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ELEMENTOS DE ELEMENTOS DE INTERLIGAÇÃO EM INTERLIGAÇÃO EM

REDESREDES

Wilmar Oliveira de QueirozPontifícia Universidade Católica de Goiás

Departamento de Computação

INTERLIGAÇÃO DE REDES

• Conexão de 2 ou mais redes distintas• Exige algum tipo de dispositivo de rede para efetuar a conexão• Cada um atua em sua respectiva camada

REDE A REDE C

REDE B

?

• Camada Física:– HUB– Repetidor– Transceiver

• Camada de Enlace de dados– Bridge ou Ponte– Switch

• Camada de Rede– Roteador


FUNÇÃO DOS DISPOSITIVOS NAS CAMADAS

• Os TRANSCEIVERS, os REPETIDORES e os HUBS são considerados dispositivos ativos da Camada Física, (Camada 1) pois atuam apenas em bits e necessitam de energia. Entretanto os patch cables, patch panels e outros componentes de interconexão são considerados componentes passivos porque simplesmente fornecem algum tipo de caminho condutor

• As placas de rede são consideradas dispositivos da camada 2 pois é nelas que estão localizados os endereços MAC, mas como lidam com freqüência com a sinalização e a codificação, são também dispositivos da camada 1


FUNÇÃO DOS DISPOSITIVOS NAS CAMADAS

• As BRIDGES e os SWITCHES são considerados dispositivos da Camada de Enlace (Camada 2) porque usam informações da camada 2 (endereço MAC ou endereço físico) para tomar decisões sobre encaminhar ou não quadros. Elas também operam na Camada 1 para permitir os bits a interagirem com os meios de transmissão

• Os ROTEADORES são considerados dispositivos da Camada de Rede (Camada 3) porque usam endereços da camada 3 (endereço de rede ou endereço lógico) para escolher os melhores caminhos e rotear pacotes para a rota apropriada. As interfaces do roteador operam nas camadas 1 e 2 assim como na camada 3


• Exemplo de interligação em LAN’s



• Domínios de colisão

REPETIDOR

• Nível de Camada Física (camada 1)• São dispositivos de porta única de entrada e porta

única de saída, isto é, copia bits de uma rede para outra

• Não faz nenhuma verificação nos bits• Regenera os bits para que o sinal não enfraqueça

(elétrico ou óptico)• Dispositivo de hardware

REPETIDOR

• Permite estender a rede a uma distância maior• Mas os domínios de colisão de segmentos individuais

tornam-se um grande domínio de colisão• Regra dos repetidores de cinco (Regra 5-4-3): pode-se

conectar até cinco segmentos de rede ponto a ponto usando quatro repetidores, mas apenas três desses segmentos podem ter hosts (computadores).

REPETIDOR

1 2 3 4 51 2 3 4

REPETIDOR

• Também são dispositivos da Camada Física (Camada 1)• Geram novamente o sinal (nível de bit ) e o transmite

para todas as suas portas (conexões da rede)• Também são conhecidos como repetidores multiportas.

A diferença é o número de cabos que se conectam ao dispositivo

• Podem ter, por exemplo, 4, 8 ou 24 portas usando um processo conhecido como concentração

• Os motivos para se usar os hubs são:– Criar um ponto de conexão central para os meios de

cabeamento– Aumentar a confiabilidade da rede, pois se somente um cabo

falhar a rede não é afetada. Isso difere da topologia de barramento onde, se houver uma falha no cabo, toda a rede será afetada.

HUB

• Existem diferentes classificações dos hubs na rede.– Ativos ou passivos:

• A maioria dos hubs modernos é ativa. Eles obtêm energia de uma fonte de alimentação para gerar novamente os sinais da rede

• Alguns hubs são denominados dispositivos passivos porque simplesmente repartem o sinal entre vários usuários, como usando um fio "Y" em um CD player para usar mais de fone de ouvido. Os hubs passivos não geram novamente os bits, ou seja, não estendem o comprimento de um cabo, apenas permitem um ou mais hosts se conectarem ao mesmo segmento de cabo.

– Inteligentes ou burros:• Os hubs inteligentes têm portas do console, o que significa que

podem ser programados para gerenciar o tráfego da rede.• Os hubs burros simplesmente aceitam um sinal da rede de entrada

e o repete em todas as portas sem a habilidade de realizar qualquer gerenciamento.

HUB

• Tipos de HUB:– HUB Standalone

• São repetidores multiporta

– HUB Stackable• São HUB’s empilháveis

– HUB Modular• Dispõem de dois ou mais alojamentos (slots) que

podem aceitar expansões de placas

HUB

• Hub no backbone interconecta segmentos de LAN• Estende a distância máxima entre nós• Mas os domínios de colisão de segmentos individuais

tornam-se um grande domínio de colisão• Não dá para interligar 10BaseT com 100BaseT

hub

hubhub

hub

HUB

• Nível de Camada de Enlace de Dados (Camada 2)• Divide a rede em dois ou mais domínios (segmentos)• Filtra o tráfego entre os segmentos de LAN:

– Mantêm local o tráfego do segmento– Deixa passar somente os quadros cuja estação de destino se

localiza no outro segmento• A bridge sabe qual tráfego é local ou não olhando o

endereço MAC• A bridge mantém registros dos endereços MAC que estão

em cada lado da bridge• Tem algoritmo de encaminhamento muito simples• Permite alívio de carga na rede• São normalmente utilizadas para interconexão local

PONTE (BRIDGE)

PONTE (BRIDGE)

• Camada de atuação das Bridges

PONTE (BRIDGE)

• As bridges funcionam examinando o endereço MAC de quadros de entrada

• Se o quadro for local (com um endereço MAC no mesmo segmento de rede da porta de entrada da bridge), o mesmo não será encaminhado através da bridge

• Se o quadro não for local (com um endereço MAC diferente dos endereços do segmento de rede da porta de entrada da bridge), o mesmo será encaminhado ao próximo segmento de rede

• Como essas decisões tomadas pelos circuitos da bridge se baseiam nos endereços MAC, a bridge trabalha aceitando um quadro, removendo-o, examinando o endereço MAC e depois enviando ou não o quadro, dependendo da situação.

PONTE (BRIDGE)

• As tabelas de comutação são calculadas através de:– Comutação isolada (backward learning)

• Funciona apenas em topologias em árvore• A topologia de grafo deve ser transformada em topologia de

árvore através do algoritmo Spanning-tree

– Observação dos endereços MAC usando o algoritmo spanning-tree

• Opera periodicamente (a cada segundo)• Decide quais portas colocar em forwarding e quais colocar

no estado de blocking

PONTE (BRIDGE)

• Pontes Transparentes– Padronizadas pelo IEEE como 802.1D e também são

conhecidas como Pontes Transparentes Spanning-tree

• São derivadas do Ethernet• Tem tabelas de comutação local• Não necessitam de tabelas prévias sobre os nós da rede

– Agregam três funções:• Encaminhamento dos quadros• Aprendizado da localização dos endereços• Resolução da topologia participando do algoritmo de árvore

de cobertura Spanning-tree

PONTE (BRIDGE)

• Aprendizado da Ponte

PONTE (BRIDGE)

• Encaminhamento na ponte

PONTE (BRIDGE)

PONTE (BRIDGE)

• Trabalha no nível da Camada de Enlace de Dados (Camada 2)

• Permite a interconexão entre máquinas diretamente, simulando uma conexão ponto a ponto

SWITCH

• Concentra a conectividade, ao mesmo tempo tornando a transmissão de dados mais eficiente.

• Combina a conectividade de um Hub com a regulamentação do tráfego de uma Bridge em cada porta

• Ela comuta os quadros das portas de entrada (interfaces) para as portas de saída, enquanto fornece a cada porta a largura de banda completa (a velocidade da transmissão de dados no backbone da rede).

SWITCH

SWITCH

• São transparentes aos Hub’s• São plug-and-play, self-learning (auto aprendizado)

– Switches não precisam ser configuradas

• Técnicas de Ethernet Switching– Quando o quadro é encaminhado em um segmento, utiliza o

CSMA/CD para acessá-lo– Store-and-forward

• Também utilizada em Pontes• O pacote é inteiramente recebido e depois é retransmitido• Pode interconectar vários tipos de MAC (Eth, Token Ring, FDDI...)• Pode operar a várias velocidades (10, 100 Mbps)• Verifica o CRC, então não encaminha quadros com erros• Não encaminha fragmentos de colisão

SWITCH

– Cut-through ou On-the-Fly Switching• A decisão de encaminhamento é tomada durante a passagem do

quadro na switch (após a leitura do endereço de destino a switch já decide para qual porta encaminhar o quadro)

• Encaminha fragmentos de colisão• Diminui a latência

– Fragment free• Antes de iniciar a transmissão a Switch deve esperar por um tempo

igual ao da janela colisão (51,2 µs)

• Limites de Ethernet Switching– As técnicas de Cut-though e Fragment free podem ser utilizadas

somente se:• Todas as portas utilizam o mesmo tipo de MAC• A taxa de transmissão nas portas é a mesma• A porta de destino está liberada• O quadro não é multicast nem broadcast

– Caso contrário utiliza-se Store-and-forward– Para quadros pequenos o desempenho das três técnicas é

equivalente

SWITCH

Auto aprendizado– Uma switch possui uma tabela de comutação– Entrada na tabela de comutação:

• (Endereço MAC, Interface, Carimbo de tempo)• Entradas antigas na tabela são descartadas dependendo do

TTL (envelhecimento) – Switch aprende quais hosts podem ser alcançados através de

quais interfaces• Quando um quadro é recebido, a switch “aprende” a

localização do transmissor, isto é, de qual segmento de LAN ele veio

• Registra o par transmissor/localização mais o horário na tabela de comutação

SWITCH

Filtragem/encaminhamento– Quando um switch recebe um quadro:

indexa a tabela de comutação usando o endereço MAC do destinoif entrada encontrada para o destino

then{ if dest estiver no segmento de onde veio o quadro then descarta o quadro else encaminha o quadro na interface indicada } else usa inundação

– Inundação = Encaminha o quadro para todas as demais interfaces exceto aquela em que o quadro foi recebido

SWITCH

Exemplo: C envia quadro para D

• Switch recebe o quadro vindo de C– anota na tabela de comutação que C está na interface 1

– dado que D não se encontra na tabela, encaminha o quadro para as demais interfaces: 2 e 3

• quadro é recebido por D

endereço interface

ABEG

1123hu

bhub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

12 3

SWITCH

Exemplo: D responde com um quadro para C.

• Switch recebe o quadro vindo de D– anota na tabela de comutação que D está na interface 2

– dado que C está na tabela, encaminha o quadro apenas na interface 1

• quadro é recebido por C

interface

ABEGC

11231

endereço

SWITCH

hub

hub hub

switch

A

B CD

EF

G H

I

12 3

SWITCH

• Switch: isolamento de tráfego (domínios de colisão)• Instalação do switch quebra a subrede em diversos segmentos

de LAN• switch filtra os pacotes:

– quadros do mesmo segmento de LAN não são normalmente encaminhados para os outros segmentos

– segmentos tornam-se domínios de colisão separados

hub hub hub

switch

domínio de colisão 1domínio de colisão 2

domínio de colisão 3

SWITCH

SWITCH

• Nível da camada de rede• Faz decisões sobre qual a melhor rota para o pacote de dados • Implementado em software• Pode ser implementado em uma estação de trabalho

ROTEADOR (ROUTER)

ROTEADOR (ROUTER)

• O roteador encontra-se na Camada de Rede, ou Camada 3• Trabalhar na Camada 3 permite que o roteador tome decisões com base

em grupos de endereços de rede ao invés de endereços MAC individuais, como é feito na Camada 2

• Os roteadores podem também conectar diferentes tecnologias da Camada 2, como Ethernet, Token-ring, FDDI, X.25, Frame Relay, etc

• Devido à sua habilidade de rotear pacotes baseados nos endereços da Camada 3, os roteadores se tornaram o backbone da Internet, executando o protocolo IP

• Os roteadores são os dispositivos de controle de tráfego mais importantes nas grandes redes

• Um roteador pode ter vários tipos diferentes de portas de interface (placas de rede): LAN (Portas Ethernet, Token Ring, etc) ou WAN (Portas Seriais)

• Um roteador permite:– acesso corporativo a Internet ou ter um ponto de presença na Web– Se tornar um ISP (Internet Service Provider)– Segmentar uma grande rede em sub-redes menores e mais fáceis de manusear– Interconectar múltiplas LANs com diferentes tipos de redes– Conectar a rede de escritórios remotos à rede corporativa

ROTEADOR (ROUTER)

• Um roteador examina os pacotes de entrada, escolhe o melhor caminho para eles através das redes diretamente conectadas e, depois comuta os pacotes para a porta de saída selecionada

• Os roteadores na verdade operam na Camada 1 (bits no meio das interfaces do roteador), Camada 2 (quadros comutados de uma interface para a outra), e na Camada 3 com base nas informações dos pacotes e nas decisões de roteamento

• O fluxo de pacotes através dos roteadores (por exemplo, a seleção do melhor caminho e a switching real na porta de saída apropriada) envolve o uso de endereços de rede da camada 3. Depois que a porta apropriada tiver sido selecionada, o roteador encapsula novamente o pacote em um quadro para enviá-lo ao seu próximo destino. Esse processo ocorre em todos os roteadores no caminho do host de origem até o host de destino

• Utiliza protocolos de roteamento para manter sempre atualizadas as tabelas de roteamento– Roteamento por distância vetorial– Roteamento por estado do enlace

ROTEADOR (ROUTER)

ROTEADOR (ROUTER)

• Porta serial de um roteador Cisco 1601

ROTEADOR (ROUTER)

ROTEADOR (ROUTER)• Portas LAN (10BaseT e AUI) de um roteador Cisco 1601

ROTEADOR (ROUTER)

• Opera como um roteador• Faz conversão dos dados no nível da Camada de

Aplicação– encapsulamento– tradução– encriptação

• Implementado em software• Pode ser implementado em uma estação de trabalho

Gateway

Gateway

encapsulamento

Gateway

tradução

encriptaçãoRedeSegura

RedeSegura

GWGW?

??

Rede Insegura

GATEWAY

GATEWAY

• Certos dispositivos operam em todas as sete camadas• Alguns (por exemplo, os PC’s) são dispositivos das camadas de 1 a 7. Em

outras palavras, eles executam processos que podem ser associados a todas as camadas do Modelo OSI

• O encapsulamento e o desencapsulamento são dois exemplos disso• Um dispositivo denominado gateway (essencialmente um computador que

converte as informações de um protocolo em outro) também é um dispositivo da camada 7

• Um exemplo de um gateway seria um computador em uma LAN que permite que a rede se conecte a um computador mainframe da IBM ou a um sistema de fac-símile (fax)

• Nesses exemplos, os dados teriam que ir até a pilha do modelo OSI para serem convertidos em um formato de dados que o dispositivo receptor, o mainframe ou a unidade de fax, pudesse usar

• As nuvens podem conter vários tipos de meios, placas de rede, switches, bridges, roteadores, gateways e outros dispositivos de rede. Como a nuvem não é realmente um dispositivo, mas sim uma coleção de dispositivos que operam em todos os níveis do Modelo OSI, ela é classificada como um dispositivo das camadas de 1 a 7.

GATEWAY

Rede Institucional/corporativa

hub

hubhub

switch

para a redeexterna

roteador

subrede IP

servidor de mail

servidor web

Switches vs. Roteadores• Ambos são dispositivos do tipo armazena-e-encaminha

– Roteadores: dispositivos da camada de rede (examinam os cabeçalhos da camada de rede)

– Switches são dispositivos da camada de enlace

• Roteadores mantêm tabelas de roteamento, implementam algoritmos de roteamento

• Switches mantêm tabelas de comutação, implementam filtragem, algoritmos de aprendizado

Comparação resumo

hubs roteadores switches

isolamento de tráfego

não sim sim

plug & play sim não sim

roteamento ótimo

não sim não

cut through

sim não sim

elementos de interligaÇÃo em redes wilmar oliveira de queiroz pontifícia universidade católica...

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