Redes de Computadoreshalestino/rc/Equipamentos.pdf · Repetidores/Hubs –Vantagens e Desvantagens • Vantagens : – interligar diferentes tipos de meios físico, tais como cabos

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Redes de Computadores

Equipamentos de

interligação de redes

Escola Superior de Tecnologia e Gestão

Instituto Politécnico de Bragança

Março de 2006

Equipamentos

• Equipamentos passivos: cabos, conectores, distribuidores, …

• Equipamentos informáticos: PC’s e servidores

• Equipamentos activos: repetidores, hubs, pontes switches, routers. Permitem:– A ligação de sistemas terminais à rede

– A interligação de vários troços ou segmentos dentro de uma rede

– A interligação de redes distintas

Equipamentos Redes de Computadores 2

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Placa de rede – NIC (Network Interface Card)

• Todos os computadores de uma rede necessitam de placa de rede– para se poderem ligar à rede

• Cada placa possui um endereço MAC único– Os endereços Ethernet (MAC) são de 48 bits (6 bytes), e são convencionalmente apresentados em hexadecimal:

– De 00:00:00:00:00:00 a FF:FF:FF:FF:FF:FF

– Os 3 bytes mais significativos representam o código do fabricante e os 3 restantes o número de série


Repetidores• Todo o sinal eléctrico recebido

numa das interfaces é regenerado e transmitido na outra

• Aumento do comprimento máximo entre terminais

• Baratos, fáceis de instalar• Limitado o número de repetidores

entre terminais• Funcionam ao nível da camada

física• Não interpretam as tramas (não

têm funcionalidade de armazenamento)

• Não isolam tráfego• Erros são propagados (colisões

também são enviadas)• Introduz atrasos

Repetidor

Segmento B

Segmento A


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Concentradores/hubs• Repetidor para múltiplas portas• O sinal numa entrada é regenerado e

transmitido para todas as outras portas• As estações ligadas ao hub recebem

todo o tráfego que passa através dele aumentado assim a probabilidade de ocorrerem colisões

• Impossíveis transmissões simultâneas• A capacidade do meio é partilhada

por todas as estações (tal como num barramento) Tipos de hubs:

• Activo: regenera o sinal• Passivo: usado como ponto de ligação• Inteligente: pode fazer diagnósticos por exemplo detectar erros

Símbolo lógico:


Concentradores/hubs

• Hubs são encontrados com 5, 8, 24 e 36 portas

• Podem ter tipos de portas diferentes– par entrançado, coaxial, fibra óptica

• Podem-se empilhar: hubs “stackable”– aumentando o número de portas à medida das necessidades

– possui uma porta de alto débito que permite o empilhamento

• Podem apresentar gestão remota


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Ligação estação final/Concentrador

• Cabo UTP ou STP directo

• Extremos do cabo– Interface da estação de trabalho (porta MDI)

– Porta normal do hub (porta MDI-X)


Concentradores em Cascata

• Opção quando número de portas não é suficiente para ligar todas as estações

• Introduz atrasos• Máximo de 4 hubs entre estações finais (Ethernet)

• Como interligar:– duas portas quaisquer dos concentradores com cabo cruzado (crossover)

– cabo directo entre porta normal do primeiro hub e porta MDI do segundo


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Concentradores em Uplink• Interligação mais eficiente dos barramentos internos dos concentradores

• Permite estender a gestão de um concentrador através das portas de uplink

• Ligação com cabo directo entre porta IN de um hub com porta OUT do outro hub


Repetidores/Hubs – Vantagens e Desvantagens• Vantagens:

– interligar diferentes tipos de meios físico, tais como cabos coaxiais, de fibra óptica e par entrançado• Exemplo: ligação inter-edifícios

– estender o alcance geográfico da rede até o máximo permitido pelo protocolo de controle de acesso aos meios físicos• Exemplo: padrão Ethernet especifica que um sinal pode percorrer um cabo com uma distância máxima de 500 metros (10Base5)

– usando quatro repetidores para interligar 5 segmentos de cabo, pode-se cobrir uma distância de 2500 metros

• Desvantagens:– pode-se acabar por obter uma rede local muito sobrecarregada

• comportando um número muito grande de nós• aumento do atraso de propagação → imposição de um número máximo de repetidores

– Não filtram tráfego• Uma colisão num segmento da rede local é propagado aos segmentos restantes

– repetidores não podem ser usados para interligar diferentes tecnologias de rede


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Pontes/bridges• Para além de funções semelhante aos repetidores:

– Interpretam as tramas de rede– Operam nos níveis 1 e 2 – Tramas podem ser filtradas, sendo enviadas apenas para o segmento onde está o

endereço de destino– Isolam tráfego entre segmentos, diminuindo a probabilidade de colisão– Não propagam erros detectados nas tramas– Existência de buffers para tramas (permite suportar picos de pedidos, p. ex.)– Possibilidade de interligar redes de nível 2 diferentes (ethernet e token ring)

Símbolo lógico:


Pontes – funcionamento• A ponte mantém uma tabela (cache) dinâmica com os endereços MAC e as portas a

eles associadas1. Se o endereço de destino da trama pertence está associado à porta de chegada da trama, a

ponte não faz nada2. Se o endereço de destino da trama está associado à outra porta da ponte, a ponte

reencaminha a trama3. Se o endereço de destino da trama não está associado a nenhuma porta da ponte é feito

um broadcast4. Se o endereço de destino é FF:FF:FF:FF:FF:FF é feito um broadcast para todas as portas

• A ponte encaminha ou rejeita os quadros, baseado nas entradas da tabela• Os endereços são aprendidos a partir do endereço de origem


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Pontes – segmentação• Segmentação é o processo de substituir concentradores (hubs) por pontes (bridges) ou

comutadores (switches) para aumentar o número de domínios de colisão– Muitas estações numa LAN => redução da largura de banda– À medida que distância entre estações aumenta a rede perde eficiência (aumento do round trip delay)

– limite de 2,5 Km para redes 802.3– Solução segmentação da rede criando várias LAN’s interligadas por uma ponte

• Segurança – Segmentando LAN’s o tráfego não circula fora dos segmentos a que se destina reduzindo o risco de ser capturado por utilizadores maliciosos

• Aumentar a fiabilidade– Numa única rede local, um nó defeituoso que continua transmitindo um fluxo contínuo de lixo irá

danificar a rede local – As pontes podem ser inseridas em posições críticas, para evitar que um único nó com problemas

possa fazer cair todo o sistema


Comutadores/Switches– Operam nos níveis 1 e 2– São semelhantes a bridges multi-porta– Micro segmentação é maior - aumentam o nº de domínios de colisão– Maior circunscrição de erros e colisões– A rede torna-se mais segura e muito mais rápida– Melhor utilização da largura de banda– Mais utilizadores podem comunicar ao mesmo tempo– Mais caros– Comuta quadros baseado no endereço MAC do destino e na tabela de comutação– Aprende a localização de uma estação examinando o endereço de origem dos quadros

Símbolo lógico:


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Switch – Comutação cut-through• Lê o endereço MAC (destino) assim que o quadro chega

– Após descobrir a porta destino, envia o quadro para essa porta, antes mesmo de o receber completamente na porta de origem

• Poucos switches são totalmente cut-through, pois este modo de comutação não permite nenhum tipo de correcção de erros

• Comutação simétrica (porta de origem e de destino operam à mesma taxa)

• Permite a menor latência através do switch


Switch – Comutação store and forward

• Neste método, o switch lê todo o quadro para o buffer, e verifica se existem erros de CRC

– Se existir algum problema, o quadro será descartado

– Se estiver OK, verifica qual é a porta associada ao endereço MAC de destino e encaminha o quadro

• Muitos switches usam cut-through até que um certo nível de erros seja alcançado

– A partir desse momento, passam a operar em store-and-forward

• Permite diferentes taxas de transmissão para a transmissão e recepção


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Switch – Comutação fragment-free

• É uma solução intermediária entre os modos cut-through e store-and-forward

• Inicia a transmissão depois de receber os primeiros 64 bytes, mas antes de receber a totalidade do quadro– permite verificar que não é um fragmento de colisão

• a maior parte dos erros ocorre nos primeiros 64 bytes de um quadro

– verifica a confiabilidade das informações do endereçamento e do protocolo LLC, garantindo que o destino e o tratamento dos dados estejam correctos

• Utiliza comutação assimétrica


Estados de um switch• Switches usam o mesmo mecanismo que as pontes para criar as suas

tabelas de endereços físicos

• Diferentes estados:

– Learning

• Acontece quando um switch lê o endereço MAC origem de um quadro e o armazena na sua tabela de endereços

– Flooding

• Se um switch não sabe para onde enviar um quadro, ele envia-o para todas as portas, menos para a porta de origem

– Forwarding

• ocorre quando um switch envia um quadro de uma porta para outra

– Filtering

• os quadros destinados a um mesmo segmento não são propagados para os restantes segmentos

– Aging

• de tempos em tempos, as entradas na tabela de endereços são removidas


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VLAN – Virtual Local Area Network

• VLAN = agrupamento lógico de dispositivos e utilizadores– Por departamento, função, aplicação

• Implementada por software

• Um switch físico pode dar origem a vários switchslógicos

• Segurança – Utilizadores ficam limitados aos recursos da sua VLAN


VLAN - características

• Independente da localização física do utilizador

• Cada VLAN é um domínio de difusão (broadcast) fechado

• Comunicação entre VLANS diferentes apenas possível com um router


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VLANs atravessando mais do que um switch

Protocolo 802.1Q


Spanning Tree Protocol – 802.1d

• Redes utilizam redundância de switches para em caso de avaria haver um caminho alternativo

• Para evitar broadcast storms e outros problemas associados ao loop de topologia, foi criado o STP - Spanning Tree Protocol, que foi padronizado pelo IEEE como 802.1d

• O resultado da resolução e eliminação de loops com a utilização de STP é a criação de uma árvore hierárquica lógica sem loops. No entanto, os caminhos alternativos ainda estarão disponíveis caso sejam necessários

• Se os switches A e B tiverem as suas MAC Address Table vazias, e o PC1 quiser enviar dados para o PC3 originar-se-á um bridgingloop

• E se for enviada uma trama de broadcast?


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STP - Estados das portas

• Cada switch inicia um procedimento de descobrimento para determinar quais são os portas que devem ser activadas para alcançar um determinado segmento de rede

• Quadros especiais chamados Bridge ProtocolData Units (BPDU) são trocados entre os switches

• Cada porta do comutador (a usar STP) está num estado:– Blocking: as portas estão bloqueadas (apenas

recebem BPDUs)– Listening: o switch está à escuta (aprende a

topologia) enviando e recebendo BPDUs podendo participar na eleição do Root Bridge

– Learning: Envia e recebe BDPUs e constrói a tabela de endereços MAC

– Forwarding: Envia e recebe dados, envia e recebe BPDUs e mantém o funcionamento da tabela de endereços MAC

– Desactivado (desligado administrativamente)Equipamentos Redes de Computadores 23

STP – Como funciona• Faz-se a eleição de um switch de root (Root Bridge)• É construído um caminho para cada switch, com início no RootBridge

• O caminho escolhido é sempre o de menor custo (DC)• O custo é calculado com base na velocidade de cada porta• Os links redundantes que não fazem parte do caminho mais

curto são bloqueados• Tramas recebidas nos links bloqueados não são encaminhadas


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STP – Eleição do Root Bridge• Cada switch possui uma identificação conhecida como Bridge ID (BID) - 8 bytes (2 bytes para prioridade

(Bridge Priority) e 6 bytes para o MAC do switch)• A eleição do Root Bridge é feita com base no menor BID encontrado na rede

– Bridge Priority: A faixa de números que poderão compor o Bridge Priority é de 0 a 65.535, sendo o valor por defeito é32.768.

• E se todos possuírem o mesmo Bridge Priority?– Outro critério deverá ser adoptado para a eleição do Root Bridge: o MAC address

– MAC address: A porção MAC address possui 6 bytes. O switch que possuir o menor valor numérico para o MAC address, será escolhido para ser o Root Bridge

• Inicialmente, ao ser ligado, um switch assume que é o Root Bridge• Envia uma BPDU em que ele próprio se considera Root e com prioridade por defeito de 32768• Os outros switches da rede recebem o BPDU e substituem o Root BID por um Root BID de prioridade de

menor ordem• Os switches a receberem os BPDUs determinam qual o switch da rede que deverá ser o Root Switch• O switch que for desempenhar o papel de Root Bridge deverá ser o mais robusto• A alteração do Bridge Priority é uma prática correcta para garantir que se verifique o pressuposto anterior


STP – Papel das portas• Baseado na localização da Root Bridge, os

outros switches determinam quais das suas portas têm o menor custo para alcançar a Root Bridge

– Essas portas são chamadas root ports. Cada switch tem que ter uma e só uma rootport

• Designated ports - aquela cuja função étransmitir os BPDUs para uma Root Port. Sópode haver uma por segmento

– O primeiro exemplo de Designated Portestá no próprio Root Bridge

• Se o custo for o mesmo, o switch com o menor BID será escolhido

• Se o custo for o mesmo, a porta com o menor PID será escolhida

• Non-designated ports e backup ports- são as portas que estão bloqueadas para um segmento (blocking state). Essas portas podem ser activadas, em caso de falha nas designated ports


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STP – Exemplo

Root Bridge


STP – Topologia activaTopologia inicial Topologia activa resultante

Root Bridge


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Encaminhadores/Routers• Operam na camada 3• Encaminham pacotes da origem ao

destino com base no endereço IP e pelo caminho mais eficiente

• Escolha do caminho é feita com base em algoritmos de encaminhamento:– Protocolos de encaminhamento mais

utilizados nas redes TCP/IP:• RIP, OSPF, IGRP, BGP

• Conduz os pacotes de dados do nó fonte ao nó destino atravessando vários nós intermédios– Um computador pode servir de router

instalando uma ou mais placas de rede adicionais e software que implementa o protocolo de encaminhamento

– Mais comum é usar routers dedicados• por razões de desempenho

Símbolo lógico:


Routers• Ao receber um pacote o router processa-o

– Determina o sistema ao qual deve ser enviado• O host destino

– Se se encontrar na mesma rede que o router• Ou outro router

– No caminho para o host destino• O processamento é feito salto a salto e pacote a pacote• Interligam redes distintas

– interligação de redes de diferentes tecnologias– interligação de redes de diferentes âmbitos– interligação de sub-redes


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Segmentação de LANs


Segmentação de LANs• Porquê?

– Isola o tráfego entre segmentos

– Atinge-se maior largura de banda por utilizador ao criar domínios de colisão menores

– Estende o comprimento efectivo de uma LAN, permitindo a ligação de estações mais distantes

• As LANs são segmentados por dispositivos como bridges, switches e routers

• Segmentação com pontes: – As pontes aumentam a latência (atraso na chegada do quadro ao destino) numa rede em 10 a 30%

– Uma ponte é considerado um dispositivo store-and-forward porque tem de receber todo o quadro e calcular o CRC (cyclic redundancy check) antes de efectuar o reencaminhamento

– O tempo necessário para desempenhar estas tarefas pode reduzir as transmissões da rede, causando atrasos

• Segmentação com switches: – Permite a uma LAN trabalhar mais rapidamente e mais eficientemente

– A largura de banda disponível pode chegar aos 100%

– Um computador ligado directamente a um comutador Ethernet não pertence a nenhum domínio de colisão, dispondo a tempo inteiro de 10/100Mbps

• Segmentação com routers:– Possibilitam o maior nível de segmentação, pela capacidade de fazer determinações exactas de para

onde enviar os dados

– Operam com uma maior taxa de latência


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Broadcast da camada 2• Endereço MAC de destino: FF-FF-FF-FF-FF-FF

– Todas as máquinas recebem


Segmentação do domínio de Broadcast

• Apenas feito por routers


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Referências

• Funcionamento do Spanning TreeProtocol

– http://www.ciscotrainingbr.com/modules.php?name=News&file=article&sid=56&mode=&order=0&thold=0


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