Claudivan C. Lopes
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Repetidores e hubs
Pontes e switches
Roteadores
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
P.ex., uma rede Ethernet com topologia linear
usando cabo coaxial fino → o comprimento
máximo da rede foi ampliado para 555m
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
Desvantagens no uso de repetidores:
◦
Diminui o desempenho da rede, pois a quantidade
de máquinas na rede aumenta
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
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
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
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
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
Regras de segmentação para Gigabit Ethernet
◦
Redes desse tipo podem ter somente um único
repetidor
Redes 10G Ethernet não suportam o uso de
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
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
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
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
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
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 o problema de segmentação de rede com hubs
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Conexões mais comuns
Conexões mais comuns (continuação)
Conexões mais comuns (continuação)
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
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
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
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
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
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
Funcionamento básico (continuação)
◦
Use o comando
tracert
para visualizar o caminho
usado na comunicação entre dois computadores.
Cada roteador é chamado de salto
Funcionamento básico (continuação)
◦
No caso de grandes redes, pode haver mais de um
caminho entre a origem e o destino
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
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
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
Roteamento estático (continuação)
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
Roteamento estático (continuação)
◦
Tabela de roteamento para o roteador 2:
DESTINO GATEWAY 0.0.0.0 192.168.0.1 127.0.0.1 127.0.0.1 172.23.1.0 172.23.1.1 1 2 3
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)
Roteamento estático (continuação)
◦
Tabela de roteamento para o roteador 1:
DESTINO GATEWAY 0.0.0.0 200.123.123.1 127.0.0.1 127.0.0.1 192.168.0.0 192.168.0.1 172.23.1.0 192.168.0.33 1 2 3 4
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
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)
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
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)
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
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
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
Roteamento dinâmico (continuação)
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
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
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
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
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
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
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
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
Balanceador de carga (continuação)
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
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
Gabriel Torres. Redes de Computadores – Versão Revisada e Atualizada. Editora Nova Terra, 2009
