Fundamentos de Redes de Computadores

Fundamentos de Redes de
Computadores
Elementos de Redes Locais
Contexto
•
Implementação física de uma rede de computadores é feita
com o auxílio de equipamentos de interconexão (repetidores,
hubs, pontos (bridges), comutadores (switches) e roteadores.
•
O uso de um ou outro equipamento depende de alguns
fatores, como o emprego ou não de full-duplex, a
necessidade ou não de se definir sub-redes, distância
máxima entre duas estações, segurança da informação e a
definição de domínios de colisão e de broadcast (difusão).
•
Cada um dos elementos acima será descrito com mais
detalhes a seguir.
Fund. Redes de Computadores
Equipamentos de Interconexão de redes
• Repetidores
• Hubs
• Bridges
(Pontes)
• Switches
• Roteadores
Fund. Redes de Computadores
Elementos Presentes em Cada Camada OSI
Roteador
Camada 3
Bridge, switch
Camada 2
Repetidor, hub
Camada 1
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Repetidores
As funções de um repetidor em uma rede local (LAN) são :
 Conectar dois segmentos de rede, amplificando e regenerando
sinais elétricos – atua na camada 1 (física).
 Utilizado para contornar as limitações de distância em um segmento
de rede (aumentar a distância máxima entre duas estações).
 Ao ligar dois segmentos de rede, o repetidor introduz um atraso na
propagação dos sinais elétricos.
 Como atua no nível físico, um repetido não tem noção de quadro
(frame) e é transparente para o resto do sistema.
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Repetidores e Modelo OSI
Fund. Redes de Computadores
Topologia - Exemplo
1000m (máx 2,5Km)
500m
10BASE5
Fund. Redes de Computadores
500m
R
10BASE5
Hubs

Camada 1 modelo OSI
Tipo de repetidor que simula o comportamento de um barramento: quando
uma estação transmite, a transmissão é recebida por uma porta do hub e
retransmitida para as demais.

Se dois frames chegarem ao mesmo tempo, eles colidirão. Ou seja, o hub
inteiro forma um único domínio de colisão.

Todas as linhas que chegam a um hub devem operar na mesma velocidade.

Os hubs diferem dos repetidores pelo fato de (normalmente) não
amplificarem os sinais de entrada e serem projetados para conter várias
placas de extensão.

Como os repetidores, os hubs não examinam o endereço 802 (MAC) nem os
utilizam de forma alguma.
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Hubs
Camada 1 modelo OSI
Fund. Redes de Computadores
Bridges (Pontes)
Camada 2 do modelo OSI
 O aumento da probabilidade de colisões em uma rede com hubs
afeta o desempenho das LANs. As pontes definem diferentes
domínios de colisão. O ato de dividir a rede em vários domínios de
colisão é denominado de segmentação da rede.
 Não passam todos os frames de uma rede para outra
 Atuam no nível de enlace (camada 2) e baseiam seu funcionamento no
endereçamento MAC.
 Frames destinados a endereços dentro da mesma rede não são
repassados pelas bridges.
 Isoladores de tráfego.
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Bridges e o Modelo OSI
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Bridges
A interconexão de duas redes de tecnologias diferentes impõe
desafios:
 Formatos de frames diferentes
 Velocidades de transmissão diferentes
 Tamanho máximo de frames diferentes
 Conceitos de uma rede não suportados na outra
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Bridges Transparentes
 Em redes Ethernet, utilizam-se as bridges transparentes,
extremamente práticas.
 Sua instalação não exige mudanças na rede :
 Nenhuma mudança de hardware / software
 Nenhuma alteração de endereços
 Não há necessidade de conhecimento das tabelas de comutação
(roteamento).
 São Plug-and-Play
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Bridges Transparentes
 Operam em modo promíscuo, aceitando todos os frames
transmitidos nas redes em que estão conectadas.
 Quando um frame chega na bridge, ela precisa decidir se vai
descartá-lo ou reenviá-lo, e para qual interface.
 A decisão é feita através do endereço de destino, consultando uma
tabela interna da bridge (cache de estações) :
 Tabelas de comutação: endereço MAC destino -> porta de saída
 A tabela pode conter todos os destinos possíveis, e em que
interfaces cada destino se encontra
 Quando a bridge é ligada a tabela está vazia.
Fund. Redes de Computadores
Bridges Transparentes
 Como a bridge não sabe a interface onde se encontra o destino, ela
repassa o frame para todas as redes (flooding).
 Ao mesmo tempo, coloca na tabela o endereço origem do frame e a
porta (interface) pela qual chegou o frame.
 À medida que o tráfego se processa, vai “aprendendo” os endereços
e montando sua tabela interna (learning bridge).
Fund. Redes de Computadores
Bridges Transparentes – Algoritmo de decisão
 Se o MAC da estação destino não está na tabela cache, então:
 A) o frame é enviado para todas as interfaces da bridge, exceto a
interface que recebeu o frame (flooding);
 Se o MAC da estação destino está na tabela cache, então:

A) Se o MAC da estação destino está localizado na mesma interface em
que o frame foi recebido, o mesmo é descartado (filtering);

B) Se o MAC da estação destino não está localizado na mesma interface
em que o frame foi recebido, então o frame é enviado para a porta
associada ao MAC da estação destino (switching);
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Bridges
Camada 2 modelo OSI
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Exercício Bridges
 1) Montar o cache da bridge que será descrita em sala de aula.
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Switches

Camada 2 do modelo OSI
Um switch é uma ‘bridge’ multiporta com comutação baseada em hardware
específico (ASICs) que possibilita a comutação independente entre as
portas via malha de comutação interna;

Os switches permitem a segmentação da rede, mas não agregam a
latência das bridges e roteadores. Podem possuir velocidades diferentes
em cada uma das portas;

Cada porta do switch define um domínio de colisão. O switch consegue
estabelecer vários circuitos simultaneamente, sem que um frame sofra um
atraso devido a transmissão em um outro circuito;

Switches store-and-forward recebem completamente o frame antes de
redirecioná-lo para o seu destino. Switches cut-through armazenam apenas
os bytes necessários para encaminhar o quadro para a porta de saída.
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Switches
Camada 2 modelo OSI
Fund. Redes de Computadores
Exercício Bridges
 1) Montar o cache do switch que será descrito em sala de aula.
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Roteadores
 Elementos de interconexão de redes, mas operando no nível de
rede (camada 3).
 Dependentes do protocolo utilizado na rede :
 Podem ser uni ou multi-protocolares
 Protocolos mais comuns :
 TCP / IP
 IPX
 SNA
 DECNET
 APPLETALK
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Roteadores e o Modelo OSI
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Roteadores
 Necessitam de configuração;
 Suportam diversos tipos de interfaces e velocidades;
 Ênfase no controle ao invés do desempenho;
 Podem trocar informações entre si de modo a permitir o roteamento
dinâmico de datagramas.
 Os algoritmos de roteamento variam de acordo com o protocolo
utilizado (ex: BGP, OSPF, RIP);
 Roteadores evitam broadcasts storms ao definirem domínios de
broadcast em cada uma de suas portas.
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Bridges X Roteadores
 Bridges :
 São mais baratas
 Têm maior desempenho em ambientes mais homogêneos
 Roteadores :
 Têm maior eficiência em ambientes heterogêneos
 Oferecem maior controle de fluxo, isolamento de tráfego e facilidades de
monitoração e controle
 Um ambiente multiprotocolar precisa de roteadores
multiprotocolares para melhor eficiência.
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Exercícios
 1) Nas duas topologias que serão apresentadas em sala de aula,
circule os domínios de colisão (DC) e os domínios de broadcast
(DB).
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Repetidor
 Hub
 Ponte
 Roteador
 Switch


São dispositivos de baixo nível que amplificam ou regeneram
sinais.

Repetidores são usados para aumentar o tamanho da rede.

Dispositivo de convergência onde dados chegam de uma ou
mais direções e são repassados para outras direções.

Hub é um repetidor com detecção de falhas.

Um hub usualmente contém um switch.



Conecta duas redes locais que utilizam o mesmo protocolo.
(Ethernet por exemplo)
Uma ponte atua na camada física, copiando um frame de uma
rede para outra
Pontes podem modificar os frames antes de os repassarem
como:
adicionar ou deletar campos da header do frame.
Roteadores determinam o caminho seguido pelo pacote no
trajeto ao destino final.
Usam a informação do protocolo da camada de rede dentro
de cada pacote para direcionar o caminho a seguir.




Devem ser capaz de reconhecer todos os diferentes protocolos
da camada de rede, que podem ser usados pela rede.
Roteadores se comunicam entre si para determinar a melhor
rota através de várias LANS para aumentar a velocidade de
diminuir o tráfego.


Regerena, filtra e propaga sinais entre segmentos de rede
Na Camada 2



Usa o endereço MAC para selecionar o caminho do frame.
Memorização dos endereços MAC ligados a cada porta
Mais inteligente que repetidores

Podem analisar os frames que recebem e então entregá-los ou
eliminá-los com base na informação que recebem.