Capítulo I: EQUIPAMENTO DE REDE1. IntroduçãoSe você já leu outros artigos sobre redes ou Internet, já conhece o funcioname...
•   Placa de interface de rede - cada computador (e a maioria dos outros       dispositivos) se conecta à rede através de ...
receber informações através de um token (ficha). O token, junto com quaisquer    informações, é enviado do primeiro para o...
Topologia de rede em estrela•   Barramento em estrela - provavelmente a topologia de rede mais utilizada hoje.    A rede d...
Topologia de rede em estrela1.1 Cabos de RedeDos diversos cabos de rede podemos destacar o UTP( muito usado em LAN’s, temv...
1.3 Placas de RedeUma placa de rede (também chamada adaptador de rede ou NIC) é um dispositivo dehardware responsável pela...
conexão da rede, geralmente um computador) de uma rede se comuniquem diretamenteuns com os outros de maneira simples e efi...
pacotes são perdidos. Quando isto acontece, os 2 nós esperam por um tempo       aleatório e depois retransmitem os pacotes...
1.4.4 Redes totalmente comutadasEm uma rede totalmente comutada, os switches substituem todos os hubs numa redeethernet po...
Uma rede mista com 2 switches e 3 hubsGeralmente, uma combinação de switches e hubs é utilizada para criar uma rede eficie...
O modelo de referência OSI consiste em 7 camadas que vão              do cabo (camada física) até o software (camada da ap...
comparado com a lista de endereços mantida pelo switch. Em uma LAN Ethernet, umframe Ethernet contém um pacote normal que ...
Pontes transparentes: o processoO switch é adicionado à rede e vários segmentos são ligados às portas do switch.   • Um co...
•   O nó C envia informação para que o switch localize o nó A. O switch consulta o       endereço MAC do nó C e o adiciona...
1.4.9 RedundânciaQuando falamos anteriormente sobre as redes de barramento e as redes em anel, umaquestão levantada foi a ...
Neste caso, mesmo que um dos switches falhe, a rede continuará funcionando. Isto geraredundância, o que efetivamente elimi...
Roteadores e comutação da camada 3Enquanto a maioria dos switches opera na camada de enlace de dados (camada 2) doModelo d...
O reconhecimento de padrões (pattern matching) e a memória cache em switches decamada 3 funcionam de maneira semelhante a ...
Quando um roteador recebe um pacote, ele observa os endereços da fonte e do destino dacamada 3 para determinar o caminho q...
Switches Camada 3Uma visão geral sobre Switches Camada 3Nas arquiteturas de rede em geral, encontram-sehubs, switches e ro...
Os switches que utilizam essa tecnologia possuem uma taxa de transferência de dadosmais alta que dos roteadores tradiciona...
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Capitulo i equipamento de rede como funcionam os switches lan

1,574

Published on

1 Comment
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
1,574
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
70
Comments
1
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Capitulo i equipamento de rede como funcionam os switches lan

  1. 1. Capítulo I: EQUIPAMENTO DE REDE1. IntroduçãoSe você já leu outros artigos sobre redes ou Internet, já conhece o funcionamento básicode uma rede, que depende de: • nós (computadores) • um meio de conexão (com ou sem fios) • equipamento de rede especializado, como roteadores ou hubs.Na Internet, todas estas peças trabalham conjuntamente para permitir que o seucomputador envie informações para outros computadores que podem estar do outro ladodo mundo!Básico sobre as redesAbaixo veremos os componentes básicos de uma rede. • Rede - grupo de computadores conectados que trocam informações entre si. • Nó - qualquer coisa que está conectada à rede. Geralmente, um nó é um computador, mas também pode ser uma impressora ou uma torre de CD-ROM. • Segmento - qualquer porção da rede separada por um switch, ponte ou roteador. • Backbone - cabeamento principal de uma rede, sendo que todos os segmentos se conectam a ele. Geralmente, o backbone é capaz de carregar mais informações do que os segmentos individuais. Por exemplo, cada segmento pode ter uma taxa de transferência de 10 Mbps (megabits por segundo), enquanto o backbone opera a 100 Mbps. • Topologia - maneira como cada nó se conecta fisicamente à rede (mais informações na próxima seção). • Rede local (LAN) - rede de computadores que geralmente estão em um mesmo local, que pode ser um prédio ou um campus de universidade. Se os computadores estiverem muito distante um do outro (em bairros ou cidades diferentes), uma rede de longa distância (WAN) é utilizada.
  2. 2. • Placa de interface de rede - cada computador (e a maioria dos outros dispositivos) se conecta à rede através de uma placa de rede. A maioria dos computadores de mesa utiliza uma placa Ethernet (normalmente de 10 ou 100 Mbps) conectada a um slot da placa-mãe do computador. • Endereço MAC (Media Access Control) - este é o endereço físico de qualquer dispositivo (como uma placa de rede em um computador) na rede. O endereço MAC, formado por 2 partes iguais, tem 6 bytes de comprimento. Os primeiros 3 bytes identificam a empresa que fabricou a placa de rede. Os 3 bytes seguintes representam o número de série da placa de rede. • Unicast - transmissão de um nó endereçado, especificamente, para outro nó. • Multicast - em multicast, um nó envia um pacote endereçado a um grupo especial de endereços. Os dispositivos interessados neste grupo podem se registrar para receber os pacotes endereçados ao grupo. Um exemplo pode ser um roteador Cisco (em inglês) que envia uma atualização para todos os outros roteadores Cisco. • Broadcast - em uma transmissão broadcast, um nó envia um pacote endereçado a todos os outros nós da rede.Topologias de redeVeja abaixo algumas das topologias mais utilizadas. • Barramento - cada nó é ligado em "série" (um nó é conectado atrás do outro) em um mesmo backbone, de forma semelhante às luzinhas de natal. As informações enviadas por um nó trafegam pelo backbone até chegar ao nó de destino. Cada extremidade de uma rede de barramento deve ser terminada por um resistor para evitar que o sinal enviado por um nó através da rede volte quando chegar ao fim do cabo. Topologia da rede de barramento • Anel - como uma rede de barramento, os anéis também têm nós ligados em série. A diferença é que a extremidade da rede volta para o primeiro nó e cria um circuito completo. Em uma rede em anel, cada nó tem sus vez para enviar e
  3. 3. receber informações através de um token (ficha). O token, junto com quaisquer informações, é enviado do primeiro para o segundo nó, que extrai as informações endereçadas a ele e adiciona quaisquer informações que deseja enviar. Depois, o segundo nó passa o token e as informações para o terceiro nó e assim por diante, até chegar novamente ao primeiro nó. Somente o nó com o token pode enviar informações. Todos os outros nós devem esperar o token chegar. Topologia de rede em anel• Estrela - em uma rede em estrela, cada nó se conecta a um dispositivo central chamado hub. O hub obtém um sinal que vem de qualquer nó e o passa adiante para todos os outros nós da rede. Um hub não faz nenhum tipo de roteamento ou filtragem de dados. Ele simplesmente une os diferentes nós.
  4. 4. Topologia de rede em estrela• Barramento em estrela - provavelmente a topologia de rede mais utilizada hoje. A rede de barramento em estrela combina elementos da topologia em barramento e da topologia em estrela para criar um ambiente de rede versátil. Os nós em determinadas áreas se conectam aos hubs (criando estrelas) e os hubs se conectam uns aos outros ao longo do backbone da rede (como uma rede de barramento). É comum observar redes em estrela dentro de outras redes em estrela, como no exemplo abaixo:
  5. 5. Topologia de rede em estrela1.1 Cabos de RedeDos diversos cabos de rede podemos destacar o UTP( muito usado em LAN’s, temvárias categorias) e a fibra óptica.O cabo de rede é composto de 8 pares de fios de cobre separados por cores e éresponsável por fazer a comunicação entre os computadores e os equipamentos da rede.Pode ser usado em distâncias de até 100 metros - apesar de que eu não recomendo o usode cabos com comprimento maior do que 90 metros. Esta distância existe por que o pulsoelétrico que transporta as informações dentro do cabo sofre atenuação (perda) de sinalapós os 100 metros e isso afeta a capacidade de comunicação da rede. Para poder usar ocabo de rede em distâncias superiores a 90/100 metros empregam-se repetidores de sinal,que funcionam com ampliadores do sinal. Como pode ser visto na figura abaixo (1):1.2 Fibra ÓpticaInvestigar sobre este item. Tipos de cabo, velocidade, modos, propagação do sinal.
  6. 6. 1.3 Placas de RedeUma placa de rede (também chamada adaptador de rede ou NIC) é um dispositivo dehardware responsável pela comunicação entre os computadores em uma rede, hoje em diatambém já há placas de rede wireless. A placa de rede é o hardware que permite aosmicros conversarem entre si através da rede. Sua função é controlar todo o envio erecepção de dados através da rede. Cada arquitectura de rede exige um tipo específico deplaca de rede; Não se deve usar uma placa de rede Token Ring em uma rede Ethernet,pois ela simplesmente não conseguirá comunicar-se com as demais. Além da arquiteturausada, as placas de rede à venda no mercado diferenciam-se também pela taxa detransmissão, cabos de rede suportados e barramento utilizado (On-Board, PCI, ISA ouExterna via USB). As placas de rede para Notebooks podem ser on-board ou por umaplaca PCMCIA. Quanto à taxa de transmissão, temos placas Ethernet de 10 Mbps / 100Mbps / 1000 Mbps e placas Token Ring de 4 Mbps e 16 Mbps. Devemos utilizar cabosadequados à velocidade da placa de rede. Usando placas Ethernet de 10 Mbps porexemplo, devemos utilizar cabos de par trançado de categoria 3 ou 5, ou então caboscoaxiais. Usando placas de 100 Mbps o requisito mínimo a nível de cabeamento sãocabos de par trançado blindados nível 5. No caso de redes Token Ring, os requisitos sãocabos de par trançado categoria 2 (recomendável o uso de cabos categoria 3) para placasde rede de 4 Mbps, e cabos de par trançado blindado categoria 4 para placas de 16 mbps.Devido às exigência de uma topologia em estrela das redes Token Ring, nenhuma placade rede Token Ring suporta o uso de cabos coaxiais. Cabos diferentes exigem encaixesdiferentes na placa de rede. O mais comum em placas Ethernet, é a existência de doisencaixes, uma para cabos de par trançado e outro para cabos coaxiais. Muitas placas maisantigas, também trazem encaixes para cabos coaxiais do tipo grosso (10Base5), conectorcom um encaixe bastante parecido com o conector para joysticks da placa de som.Etambém existem vários tipos Placas que trazem encaixes para mais de um tipo de cabosão chamadas placas combo. A existência de 2 ou 3 conectores serve apenas paraassegurar a compatibilidade da placa com vários cabos de rede diferentes. Naturalmente,você só poderá utilizar um conector de cada vez.1.4 Concentradores de Redes(Hub e Switches)1.4.1 Funcionamento dos switches LAN (rede de comunicação local)Os switches, também conhecidos como comutadores, são peças fundamentais de muitasredes porque agilizam as coisas. Os switches permitem que diferentes nós (um ponto de
  7. 7. conexão da rede, geralmente um computador) de uma rede se comuniquem diretamenteuns com os outros de maneira simples e eficaz. Imagem cedida Cisco Systems, Inc. Ilustração de um switch Cisco CatalystExistem vários tipos diferentes de switches e redes. Os switches que fornecem umaconexão independente para cada nó em uma rede interna de uma empresa são chamadosswitches LAN. Um switch LAN cria uma série de redes instantâneas que contêm apenas2 dispositivos se comunicando em um determinado momento. Neste artigo, vamos falarsobre as redes Ethernet que usam estes switches LAN. Vamos aprender o que é umswitch LAN e como funcionam o aprendizado automático, as VLANs (redes locaisvirtuais), o trunking e spanning tree.1.4.2 O problema: tráfegoNo tipo mais básico de rede encontrada hoje, os nós são conectados simplesmente atravésde hubs. À medida que a rede cresce, surgem alguns problemas com esta configuração. • Escalabilidade - em uma rede em hub, a largura de banda compartilhada limitada dificulta seu crescimento significativo sem sacrificar o desempenho. Os aplicativos modernos também precisam de mais banda do que nunca. Neste caso, a rede inteira precisa ser redesenhada, periodicamente, para acomodar o crescimento. • Latência - é a quantidade de tempo que um pacote leva para chegar ao destino. Já que cada nó de uma rede baseada em hub precisa esperar uma oportunidade para transmitir e evitar colisões, a latência aumenta significativamente quando você adiciona mais nós. Se alguém estiver enviando um arquivo grande pela rede, todos os outros nós terão de esperar uma oportunidade para enviar seus próprios pacotes. Você já deve ter vivenciado isso no trabalho. Você tenta aceder um servidor ou a Internet e, de repente, tudo fica muito lento. • Falha de rede - em uma rede típica, um dispositivo conectado a um hub pode causar problemas em outros dispositivos conectados a este mesmo hub devido a configurações incorretas de velocidade (por exemplo, 100 Mbps em um hub de 10 Mbps) ou excesso de transmissões broadcast. Os switches podem ser configurados para limitar os níveis de broadcast. • Colisões - a Ethernet utiliza um processo chamado CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection - Múltiplo Acesso com Verificação de Presença de Portadora e Detecção de Colisão) para se comunicar através da rede. Sob o CSMA/CD, um nó só envia um pacote de dados quando não existe tráfego na rede. Se 2 nós enviarem pacotes ao mesmo tempo, uma colisão ocorre e os
  8. 8. pacotes são perdidos. Quando isto acontece, os 2 nós esperam por um tempo aleatório e depois retransmitem os pacotes. Um domínio de colisão é uma parte da rede onde os pacotes de 2 ou mais nós podem colidir. Uma rede com mais nós em um mesmo segmento sempre vai ter uma grande quantidade de colisões e, portanto, um domínio de colisão maior.Os hubs são uma maneira fácil de encurtar as distâncias percorridas pelos pacotes de umnó para o outro. Mas, não quebram a rede em segmentos menores. Esta é a função dosswitches. Na próxima seção, você vai descobrir como os switches direcionam o tráfegoda rede.1.4.3 A solução: adicionando switchesPense em um hub como um cruzamento em que todos têm de parar. Se mais de um carrochegar ao cruzamento ao mesmo tempo, ele vai ter de esperar a sua vez para poder seguiradiante. Imagine que cada veículo é um pacote de dados que espera uma oportunidade para continuar sua viagemImagine agora como deveria ser uma dezena ou até centenas de estradas cruzando em umúnico ponto. O tempo de espera e as possibilidades de colisão aumentariamsignificativamente. Mas não seria fantástico se você pudesse escolher uma rampa desaída de cada uma dessas estradas para o caminho que você deseja seguir? É exatamenteisso que um switch faz para o tráfego da rede. Um switch funciona como um trevo. Cadacarro pode pegar uma rampa de saída para chegar ao seu destino sem ter de esperar pelotrânsito.A principal diferença entre um hub e um switch é que todos os nós conectados a um hubdividem a banda, enquanto um dispositivo conectado a um switch tem toda adisponibilidade da banda para si. Por exemplo, se 10 nós estão se comunicando através deum hub numa rede de 10 Mbps, cada nó pode usar somente uma porção desse 10 Mbps seos outros nós estiverem se comunicando também. Mas se fosse utilizado um switch, cadanó poderia se comunicar utilizando a velocidade máxima de 10 Mbps. Compare com aanalogia da estrada. Se todo o tráfego vai para o mesmo cruzamento, então cada carro vaiter de dividir aquele mesmo cruzamento com todos os outros carros. Mas um trevopermite que todo o tráfego escoe facilmente de uma estrada para a outra.
  9. 9. 1.4.4 Redes totalmente comutadasEm uma rede totalmente comutada, os switches substituem todos os hubs numa redeethernet por um segmento dedicado para cada nó. Estes segmentos se conectam a umswitch que suporta múltiplos segmentos dedicados (às vezes, centenas destes segmentos).Como os únicos dispositivos em cada segmento são o switch e o nó, o switch interceptatodas as transmissões antes que elas cheguem ao próximo nó. O switch então encaminhao frame para o segmento apropriado. Como cada segmento contém um único nó, o framesó chega ao destinatário desejado. Este procedimento permite múltiplas conversaçõesnuma rede comutada. Imagem cedida Cisco Networks Um exemplo de rede que utiliza um switchAo utilizar switches, uma rede ethernet se torna full-duplex. Antes do switch, a ethernetera half-duplex. Isso significa que os dados só podiam ser transmitidos em uma direçãode cada vez. Numa rede totalmente comutada, os nós só se comunicam com o switch enão directamente com outros nós. As informações podem viajar de um nó para um switche de um switch para um nó simultaneamente.As redes comutadas utilizam cabeamento de par trançado ou de fibra óptica. Ambosutilizam condutores independentes para enviar e receber dados. Neste tipo de ambiente,os nós ethernet podem esquecer o processo de detecção de colisão e transmitir à vontade,já que são os únicos dispositivos que podem acessar o meio. Em outras palavras, o fluxode tráfego tem uma pista para cada direcção. Isto permite que os nós transmitam para oswitch enquanto o switch transmite para eles. É um ambiente livre de colisões. Atransmissão em ambas as direcções pode dobrar a velocidade aparente da rede quando 2nós estão trocando informações. Se a velocidade da rede for de 10 Mbps, então cada nópode transmitir, simultaneamente, a 10 Mbps.1.4.5 Redes mistasA maioria das redes não é 100% comutada devido aos custos de substituição dos hubspelos switches.
  10. 10. Uma rede mista com 2 switches e 3 hubsGeralmente, uma combinação de switches e hubs é utilizada para criar uma rede eficientee barata. Por exemplo, uma empresa pode ter hubs conectando os computadores em cadadepartamento e um switch conectando os hubs de cada departamento.1.4.6 Roteadores e switchesComo você pode ver, um switch pode mudar radicalmente a maneira como os nós secomunicam uns com os outros. Mas qual a diferença do switch para o roteador? Osswitches geralmente utilizam a Camada 2 (camada de enlace de dados) do modelo dereferência OSI, utilizando endereços MAC, enquanto os roteadores trabalham na Camada3 (Rede) com endereços da camada 3 - IP, IPX ou Appletalk, dependendo do protocoloda camada 3 (em inglês) utilizado. O algoritmo que os switches usam para decidir comoencaminhar os pacotes é diferente dos algoritmos utilizados pelos roteadores.Uma das diferenças destes algoritmos é a maneira como os endereços broadcast sãotratados. Um pacote broadcast é vital para a operacionalidade de qualquer rede. Quandoum dispositivo precisa enviar informações, mas não sabe para quem deve enviá-las, eleenvia um broadcast. Por exemplo, toda vez que um novo computador ou outro dispositivochega à rede, ele envia um pacote broadcast para anunciar sua presença. Os outros nós(como o servidor de nomes de domínio) podem adicionar o computador à sua lista deendereços e se comunicar diretamente com esse computador a partir deste momento. Osbroadcasts são utilizados sempre que um dispositivo precisa fazer um comunicado para oresto da rede ou quando não tem certeza do destinatário das informações.
  11. 11. O modelo de referência OSI consiste em 7 camadas que vão do cabo (camada física) até o software (camada da aplicação)Um hub ou switch, ao contrário de um roteador, deixa passar qualquer pacote broadcastque recebe para todos os outros segmentos do domínio broadcast. Pense novamente noexemplo do cruzamento. Todo o tráfego passa pelo cruzamento, não importa o destino.Agora imagine que este cruzamento está situado em uma fronteira. Para passar pelocruzamento, você deve informar ao fiscal o endereço específico para onde está indo. Sevocê não souber o endereço específico, o fiscal não vai deixar você passar. Um roteadorfunciona desta maneira. Sem um endereço específico de outro dispositivo, ele nãopermite que o pacote de dados passe. Isso é bom para separar redes, mas não tão práticoquando você quer que partes diferentes da mesma rede conversem. É aí que entram osswitches.1.4.7 Comutação de pacotesOs switches LAN funcionam através da comutação de pacotes. O switch estabelece umaconexão entre dois segmentos por um tempo suficiente para enviar o pacote atual. Ospacotes recebidos (que são parte de um frame ethernet) são armazenados em umamemória temporária (buffer). O endereço MAC contido no cabeçalho do frame é lido e
  12. 12. comparado com a lista de endereços mantida pelo switch. Em uma LAN Ethernet, umframe Ethernet contém um pacote normal que são os dados do frame e um cabeçalhoespecial que contém a informação do endereço MAC do remetente e do destinatário dopacote.Switches de comutação de pacotes utilizam 1 dos 3 métodos a seguir para rotear otráfego: • corte de caminho (cut-through) • armazena e passa adiante (store-and-foward) • livre de fragmentos (fragment-free)Os switches cut-through lêem o endereço MAC assim que o pacote é detectado peloswitch. Após armazenar os 6 bytes que contêm as informações sobre o endereço, elesimediatamente começam a mandar o pacote para o nó de destino, mesmo se o restante dopacote ainda estiver chegando ao switch.Um switch que utiliza o método store-and-forward salva o pacote completo em umbuffer e verifica se existem erros CRC ou outros problemas antes de transmiti-lo. Se opacote contiver um erro, ele é descartado. Se não existir erro, o switch verifica o endereçoMAC e envia o pacote para o nó de destino. Muitos switches combinam os dois métodos.O método cut-through é utilizado até alcançar um certo nível de erro e depois o switchmuda para store-and-forward. Poucos switches utilizam somente cut-through, já que estemétodo não corrige erros.Um método menos comum é o fragment-free. Ele funciona como um cut-through, masarmazena os primeiros 64 bytes do pacote antes de enviá-lo. O motivo é que a maioriados erros e todas as colisões acontecem nos 64 bytes iniciais de um pacote.1.4.8 Pontes transparentesAprendizagem automáticaA maioria dos switches LAN Ethernet utiliza um sistema muito interessante, chamadoaprendizagem automática para criar as suas listas de endereços. Essa é uma tecnologiaque permite que o switch aprenda tudo sobre a localização dos nós de uma rede sem queo administrador da rede tenha de fazer qualquer coisa. A aprendizagem automática estádividida em cinco partes: • aprendizado • flooding • filtragem • encaminhamento • envelhecimento
  13. 13. Pontes transparentes: o processoO switch é adicionado à rede e vários segmentos são ligados às portas do switch. • Um computador (nó A) no primeiro segmento (segmento A) envia dados para um computador (nó B) em outro segmento (segmento C). • O switch pega o primeiro pacote de dados do nó A, seu endereço MAC e o salva na lista de endereços do segmento A. O switch agora sabe onde achar o nó A toda vez que um pacote de dados for endereçado para ele. Este processo é chamado de aprendizado (learning). • Já que o switch não sabe onde está o nó B, ele envia o pacote para todos os segmentos, com exceção do segmento A. O processo de enviar um pacote para todos os segmentos para encontrar um nó específico é conhecido como flooding. • O nó B pega o pacote e envia-o novamente para o nó A para avisá-lo que o pacote foi recebido. • O pacote do nó B chega ao switch. Agora o switch pode adicionar o endereço MAC do nó B à lista de endereços do segmento C. Como o switch já sabe o endereço do nó A, ele envia o pacote diretamente para ele. O nó A está num segmento diferente do nó B, por isso o switch deve conectar os dois segmentos para enviar o pacote. Isto é conhecido como encaminhamento (forwarding). • Um novo pacote do nó A para o nó B chega ao switch. O switch agora sabe onde está o nó B, então direciona o pacote diretamente para o nó B.
  14. 14. • O nó C envia informação para que o switch localize o nó A. O switch consulta o endereço MAC do nó C e o adiciona à lista de endereços do segmento A. O switch já sabe o endereço do nó A e entende que os 2 nós estão no mesmo segmento. Então, ele não precisa conectar o segmento A a outro segmento para que os dados viajem do nó C para o nó A. Portanto, o switch vai ignorar os pacotes que viajam entres nós de um mesmo segmento. Isto é a filtragem (filtering). • Os processos de aprendizado e flooding continuam até que todos os nós estejam armazenados nas listas de endereços. A maioria dos switches tem muita memória disponível para administrar estas listas de endereços. Entretanto, para otimizar o uso da memória, eles removem informações antigas para que o switch não perca tempo com endereços obsoletos. Para fazer isso, eles utilizam uma técnica chamada envelhecimento. Quando uma nova informação é adicionada à lista de endereços, o switch atribui uma data e hora ao endereço. Toda vez que um pacote é enviado para um nó, a data e a hora são atualizadas. O switch tem um timer configurável que apaga o endereço depois de um certo tempo de inatividade daquele nó, que libera a memória para a inclusão de outros endereços. Como você pode ver, uma ponte transparente é uma maneira fácil e prática de adicionar e gerenciar todas as informações que um switch precisa para realizar o seu trabalho.No nosso exemplo, 2 nós estavam no segmento A, enquanto o switch criava segmentosindependentes para os nós B e D. Em uma rede comutada ideal, cada nó deve ter o seupróprio segmento. Isto eliminaria a possibilidade de colisões e também a necessidade dafiltragem.
  15. 15. 1.4.9 RedundânciaQuando falamos anteriormente sobre as redes de barramento e as redes em anel, umaquestão levantada foi a possibilidade de um ponto único de falha. Numa rede em estrela,o ponto de erro mais comum é o switch ou hub. Veja este exemplo:Neste exemplo, se o switch A ou C falhar, os nós conectados a este switch são afetados,mas os nós nos outros dois switches ainda podem se comunicar. Entretanto, se o switch Bfalha, toda a rede cai. Mas e se adicionarmos outro segmento à rede que conecte osswitches A e C?
  16. 16. Neste caso, mesmo que um dos switches falhe, a rede continuará funcionando. Isto geraredundância, o que efetivamente elimina o ponto único de falha.Mas agora temos um novo problema.1.4.10 Congestionamento broadcastNa última seção, você descobriu como os switches aprendem a localizar os nós. Comtodos os switches conectados em loop, um pacote vindo de um nó poderia passar por umswitch através de 2 segmentos diferentes. Por exemplo, imagine que o nó B estáconectado ao switch A e precisa se comunicar com o nó A no segmento B. O switch Anão sabe onde o nó A está, então ele faz uma transmissão broadcast do pacote.O pacote viaja pelo segmento A ou C para outros dois switches (B e C). O switch B vaiadicionar o nó B à lista de endereços do segmento A, enquanto o switch C vai adicioná-loà lista de endereços do segmento C. Se nenhum switch aprendeu o endereço do nó A, elesvão fazer uma varredura no segmento B procurando pelo nó A. Cada switch vai pegar opacote enviado pelo outro switch e enviá-lo de volta imediatamente, já que eles nãosabem onde está o nó A. O switch A vai receber o pacote de cada segmento e enviá-lo devolta para outro segmento. Isto gera um congestionamento broadcast. Os pacotesbroadcast são recebidos e retransmitidos por cada switch, o que causa umcongestionamento severo na rede.Isto nos leva às spanning trees(veja o capítulo das redes locais virtuais).
  17. 17. Roteadores e comutação da camada 3Enquanto a maioria dos switches opera na camada de enlace de dados (camada 2) doModelo de referência OSI, alguns incorporam funções de um roteador e também operamna camada de rede (camada 3). Na verdade, um switch de camada 3 é muito parecidocom um roteador. Os switches da camada 3 operam na camada de redeQuando um roteador recebe um pacote, ele observa os endereços da fonte e do destino dacamada 3 para determinar o caminho que o pacote deve tomar. Um switch padrão utilizaos endereços MAC para determinar a fonte e o destino do pacote. Este procedimento éfeito na camada 2 (enlace de dados) da rede.A principal diferença entre um roteador e um switch de camada 3 é que os switches têmhardware otimizado para transmitir dados tão rapidamente quanto os switches de camada2. Entretanto, eles ainda decidem como transmitir o tráfego na camada 3, exatamentecomo um roteador faria. Dentro de um ambiente LAN, um switch de camada 3 égeralmente mais rápido do que um roteador porque é construído para ser um hardware decomutação. Muitos switches de camada 3 da Cisco são, na verdade, roteadores queoperam mais rapidamente porque são construídos com pastilhas personalizadas decomutação.
  18. 18. O reconhecimento de padrões (pattern matching) e a memória cache em switches decamada 3 funcionam de maneira semelhante a um roteador. Ambos utilizam umprotocolo e uma tabela de roteamento para determinar o melhor caminho. Entretanto, umswitch de camada 3 tem a capacidade de reprogramar dinamicamente um hardware comas informações atuais de roteamento da camada 3. Por isso o processamento dos pacotesé mais rápido.Nos switches de camada 3 atuais, as informações recebidas pelos protocolos deroteamento são utilizadas para atualizar a memória cache das tabelas do hardware.1.5 . Roteadores e comutação da camada 3Enquanto a maioria dos switches opera na camada de enlace de dados (camada 2) doModelo de referência OSI, alguns incorporam funções de um roteador e também operamna camada de rede (camada 3). Na verdade, um switch de camada 3 é muito parecidocom um roteador. Os switches da camada 3 operam na camada de rede
  19. 19. Quando um roteador recebe um pacote, ele observa os endereços da fonte e do destino dacamada 3 para determinar o caminho que o pacote deve tomar. Um switch padrão utilizaos endereços MAC para determinar a fonte e o destino do pacote. Este procedimento éfeito na camada 2 (enlace de dados) da rede.A principal diferença entre um roteador e um switch de camada 3 é que os switches têmhardware otimizado para transmitir dados tão rapidamente quanto os switches de camada2. Entretanto, eles ainda decidem como transmitir o tráfego na camada 3, exatamentecomo um roteador faria. Dentro de um ambiente LAN, um switch de camada 3 égeralmente mais rápido do que um roteador porque é construído para ser um hardware decomutação. Muitos switches de camada 3 da Cisco são, na verdade, roteadores queoperam mais rapidamente porque são construídos com pastilhas personalizadas decomutação.O reconhecimento de padrões (pattern matching) e a memória cache em switches decamada 3 funcionam de maneira semelhante a um roteador. Ambos utilizam umprotocolo e uma tabela de roteamento para determinar o melhor caminho. Entretanto, umswitch de camada 3 tem a capacidade de reprogramar dinamicamente um hardware comas informações atuais de roteamento da camada 3. Por isso o processamento dos pacotesé mais rápido.Nos switches de camada 3 atuais, as informações recebidas pelos protocolos deroteamento são utilizadas para atualizar a memória cache das tabelas do hardware.
  20. 20. Switches Camada 3Uma visão geral sobre Switches Camada 3Nas arquiteturas de rede em geral, encontram-sehubs, switches e roteadores, onde os hubs e switchesatuam como pontos centrais de cabeamento nossegmentos de LAN, enquanto o roteador cuida dasfunções de nível mais alto, como a tradução deprotocolos de rede, o tráfego de dados entresegmentos de LAN e o acesso à WAN.Em arquiteturas de redes simples o roteador acaba se tornando o Backbone da rede,provendo conexões a LANs , a servidores locais, a WAN e à Internet, exercendomúltiplas funções.O tráfego de dados provenientes da WAN e da Internet tem aumentado a cada dia,exigindo cada vez mais do roteador e sobrecarregando-o, como conseqüência, cria-senesse ponto um inevitável gargalo.Para agravar ainda mais a situação, as empresas estão migrando para redes Fast Ethernete os roteadores conseguem operar com pouco mais de meia dúzia de interfaces FastEthernet.A medida que mais estações migram para Fast Ethernet, o Backbone precisa migrar paraGigabit Ethernet para poder oferecer uma largura de banda adequada. Considerando quecada interface Gigabit Ethernet requer taxas de transmissão em torno de 1,5 milhões depacotes por segundo para operar sobre cabeamento de alta velocidade de formasatisfatória, e que os tradicionais roteadores baseados em software não ultrapassam 1milhão de pacotes por segundo, conclui-se facilmente que o roteador será o maior pontode afunilamento na transmissão de dados.Atualizar os roteadores existentes para adequa-los ao aumento de tráfego da rede éoneroso, e em muitos casos pode-se não alcançar o desempenho desejado. Isto leva a umabusca por novas soluções.A tecnologia ASICO desenvolvimento da tecnologia ASICs (Application Specific Integrated Circuits)resultou em uma geração de switches, os camada 3, que processam roteamento IP emhardware especializado, utilizando uma estrutura de memória compartilhada ou decomutação de barramento cruzado.Exemplos de produtos de roteamento de alta velocidade são: Bay Networks Accelar,Cabletron SmartSwitch™ Router, Cisco Systems Catalyst 8500, Extreme NetworksSummit, Foundry Networks Net/Turbo/BigIron Routers, Packet Engines PE-4884,Torrent Networking IP9000.
  21. 21. Os switches que utilizam essa tecnologia possuem uma taxa de transferência de dadosmais alta que dos roteadores tradicionais, já que não oferecem todas as funcionalidadesoferecidas pelos roteadores. Enquanto os roteadores podem operar como backbone deredes e dispositivos de acesso a WAN e à Internet, os novos switches, apesar deprocessarem o roteamento IP, só possuem interfaces LAN, não realizando conexões coma WAN ou com a Internet.O novo switch camada 3, também chamado acelerador de roteador, é o resultado dacombinação do switch camada 2 (que opera com MACadress) com o roteamento IP dacamada 3, ele controla o tráfego local que iria direto para o roteador. Utilizando atecnologia das bridges de guardar endereços e aprendendo a localização do endereço IPnas várias portas, esse switch monta dinamicamente sua própria tabela de roteamento,utilizando essas informações para selecionar os dados que serão enviados ao roteador.Os dados que realmente precisam ser manipulados pelo roteador é que são enviados, masna maioria dos casos os dados podem ser simplesmente enviados a sub-rede apropriada,tarefa que passa a ser executada pelo switch. A diferença entre os switches camada 3 e oscamada 2 é que o primeiro pode direcionar o tráfego de dados de forma inteligente,enquanto o segundo passa adiante todos os dados sem examiná-los.Combinando um roteador tradicional baseado em software com um switch camada 3,pode-se reduzir consideravelmente a carga de trabalho sobre o roteador e aumentar a taxade transferência entre sub-redes para milhões de pacotes por segundo. Com essesswitches as empresas podem manter o tráfego LAN a LAN fluindo, com um custo menordo que repor os roteadores existentes.Vale lembrar, que o tráfego de dados que requer transporte através da WAN ou que nãoseja baseado em IP (IPX™, AppleTalk®, DECnet™) precisa passar pelo roteador, umavez que, o Switch camada 3 manipula apenas transmissões IP, não suportandomultiprotocolos e nem interface WAN.Características Switch de Camada 3 Roteador TradicionalRoteamento IP, IPX, AppleTalk Sim SimDefinição de sub-rede Por porta ou Grupo de portas Por PortaImplementação do repasse Hardware (ASIC) Software / MicroprocessadoresSuporte RMON Sim NãoCusto + Baixo + AltoSuporte WAN Não SimDesempenho Relativamente + alto Relativamente + baixoEscalabilidade + Escalável - Escalável

×