse caso, a qual deles caberá a tarefa? Segundo, mesmo que se pudesse decidir qual repetidor teria a tarefa, como ele poderia saber da situação do quadro na estação de destino uma vez que ainda nem o retransmitiu? Essa característica de alguns protocolos é irremediavelmente perdida. Ainda outro ponto a respeito dos repetidores deve ser mencionado, este ligado directamente ao desempenho. Ao repetir todas as mensagens que recebe, um tráfego extra inútil é gerado pelo repetidor quando os pacotes repetidos não se destinam às redes que interligam. Uma solução para tal problema vem com a utilização de estações especiais denominadas pontes (bridges). Resumo: É um amplificador electromecânico ou electrónico de sinais teleimpressores, utilizado para compensar a distorção de linha, inerente aos dispositivos que operam á grandes distâncias, chamado também repetidores regenerativos. A Regra 5-4-3 TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Uma rede thinnet pode conter 5 segmentos unidos por 4 repetidores, mas somente 3 desses segmentos podem ser povoados por estações. Os outros 2 segmentos restantes são usados como links entre repetidores. Repetidores podem ser usados para interligar segmentos ethernet e estender a rede para um comprimento total de 925 metros. Regras de Segmentação: O padrão Ethernet, que é actualmente a arquitectura de redes locais mais usadas no mundo, define algumas regras bastante rígidas para a segmentação da rede. Isso significa que existem limites que devem ser respeitados. Dessa forma, não é possível ampliar o comprimento máximo da rede adicionando-se infinitos repetidores, como você poderia supor. É importante que você preste atenção a estas regras, já que são elas que definem os limites para o uso de repetidores. As regras de segmentação possuem algumas variações de acordo com o padrão Ethernet usado: • • • Ethernet padrão ( 10Mbps) Fast Ethernet (100Mbps) Gigabit Ethernet (1Gbps) Regras de Segmentação para redes Padrão Ethernet (10Mbps) A primeira regra básica é: a rede só pode conter, no máximo, cinco segmentos e quatro repetidores. Como mostra o a figura abaixo: A segunda regra de segmentação é referente aos tipos de segmento, mais especificamente ao tipo de cabo que pode ser usado. Se forem usados quatro repetidores e cinco segmentos, somente até três desses segmentos podem usar cabo coaxial. Usando a Figura anterior com base, podemos ver que nos segmentos 1 e 5 o cabo coaxial é utilizado, isso significa que somente mais um dos segmentos poderá usar cabos desse tipo. Essa segunda lei de segmentação informa ainda que, quando forem utilizados 4 segmentos em série na rede, as ligações de fibra óptica não devem exceder 300 metros para o padrão 10BaseFP e 500 metros para os demais padrões. A terceira e ultima regra de segmentação especifica que, no caso de redes onde a distância máxima entre as duas máquinas mas distantes é de quatro segmentos e três repetidores, então todos os segmentos podem ser de cabo coaxial sem problemas e, portanto “habilitados”. A Figura abaixo mostra esse limite: TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Regras de Segmentação para redes Fast Ethernet (100Mbps) A segmentação de redes Fast Ethernet funciona de uma maneira muito mais simples. Existem dois tipos de repetidores para esse tipo de rede, Classe I e Classe II. Os Repetidores Classe I são os mais simples e permitem apenas a interligação entre dois segmentos como mostra a figura abaixo: Se for usado par trançado, o limite de cada segmento é de 100 metros, ou seja, a distância máxima entre dois micros é de 200 metros. Já os repetidores Classe II permitem a sua ligação com mais de um repetidor Classe II. Nesse caso, a ligação entre os dois repetidores pode ter até 5 metros. Se os segmentos entre os micros forem menores do que 100 metros, então a ligação entre os dois repetidores pode ter um comprimento maior. O fato é que a distância entre dois micros não pode exceder 205 metros. É possível conectar um switch ou um roteador diretamente a uma porta de um repetidor Classe I ou II. O switch ou o roteador serão vistos pelo repetidor como sendo um micro. Isso significa que switches e roteadores não entram no cálculo do limite de segmentação da rede. Dessa forma, é possível expandir infinitamente a quantidade de hubs na rede usandose de switches e roteadores na conexão entre eles. O limite de conexão de hubs diz respeito somente à conexão direta entre esses componentes. Regras de Segmentação para redes Giga Ethernet (1 Gbps) As regras de segmentação para redes Giga Ethernet são ainda mais simples, esse tipo de rede pode ter somente um único repetidor. Bridges e Switches Tanto as bridges quanto os switches são dispositivos que operam na camada de enlace: filtram e encaminham os quadros recebidos de acordo com o endereço MAC de seu destino. Através da utilização de bridges, que possuem de 2 a 6 portas de conexão, permite-se obter LANs separadas, ou seja, obtém-se um isolamento da mídia de transmissão entre cada uma das LANs interligadas por ela. Para que o processo de encaminhamento seja efectuado, cada bridge gerência uma tabela interna de endereços MAC identificando em qual das suas portas encontra-se a LAN que contém o equipamento a que cada pacote que chega se destina. Esta tabela é mantida TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa dinamicamente apenas pela observação dos pacotes que passam por suas portas, identificando a que portas os endereços MAC de origem e destino pertencem. Quando um quadro chega à bridge por uma de suas portas, se o endereço MAC de destino não estiver presente em sua tabela de endereços, ela transmite o quadro em todas as demais portas de saída. Caso contrário, o quadro é transmitido somente na porta de saída especificada na tabela de endereços. Como algumas empresas possuem mais de um tipo de tecnologia de LAN e/ou LANs operando a diferentes taxas de transmissão, as bridges foram desenvolvidas de forma a permitir interligá-las. Para interconectar as LANs 802.3, 802.5 e 802.11 é preciso contornar algumas dificuldades: · cada LAN usa um formato de quadro diferente; · não funcionam na mesma taxa de transmissão de dados; · os temporizadores não sabem lidar com gargalos gerados pelas bridges; · o tamanho máximo dos quadros é diferente. Para se ter uma idéia das dificuldades encontradas, uma bridge entre uma rede Ethernet e uma rede Token Ring precisa antes compatibilizar os quadros transmitidos entre elas: Os switches são, basicamente, bridges de alto desempenho que possuem dezenas portas para conexão de: · LANs através de enlaces de difusão; · equipamentos através de enlaces ponto-a-ponto, chamados equipamentos de acesso dedicado. Bridges Bridges são equipamentos de Interconexão de redes que trabalham na camada de nível 2 do modelo OSI. Este selectivamente repassa frames baseado no exame do endereço MAC do frame. A principal função de uma bridge é segmentar e interconectar grandes redes, trazendo desta forma benefícios como redução de colisão em redes ethernet, filtragem de pacotes e isolamento de tráfego dentro segmento. Todas estas operações ocorrem de maneira transparente aos usuários da rede. As bridges não se preocupam com os protocolos de níveis superiores que estão sendo utilizados. TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Muitos tipos de bridges apareceram, sendo as mais importantes: • Transparente Bridging, é encontrado em ambientes de rede Ethernet. • Source-Routing Bridging, é encontrado em ambientes de rede TokenRing. • Translational Bridging, é encontrado é ambientes de redes mistas, como ethernet e Token Ring, permite a tradução de formatos de frames dos dois ambientes. Pontes -Fundamentos: Os repetidores são usados para expandir a extensão da rede, mas eles replicam todos os quadros que recebem em suas saídas. Assim, quando uma máquina transmite dados para outra máquina presente no mesmo segmento, todas as máquinas recebem esses dados, mesmo aquelas que estão em outros segmentos. A ponte (bridge) é um repetidor inteligente. Ela opera na camada de Link de Dados do modelo OSI. Isso significa que ela tem a capacidade de ler e analisar os quadros de dados que estão circulando na rede. Sendo assim, ela consegue ler os campos de endereçamento MAC do quadro de dados. Com isso, a ponte não replica para outros segmentos dados que tenham como destino o mesmo segmento da origem. Note que a ponte não enviou o quadro de dados, pois o destinatário não estava no outro segmento. Nesse caso o destinatário estava no outro segmento ligado pela ponte e ela enviou o quadro de dados. Outro papel que a ponte em princípio deve ter é o de interligar redes que trabalham em arquiteturas diferentes. Como esse dispositivo trabalha na camada de link de dados do modelo OSI, ele seria capaz de converter um quadro de dados de uma determinada arquitetura para um quadro de dados de uma outra arquitetura, como uma Ethernet para Token Ring, por exemplo. Porém existem alguns cuidados para isso, os quadros de dados de cada arquitetura possuem tamanhos diferentes, impedindo essa conversão direta, por exemplo: Um quadro de dados Ethernet possue tamanho máximo da área de dados com 1500 bytes enquanto um Token Ring pode ter até 4451 bytes, transformar um Ethernet em Token Ring seria possível, mas o inverso seria um problema. Mas esse é apenas o valor máximo da área de dados, o valor máximo do quadro de dados é desconhecido. Uma solução para esse problema seria que as duas redes operarem usando o mesmo tamanho de quadro de dados. TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Usando o exemplo do Ethernet e Token Ring, para que seja possível essa conversão, a rede Token Ring deve estar configurada para que o tamanho do quadro de dados seja de 1500 bytes, que é o valor máximo suportado pela arquitetura Ethernet, porém esse tipo de configuração faz com que o desempenho da rede Token Ring seja reduzido, pois um tamanho maior da área de dados faz com que o desempenho geral da rede seja maior pois menos conexões são realizadas. A verdadeira solução para a ligação de duas redes que usam arquiteturas diferentes é a fragmentação, isto é, o dispositivo responsável por interligar essas redes divide o quadro maior em tantos quadros menores quantos forem necessários, de modo a conseguir transmitir um quadro grande através de uma rede que só aceita quadros pequenos. Porém o processo de fragmentação é de responsabilidade da camada 3 do modelo OSI, a camada de Rede, como a Ponte pertence a camada 2, a camada de Link de Dados, esse processo não pode ser executado pela ponte. O dispositivo responsável por fazer a conexão entre duas redes com arquiteturas diferentes chama-se roteador, que é uma ponte que opera na camada de Rede do modelo OSI. Da mesma forma que os repetidores, as pontes são geralmente encontradas embutidas em outros equipamentos, geralmente um Switch. O Switch é um hub que, em vez de ser um repetidor (operando na camada física do modelo OSI), é uma ponte e, portanto, opera na camda de link de Dados do modelo OSI, analisando os dados. Com isso, em vez de ele replicar os quadros recebidos para todas as suas portas, ele envia o quadro somente para a porta na qual o micro contendo a placa de rede que tenha o mesmo endereço de MAC presente no endereço de destino do quadro que esteja instalado. Tipos de bridges Bridges podem ser agrupados em duas categorias baseado em várias características. Utilizando um esquema de classificação popular, bridges podem ser local ou remota. Bridges locais fornecem um conexão direta entre múltiplos segmentos de LAN em uma mesma área. • Bridges remotas conectam múltiplos segmentos de LAN em diferentes áreas, usualmente sobre linhas de telecomunicações. As Bridges (ou pontes) são equipamentos que possuem a capacidade de segmentar uma rede local em várias sub-redes, e com isto conseguem diminuir o fluxo de dados (o tráfego). Quando uma estação envia um sinal, apenas as estações que estão em seu segmento a recebem, e somente quando o destino esta fora do segmento é permitido a passagem do sinal. Assim, a principal função das bridges é filtrar pacotes entre segmentos de LAN’s. • Bridge ou ponte é o termo utilizado em informática para designar um dispositivo que liga duas ou mais redes informáticas que usam protocolos distintos ou iguais ou dois segmentos da mesma rede que usam o mesmo protocolo, por exemplo, ethernet ou token ring. Bridges servem para interligar duas redes, como por exemplo ligação de uma rede de um edifício com outro. TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Uma bridge ignora os protocolos utilizados nos dois segmentos que liga, já que opera a um nível muito baixo do modelo OSI (nível 2); somente envia dados de acordo com o endereço do pacote. Este endereço não é o endereço IP (internet protocol), mas o MAC (media access control) que é único para cada placa de rede. Os únicos dados que são permitidos atravessar uma bridge são dados destinados a endereços válidos no outro lado da ponte. Desta forma é possível utilizar uma bridge para manter um segmento da rede livre dos dados que pertencem a outro segmento. É frequente serem confundidos os conceitos de bridge e concentrador (ou hub); uma das diferenças, como já enunciado, é que o pacote é enviado unicamente para o destinatário, enquanto que o hub envia o pacote em broadcast. Endereços MAC As pontes têm, internamente, uma memória que armazena os endereços MAC de todos os computadores da rede. Com base nessas informações é criada uma tabela na qual identifica cada computador e o seu local nos segmentos de rede. Quando a ponte recebe o pacote do endereço de origem é comparado com a tabela existente, se reconhecer o endereço ela encaminhará o pacote a esse endereço, caso contrário para todos os endereços da rede. As Bridges também podem converter padrões, como por exemplo, de Ethernet para TokenRing. Porém, estes dispositivos operam na camada "interconexão" do modelo OSI, verificando somente endereços físicos (MAC address), atribuídos pelas placas de rede. Deste modo, os "pacotes" podem conter informações das camadas superiores, como protocolos e conexões, que serão totalmente invisíveis, permitindo que estes sejam transmitidos sem serem transformados ou alterados. As bridges se diferem dos repetidores porque manipulam pacotes ao invés de sinais eléctricos. A vantagem sobre os repetidores é que não retransmitem ruídos, erros, e por isso não retransmitem frames mal formados. Um frame deve estar completamente válido para ser retransmitido por uma bridge. São funções da Bridge: Filtrar as mensagens de tal forma que somente as mensagens endereçadas para ela sejam tratadas; • Ler o endereço do pacote e retransmiti-lo; • Filtrar as mensagens, de modo que pacotes com erros não sejam retransmitidos; • Armazenar os pacotes quando o tráfego for muito grande; • Funcionar como uma estação repetidora comum. A bridge actua nas camadas 1 e 2 do modelo de referência ISO/OSI, lendo o campo de endereços de destino dos pacotes de mensagens e transmitindo-os quando se tratar de segmentos de rede diferentes, utilizando o mesmo protocolo de comunicação. • Temos também os bridges (pontes), que permitem interligar dois segmentos de rede, de forma que eles passem a formar uma única rede. Em redes antigas, onde era utilizado um único cabo coaxial ou um hub burro, o uso de bridges permitia dividir a rede em segmentos menores, reduzindo, assim, o volume de colisões e melhorando o desempenho da rede. O bridge trabalha no nível 2 do modelo OSI, verificando os endereços MAC de origem e de destino dos frames e encaminhando apenas os frames necessários de um segmento a TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa outro. Outra vantagem é que a rede passa a comportar duas transmissões simultâneas, uma envolvendo micros do segmento A e outra envolvendo micros do segmento B: Hoje em dia não faz sentido usar bridges para dividir a rede em segmentos porque os switches já desempenham essa função, criando segmentos individuais para cada micro, o que praticamente elimina o problema das colisões, mas eles foram muito utilizados na época dos hubs burros. Outra utilidade dos bridges é unificar segmentos de rede baseados em mídias diferentes. Antigamente, quando ainda estava acontecendo a transição das redes com cabos coaxiais para as redes de par trançado, era muito comum que fosse utilizado um bridge para interligar os hosts conectados à rede antiga, com cabo coaxial à rede nova, com cabos de par trançado. Graças ao trabalho do bridge, tudo funcionava de forma transparente. O bridge não precisa necessariamente ser um dispositivo dedicado. Veja o caso deste hub antigo, que além das 8 portas para cabos de par trançado, possui também um conector de cabo coaxial, o que permite que ele assuma também a função de bridge, interligando os dois segmentos de rede: Actualmente, o exemplo mais comum de bridge são os pontos de acesso wireless, que podem interligar os micros da rede cabeada aos micros conectados à rede wireless, criando uma única rede. Muitos pontos de acesso incorporam também switches de 4 ou mais portas, ou até mesmo miniroteadores, que permitem compartilhar a conexão entre os micros da rede local. Hoje em dia, dispositivos "tudo em um" são cada vez mais comuns, pois com o avanço das técnicas de fabricação, tornou-se possível incluir cada vez mais circuitos em um único chip, fazendo com que um ponto de acesso "tudo em um" custe praticamente o mesmo que um ponto de acesso sem as funções extras. O que é switches? SWITCH é um aparelho muito superior em velocidade do que os HUBS. Switch velocidade 10/100 - para redes de pequeno volume de informações. Switch GIGABIT - permite aumentar a velocidade da rede de sua empresa da velocidade atual 100 Mbps para 1.000 Mbps Um switch é o nó central de uma rede em estrela . Ele tem como função o chaveamento ( ou comutação ) entre as estações que desejam se comunicar. A partir do momento em que as estações estão ligadas a um elemento central , no qual a implementação interna é desconhecida mas a interface é coerente com as estações, é possível pensar que esses elementos podem implementar arquitecturas que não utilizam apenas um meio compartilhado, mas sim possibilitam a troca de mensagens entre várias estações simultaneamente . Desta forma , estações podem obter para si taxas efectivas de transmissão bem maiores do que as observadas anteriormente . TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Switches -Fundamentos: Os Switches são pontes contendo várias portas. Ele envia os quadros de dados somente para a porta de destino do quadro, ao contrário do hub, que replica o quadro recebido para todas as suas portas. Com isso, esse dispositivo consegue aumentar o desempenho da rede, já que manterá o cabeamento da rede livre. A figura abaixo mostra o funcionamento básico de um switch ao tratar uma transferência: Outra vantagem é que com um switch é possível estabelecer comunicação simultânea, desde que estas sejam de transmissores e receptores diferentes. Os switches conseguem enviar quadros diretamente para as portas de destino porque eles são dispositivos que aprendem. Quando uma máquina envia um quadro para a rede através do switch, o switch lê o endereço MAC de origem do quadro e anota em uma tabela interna o endereço MAC da placa de rede do micro que esta conectado àquela porta. Assim, quando o switch recebe um quadro para ser transmitido, ele consulta essa sua tabela. Se o endereço MAC de destino contas nessa tabela, ele sabe para qual porta deve enviar esse quadro, porém, se o endereço MAC do quadro for desconhecido pelo switch, ele irá gerar um processo conhecido como inundação (flooding): ele envia o quadro para todas as suas portas menos a porta de origem desse quadro. Nesse caso o switch irá operar na mesma maneira que um Hub. A memória não é guardada para sempre, caso um endereço armazenado não seja utilizado por um tempo (5 minutos por exemplo), então ele apagará esse registro, permitindo assim uma flexibilidade quanto a alterações na estrutura física da rede. -Velocidade: Assim como ocorre com os Hubs, os switches são classificados de acordo com a sua velocidade de operação. Em princípio os switches só podem interligar máquinas que transmitam dados em uma mesma velocidade. Existem switches que permitem a ligação de máquinas que estejam operando em velocidades diferentes. Nesse caso, o switch possui uma memória temporária que bufferiza os dados a serem enviados, da mesma maneira que os Hubs de múltiplas velocidades. -Segurança: TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Outra vantagem desse dispositivo é a segurança. Os Hubs não são tão seguros quanto os switches porque todos os quadros são enviados para todas as portas. Com isso, um hacker pode plantar uma “escuta” em uma das portas do hub, isto é, uma placa de rede que em vez de capturar somente quadros destinados ao seu endereço MAC, seja capaz de capturar todos os quadros que estejam circulando na rede. É como o hub replicar para todas as suas portas todos quadros recebidos, o hacker terá acesso a todos os quadros que estão transitando na rede. Como cada quadro possui campos de identificação de endereço e de destino, o hacker sabe a quais máquinas pertecem os quadros, interceptando informações que tiver interesse. Embora essa possibilidade possa parecer remota, ela deve ser levada em consideração quando estivermos estabelecendo a política de segurança de rede. -Ligação: Os switches, por causa do seu alto custo, quase não são usados sozinho. Em geral são usados em conjutos com hubs. O switches, diferentemente dos hubs, podem ser ligados a qualquer uma das portas do hub sem qualquer limitação, já que o switch (como também os roteadores) são encarados pelo hub como se fosse um micro convencional. Dessa maneira, outra forma de ligarmos de um hub a uma mesma rede é usando switches. Existem basicamente dois tipos de switch. No primeiro , a comutação é feita por software . Esse switches operam tipicamente da seguinte forma : o quadro , depois de recebido através de uma de suas portas , é armazenado em uma memória compartilhada. O endereço de destino é analisado, e a porta destino obtida de uma tabela de endereços por um algoritmo usualmente executado em um processador RISC. Em seguida, o quadro é transferido para a porta de destino. No segundo tipo de switch a comutação é feita por hardware. Esses switches são , na maioria dos casos, implementados com tecnologia ASIC ( Application Specific Integrated Circuit ) . O modo de operação usual desses switches é o seguinte : assim que recebem e armazenam o cabeçalho dos quadros, eles processam o endereço de destino e estabelecem um circuito entre as portas de origem e de destino, enquanto durar a transmissão do quadro. Um switch é um dispositivo utilizado em redes de computadores para reencaminhar frames entre os diversos nós. Possuem diversas portas, assim como os concentradores (hubs) e a principal diferença entre o comutador e o concentrador é que o comutador segmenta a rede internamente, sendo que a cada porta corresponde um segmento diferente, o que significa que não haverá colisões entre pacotes de segmentos diferentes — ao contrário dos concentradores, cujas portas partilham o mesmo domínio de colisão. TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa Funcionamento Os comutadores operam semelhantemente a um sistema telefónico com linhas privadas. Nesse sistema, quando uma pessoa liga para outra a central telefónica as conectará em uma linha dedicada, possibilitando um maior número de conversações simultâneas. Um comutador opera na camada 2 (camada de enlace), encaminhando os pacotes de acordo com o endereço MAC de destino, e é destinado a redes locais para segmentação. Porém, existem actualmente comutadores que operam juntamente na camada 3 (camada de rede), herdando algumas propriedades dos roteadores (routers). Os comutadores não propagam domínios Cut Through - O comutador envia o quadro logo após ler o MAC de destino do quadro. Este método não averigua a o valor da soma de verificação. Fragment Free - Este método tenta utilizar os benefícios dos métodos "Store and Forward" e "Cut Through". O "Fragment Free" verifica os primeiros 64 bytes do quadro, onde as informações de endereçamento estão armazenadas. Adaptative Switching - Este método faz o uso dos outros três métodos. O switch é um aparelho muito semelhante ao hub, mas tem uma grande diferença: os dados vindos do computador de origem somente são repassados ao computador de destino. Isso porque os switchs criam uma espécie de canal de comunicação exclusiva entre a origem e o destino. Dessa forma, a rede não fica "presa" a um único computador no envio de informações. Isso aumenta o desempenho da rede já que a comunicação está sempre disponível, excepto quando dois ou mais computadores tentam enviar dados simultaneamente à mesma máquina. Essa característica também diminui a ocorrência de erros (colisões de pacotes, por exemplo). Assim como no hub, é possível ter várias portas em um switch e a quantidade varia da mesma forma. O hub está cada vez mais em desuso. Isso porque existe um dispositivo chamado "hub switch" que possui preço parecido com o de um hub convencional. Trata-se de um tipo de switch económico, geralmente usado para redes com até 24 computadores. Para redes maiores mas que não necessitam de um roteador, os switchs são mais indicados. Domínio de colisão Numa rede de computadores, o domínio de colisão é uma área lógica onde os pacotes podem colidir uns contra os outros, em particular no protocolo Ethernet. Quanto mais colisões ocorrerem pior será a eficiência da rede. Um domínio de colisão pode existir num único segmento da rede (como numa rede em bus) ou numa porção ou total de uma rede maior (note-se que a utilização de hubs faz propagar o domínio de colisão a todos os seus segmentos). As redes Ethernet utilizam uma topologia lógica de barramento, isto significa que mesmo ao utilizar um hub, as estações comportam- TÉCNICO DE INFORMÁTICA - SISTEMAS 771 – Conexões de Rede Formador Hugo Sousa se com se estivessem todas ligadas a um único cabo. Isso simplifica a transmissão de dados e torna mais baratos os equipamentos, mas em compensação traz um grave problema: as colisões de pacotes que ocorrem sempre que duas (ou mais) estações tentam transmitir dados ao mesmo tempo. O protocolo de comunicação CSMA/CD minimiza este problema através de um conjunto de medidas relativamente simples: Antes de transmitir o pacote, a estação "escuta" o cabo, para verificar se outra estação já está transmitindo. Caso o cabo esteja ocupado ela espera, caso esteja livre ela transmite. Em caso de colisão, ele imediatamente interrompe a transmissão, poupando banda, e em seguida espera um tempo aleatório, e crescente, para retransmitir.
