Introdução as redes de computadores

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Claudivan C. Lopes
[email protected]

Repetidores e hubs

Pontes e switches

Roteadores

Outros equipamentos
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2


Um repetidor é um equipamento usado para
ampliar o comprimento da rede, ou o alcance
da rede, no caso de redes sem fio
Ele funciona como um “extensor” da rede,
amplificando o sinal recebido e transmitindo
esses sinais para outro segmento da rede
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3

P.ex., uma rede Ethernet com topologia linear
usando cabo coaxial fino → o comprimento
máximo da rede foi ampliado para 555m
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4

Um repetidor repete os quadros recebidos na sua
porta de entrada em sua porta de saída
◦ Todas máquina em qualquer segmento receberá os
quadros de dados enviado pelo transmissor


O repetidor atua na camada física do modelo OSI,
portanto, não analisa os quadros de dados para
verificar qual é o seu destino
Com o uso de repetidor, não é possível expandir
segmentos de redes com arquiteturas distintas
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5

Desvantagens no uso de repetidores:
◦ Diminui o desempenho da rede, pois a quantidade
de máquinas na rede aumenta
◦ Aumenta as chances de colisão de pacotes
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6

Regras de segmentação em redes Ethernet
◦ Não é possível ampliar o comprimento máximo da
rede adicionando infinitos repetidores
◦ As regras de segmentação definem o uso de
repetidores em redes Ethernet e os limites de
segmentos de redes
◦ As regras variam de acordo com o tipo de rede
Ethernet usada
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7

Regras de segmentação para Ethernet padrão
◦ Regra 1 → a rede só pode conter no máximo cinco
segmentos e quatro repetidores em série
 O termo "em série" define a distância máxima entre
duas máquinas. Em outras palavras, é o maior caminho
percorrido para comunicar duas máquinas presente na
rede
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
Regras de segmentação para Ethernet padrão
◦ Regra 2 → quanto ao tipo de cabo:
 Se forem usados cinco segmentos e quatro
repetidores, somente até três desses segmentos
podem usar cabo coaxial
 Quando forem usados cinco segmentos em série na
rede, as ligações de fibra óptica não poderão exceder
500m para 10BaseFB ou 10BaseFL, ou 300m para
10BaseFP
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
Regras de segmentação para Ethernet padrão
◦ Regra 3 → em redes onde a distância máxima entre
as duas máquinas mais distantes é de quatro
segmentos e três repetidores, todos os segmentos
podem ser de cabo coaxial
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
Regras de segmentação para Fast Ethernet
◦ Redes Fast Ethernet usam dois tipos de repetidores:
 Classe I → permite a interligação entre apenas dois
segmentos
 Classe II → permite a sua ligação direta com no máximo
outro repetidor Classe II
◦ Switches ou roteadores conectados diretamente a uma
porta do repetidor são vistos como máquinas, logo, não
entram no cálculo do limite de segmentação da rede
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
Regras de segmentação para Gigabit Ethernet
◦ Redes desse tipo podem ter somente um único
repetidor

Redes 10G Ethernet não suportam o uso de
repetidores
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12



Os repetidores sem fio permitem o aumento da
área de alcance de uma rede sem fio
Pode ser utilizado um repetidor sem fio ou
configurar um ponto de acesso para operar em
modo de repetidor
Enquanto um ponto de acesso faz a conexão
entre a rede sem fio e a rede com cabos, um
repetidor sem fio ou ponto de acesso
configurado como repetidor não precisa de
nenhuma conexão usando cabos
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

O alcance de um repetidor sem fio depende
da sua potência de transmissão e do ganho
da antena usada
Como desvantagem, tem-se que o uso de
repetidores sem fio diminuição a taxa de
transferência para os clientes sem fio
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

Hub é um repetidor (o inverso é falso) com
várias portas, permitindo a construção de
redes com topologia lógica em estrela.
Porém, internamente, a topologia é linear
Um hub atua na camada física do modelo OSI,
portanto, não interpreta os quadros de dados
quadros → os quadros de dados recebidos
numa porta são replicados para todas as suas
demais portas
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
Hubs só operam em modo half-duplex

Vantagens no uso do hub em relação aos
repetidores comuns:
◦ Facilita a organização dos cabeamento da rede
◦ Facilita a identificação de um cabo defeituoso
◦ A rede continua funcionando mesmo com um cabo
defeituoso
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
Tipos de hubs:
◦ Passivo → não precisam de alimentação elétrica, p.
ex., patch panel
◦ Ativo → regenera o sinal recebido em suas portas
antes de enviá-lo para todas as suas portas
◦ Inteligente → permite algum monitoramento, p.ex.,
relatório de estatísticas de acesso ou de detecção
de falhas
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
Tipos de hubs (continuação):
◦ Empilhável (ou Cascateável) → permite a ampliação
do seu número de portas
 Esse tipo de hub possui uma porta especial que
permite a conexão entre dois ou mais hubs, fazendo
com que os hubs sejam considerados pela rede como
se fossem um só hub e não hubs separados
 Isso elimina em alguns casos
segmentação de rede com hubs
o
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problema
de
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
Tipos de hubs (continuação):
◦ Hub de Múltiplas Velocidades → suporta diferentes
taxas de transmissão
 Ele separa as máquinas que operam com velocidade de
transmissão distintas em segmentos diferentes
 Porém, só é possível a comunicação entre máquinas
operando na mesma velocidade
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
O cabeamento entre computador-hub deve ser pino a pino

O cabeamento entre hub-hub é feito de uma das formas:
1.
Alguns hubs possuem uma porta uplink que possui um botão
que habilita ou desabilita o cross-over interno. Isso determina o
tipo de cabo utilizado
2.
Usar um cabo cross-over ligando os hubs a partir de portas
convencionais
3.
Alguns hubs detectam automaticamente o tipo de cabo, e
portanto, ele por si só habilitando ou não o cross-over. Este
recurso é chamado de Auto MDI/MDI-X ou Auto Cross-over
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

As regras de segmentação de rede com uso de
repetidores também são válidas para hubs
A única restrição é a seguinte:
◦ Para as redes Fast Ethernet que usam hub Classe I e para
as redes Gigabit Ethernet, ambas não aceitam hubs
interligados entre si, exceto quando os hubs são do tipo
empilhável

Redes 10G Ethernet não suportam o uso de hubs
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

Uma ponte é um repetidor inteligente. Ele opera
na camada de enlace do modelo OSI, portanto,
tem a capacidade de analisar o quadro de dados
e ler o endereço MAC do destino
Funcionamento básico:
◦ Quando o transmissor e o receptor estão no mesmo
segmento de rede, então os quadros de dados são
replicados somente para este segmento
◦ Quando o transmissor e o receptor estão em segmentos
de rede distintos, a ponte funciona como um repetidor
tradicional
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
Uma ponte também interliga redes com
arquiteturas diferentes
◦ Porém, as soluções podem apresentar problemas
como queda de desempenho devido a conversão
entre os quadros de dados → arquiteturas distintas
apresentam quadros com tamanhos distintos
◦ A verdadeira solução é a fragmentação, porém essa
tarefa deve ser realizada por algum equipamento
que atue na camada de rede
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
Pontos de acesso também podem ser
configurados para operar em modo ponte
◦ Neste caso, somente máquinas conectadas ao
ponto de acesso através de cabos têm acesso a
rede
◦ Este modo é útil quando se deseja uma conexão
sem fio entre redes, mas não se deseja que
máquinas dotadas de placa de rede sem fio no meio
do caminho tenham acesso a rede
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
Um switch é uma ponte com várias portas.
Porém, ele envia os quadros de dados
somente para a porta de destino do quadro
◦ Isso aumenta o desempenho da rede, já que
mantém o cabeamento livre
◦ Permite
que
mais
de
uma
comunicação
simultaneamente, desde que não envolvam portas
já usadas em outra comunicação
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

Switches também podem operar em full-duplex,
que em teoria, dobra a largura de banda
disponível
Switches “aprendem”
◦ Todo switch mantém uma tabela de endereços com
entradas do tipo <porta, endereço MAC>
◦ Ao recebe um quadro, ele consulta a tabela para saber
qual é a porta de destino → se o endereço MAC não
existir na tabela, ele envia o quadro para todas as suas
portas (técnica conhecida como Inundação) e depois
registra a nova entrada na tabela
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
Switches “desaprendem”
◦ Após um período de tempo sem receber quadros de
um endereço MAC, o switch elimina este endereço
de sua tabela
 Permite que a rede possa ter sua estrutura alterada
 Mantém a capacidade de aprendizagem do switch com
a rede em funcionamento
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


Mesmo com o uso de switches, a rede
continua com apenas um domínio de
broadcast
É possível ampliar a quantidade de portas de
um switch conectando outros switches em
suas portas
Neste caso, todas as portas de todos os
equipamentos continuam no mesmo domínio
de broadcast
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
O recurso VLAN (Virtual LAN) oferecido por
alguns switches mais caros que permitem a
criação de redes separadas usando o mesmo
equipamento → isso cria domínios de
broadcast distintos
◦ P.ex., num switch de 24, poderíamos ter uma VLAN
nas 12 primeiras portas e outra VLAN nas próximas
12 portas
◦ Porém, as máquinas na primeira VLAN não se
comunicam com as máquinas na segunda VLAN
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
Exemplo fictício de uma rede VLAN
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


Os switches tradicionais operam na camada 2 do
modelo OSI → isso impede a conexão entre redes
distintas
Porém, alguns switches operam na camada 3,
permitindo a conexão de redes internas distintas
O principal uso desse tipo de switch é na criação
de domínio de broadcast separados para grandes
redes locais, de modo a melhorar o desempenho
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31

Medidas de desempenho para switches:
◦ Capacidade de chaveamento → equivale a taxa de
transferência máxima simultânea que o switch suporta
em suas portas. É medido em bps
◦ Capacidade de encaminhamento → é a quantidade
máxima simultânea de quadros que o switch suporta em
suas portas. É medido em pacotes por segundo (pps)
◦ Latência → é o tempo de demora entre o switch receber
um quadro em uma de suas portas e enviá-lo para a
porta apropriada
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
Outro fator que influencia de forma direta no
desempenho do switch é o seu tamanho de seu
buffer interno
◦ O buffer é uma memória temporária que permite o
switch receber mais tráfego do que ele suporta
◦ Se o buffer estourar, o switch começa a recusar as
conexões. Portanto, quanto maior o buffer, melhor

A diferença entre switches mais caros e mais
baratos está na diferença desses parâmetros
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

Quanto a velocidade, existem switches que
podem operar em todos os padrões Ethernet
Além disso, diferentemente dos hubs, os
switches permitem que máquinas com placas
de rede com diferentes velocidades se
comuniquem entre si
◦ Isso é possível devido ao buffer interno, que
armazena quadros de dados vindos de uma porta
de velocidade mais alta para uma porta de
velocidade mais baixa
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

Quanto a segurança, como os switches replicam
os quadros somente para porta de destino, isso
dificulta a captura de quadros por hackers
Quanto ao tipo de cabeamento:
◦ A ligação direta entre switches pode ser feita usando um
cabo cross-over
◦ Cabos pino a pino podem ser usados em switches com
detecção automática do cabo → recurso Auto Cross-over
ou Auto MDI/MDI-X
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
Conexões mais comuns
◦ Hubs conectados aos switches
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
Conexões mais comuns (continuação)
◦ Switches conectados aos switches
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
Conexões mais comuns (continuação)
◦ Uso de switch da camada 3
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
Roteadores são pontes operando na camada
de rede do modelo OSI (Camada 3)

Isso significa que eles conseguem analisar o
datagrama IP, e portanto:
◦ Têm acesso os dados presentes no datagrama IP,
incluindo os endereços IP de origem e destino
◦ Podem receber, enviar e analisar informações de
controle
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
Uma diferença básica entre roteadores e switches
tradicionais é quanto ao endereço utilizado
◦ Como os roteadores atuam na camada 3, eles usam o
endereços lógico → endereço IP
◦ Como os switches comuns operam na camada 2, eles usam o
endereço físico → endereço MAC

Portanto, os roteadores usam uma estrutura onde o
endereço físico não é importante

Isso permite que a troca do endereço físico de uma
máquina da rede não altere o seu endereço lógico
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40

Porém, roteadores e switches da camada 3
operam de forma similar
◦ Switches da camada 3 possuem somente portas LAN. Já
os roteadores têm portas LAN e também portas WAN
◦ Portas LAN permitem a conexão de redes locais distintas
através do roteador (ou do switch da camada 3)
◦ A porta WAN permite a conexão do roteador com uma
rede pública de longa distância, como a Internet
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41

Roteadores tem duas responsabilidades básicas:
1. Permitir a conexão entre duas redes diferentes
 Pois mantém domínios de broadcast distintos para cada rede
 Isso faz com que os dados, que tenham como destino uma
determinada rede local, nunca saia dessa rede local
2. Determinar um caminho a ser usado para o datagrama
IP chegar ao destino
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42

Funcionamento básico
◦ Os computadores da rede possuem um parâmetro de
configuração chamado gateway default, que indica qual
é o endereço de saída da rede
◦ Fisicamente, o gateway default é o roteador da rede.
Logicamente, o gateway default é o endereço IP do
roteador da rede
1. Quando uma máquina não sabe onde está a máquina
de destino, ele envia o datagrama IP para o seu
gateway default
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43

Funcionamento básico (continuação)
2. O roteador da rede encaminha o datagrama IP para o
seu próprio gateway default, que é outro roteador
3. E esse processo continua até (1) um roteador
determinar que o número IP de destino contido no
datagrama esteja na sua própria rede ou (2) zerar o
TTL (Time To Live) do datagrama
◦ Cada passagem de um datagrama IP por um roteador faz
seu TTL ser diminuído
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44

Funcionamento básico (continuação)
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45

Funcionamento básico (continuação)
◦ Use o comando tracert para visualizar o caminho
usado na comunicação entre dois computadores.
Cada roteador é chamado de salto
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46

Funcionamento básico (continuação)
◦ No caso de grandes redes, pode haver mais de um
caminho entre a origem e o destino
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47

Funcionamento básico (continuação)
◦ Neste caso, um roteador pode ser configurado para
usar um caminho estático, ou seja, usa-se sempre
o mesmo caminho, mesmo existindo outros
caminhos → é chamado de roteamento estático
◦ Ou usar um caminho dinâmico, baseado em
parâmetros como “o caminho mais curto” ou “o
caminho menos congestionado” → é chamado de
roteamento dinâmico
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
Roteamento estático
◦ Todo roteador tem pelo menos duas portas, e cada
porta é configurada com um endereço IP que faça
parte da rede onde aquela porta está conectada
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
Roteamento estático (continuação)
◦ Todo roteador possui internamente uma Tabela de
Roteamento, que é uma tabela contendo as redes
que o roteador conhece, mais o gateway default
◦ O processo de roteamento estático é feito através
da configuração manual da tabela de roteamento de
cada um dos roteadores
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
Roteamento estático (continuação)
◦ P. ex., suponha a seguintes estrutura:
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
Roteamento estático (continuação)
◦ Na rede 1, o gateway default deve ser configurado
para 192.168.0.1, que é o endereço IP da porta LAN
do roteador 1
◦ Na rede 2, o gateway default deve ser configurado
para 172.23.1.1, que é o endereço IP da porta LAN
do roteador 2
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
Roteamento estático (continuação)
◦ Tabela de roteamento para o roteador 2:
DESTINO
GATEWAY
1
0.0.0.0
192.168.0.1
2
127.0.0.1
127.0.0.1
3
172.23.1.0
172.23.1.1
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53

Roteamento estático (continuação)
◦ Entrada 3. Datagrama destinado a rede 172.23.1.0 (rede
2) deve seguir para o endereço 172.23.1.1 (porta LAN do
roteador 2 conectado a rede 2)
◦ Entrada 2. O endereço 127.0.0.1 é um endereço de
loopback, que é usado para apontar o roteador para ele
próprio
◦ Entrada 1. O endereço 0.0.0.0 significa “qualquer rede
que não esteja descrita na tabela de roteamento”. Ou
seja, datagrama destinado a uma rede desconhecida
deve seguir para o endereço 192.168.0.1 (porta LAN do
roteador 1 conectado a rede 1)
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
Roteamento estático (continuação)
◦ Tabela de roteamento para o roteador 1:
DESTINO
GATEWAY
1
0.0.0.0
200.123.123.1
2
127.0.0.1
127.0.0.1
3
192.168.0.0
192.168.0.1
4
172.23.1.0
192.168.0.33
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55

Roteamento estático (continuação)
◦ Entrada 1. Datagrama destinado a uma rede não
conhecida deve seguir para o endereço 200.123.123.1
 O endereço 200.123.123.1 é o endereço de um roteador do
provedor de acesso que na nuvem da Internet
 O roteador 1 enviará um datagrama para este endereço
quando o seu destino não for nem a rede 1 e nem a rede 2
 O endereço 200.123.123.123 não pode ser usado na tabela
de roteamento, caso contrário, os datagramas com destino a
Internet nunca sairiam da rede local
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
Roteamento estático (continuação)
◦ Entrada 2. Refere-se ao endereço de loopback
◦ Entrada 3. Datagrama destinado a rede 192.168.0.0
deve ir para o endereço 192.168.0.1 (porta LAN do
roteador 1 conectado a rede 1)
◦ Entrada 4. Datagrama destinado a rede 172.23.1.0
deve seguir para o endereço 192.168.0.33 (porta
LAN do roteador 2 conectado a rede 1)
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57

Roteamento dinâmico
◦ Em grandes redes como a Internet, manter uma tabela
de roteamento estático pode ser trabalhoso
◦ Portanto, nestes casos, a tabela de roteamento deve ser
dinâmica, permitindo que os próprios roteadores se
auto-configurem quando houver mudanças na estrutura
da rede
◦ Isso é possível através de protocolos de roteamento,
onde os roteadores da rede trocam informações para se
atualizarem
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58

Roteamento dinâmico (continuação)
◦ Classificação dos protocolos de roteamento:
1. Baseados na distância → operam em busca do menor
caminho para atingir uma rede, porém, sem testar se
o caminho está disponível ou não

P.ex., o RIP (usado pelos protocolos IP e IPX), o EIGRP
e o IGRP (usados por roteadores Cisco) e o RTMP
(usado pelo AppleTalk)
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59

Roteamento dinâmico (continuação)
◦ Classificação dos protocolos de roteamento:
2. Baseados no estado do link → operam em busca do
melhor caminho para atingir uma rede. Normalmente
é usado o caminho menos congestionado

P.ex., o OSPF (usado pelo protocolo IP), o NLSP
(usado pelo protocolo IPX), o PNNI e o IS-IS
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60

Roteamento dinâmico (continuação)
◦ Classificação dos protocolos de roteamento:
3. Baseados por vetor de caminho → funciona baseado
na distância se nenhum parâmetro adicional for
especificado. Ou seja, os parâmetros adicionais
podem fazer este protocolo escolher outro caminho
que não necessariamente o mais curto

P.ex., o BGP
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61

Roteamento dinâmico (continuação)
◦ Os protocolos de roteamento ainda podem receber
outra classificação:
 IGP (Internal Gateway Protocols) → são protocolos
usados por roteadores que se comunicam dentro de
um mesmo sistema autônomo. P.ex., RIP, EIGRP, IGRP e
OSPF
 EGP (External Gateway Protocols) → são protocolos
usados para a comunicação entre roteadores de
sistemas autônomos distintos. P.ex., BGP
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62

Roteamento dinâmico (continuação)
◦ Exemplo de funcionamento da Internet:
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63

Quanto aos roteadores em si, eles podem ter
diversas características diferentes, o que
influencia diretamente no seu preço
◦ P. ex., facilidades de configuração, número de
portas WAN, número de portas LAN, velocidade das
portas, serviços suportados (VoIP, VPN etc),
protocolos suportados, redundância (dois em um),
tolerância a falhas, balanceamento de carga,
desempenho e outras
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64

Quanto aos roteadores de banda larga
◦ É o equipamento mais popular para compartilhar uma
conexão banda larga com a Internet em pequenas redes
locais
◦ Ele possui diversos periféricos integrados:






Roteador
Switch
Firewall
Ponto de acesso sem fio
Servidor DHCP
Portas USB para instalação de impressoras e webcam
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65

Quanto aos roteadores de banda larga
◦ É possível expandir o número de portas da rede
conectando um switch a uma das portas LAN do
roteador de banda larga
◦ Todo roteador de banda larga, apesar de já vir
previamente configurado, deve ser modificado para
atender as necessidades da rede, p.ex., habilitar ou
desabilitar a parte sem fio
◦ Por segurança, a senha administrativa deve ser alterada
e a criptografia para a rede sem fio deve ser habilitada
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66

Ponto de acesso sem fio
◦ Permite a montagem e a expansão da rede sem fio
◦ Seu papel é permitir a comunicação na rede local
com ou sem o uso de cabos
◦ O alcance do ponto de acesso depende do ganho da
antena e da potência do circuito transmissor.
Porém, a antena pode ser substituída por outra de
maior ganho, de modo a aumentar o alcance do
equipamento
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67

Firewall
◦ Equipamento que permite ou bloqueia o tráfego de
dados, através de regras que funcionam como um filtro
◦ A manutenção do conjunto de regras de um firewall deve
ser de responsabilidade do administrador da rede
◦ Alguns equipamentos possuem firewall integrado e já
configurado de fábrica, p.ex., roteadores de banda larga
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68

Firewall (continuação)
◦ Funcionamento básico:
 O equipamento possui duas placas de rede, uma conectada a
rede interna e a outra na rede externa
 O equipamento analisa os quadros de dados com destino a
rede interna e permite ou bloqueia a sua passagem
 Ele funciona também no sentido inverso, filtrando quadros
de dados da rede interna em direção a rede externa
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
Firewall (continuação)
◦ O nível de bloqueio promovido pelo firewall varia entre
os equipamentos disponíveis no mercado
◦ Além disso, há produtos com antivírus, anti-spam e
anti-spyware integrados , além de contar com recursos
de bloqueio de conteúdos, p.ex., bloquear a abertura de
sites de conteúdos impróprios
◦ Também existem firewall implementados por software,
como o Firewall do Windows e o IPTables do Linux
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70

Balanceador de carga
◦ Balancear a carga significa dividir o tráfego dados para
vários dispositivos. Isso é útil quando um servidor não é
capaz de suportar a carga de requisições enviada a ele
◦ Um balanceador de carga contém uma porta de entrada
e várias portas de saída, nas quais são instalados os
servidores a serem balanceados
◦ O tráfego é direcionado à porta de entrada do
balanceador, que chaveia o tráfego para cada servidor
conectado a ele, em forma de rodízio
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71

Balanceador de carga (continuação)
◦ P. ex., um balanceador para três servidores
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72

Balanceador de carga (continuação)
◦ Os servidores podem ser configurados para reportar
seus níveis de carga ao balanceador, fazendo com ele
envie mais tráfego para o servidor menos ocupado
◦ É possível também fazer uma configuração manual de
diferentes pesos para cada servidor para compensar
diferentes capacidades de processamento
◦ O balanceamento de carga também pode ser feito via
software
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73

NAS (Network Attached Storage)
◦ É um servidor de arquivos para uso em redes locais
◦ Algumas vantagens do NAS:
 Ter um único ponto central para os arquivos compartilhados
na rede
 Maior nível de segurança através do recurso RAID (aumento
do desempenho + espelhamento ou backup)
 Reconhecimento automático por tocadores de mídia
 Portas USB para conectar impressoras, pendrive, webcam e
HD externos
 Redução no consumo de energia elétrica
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Gabriel Torres. Redes de Computadores – Versão
Revisada e Atualizada. Editora Nova Terra, 2009
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