Aula10 2013

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HUBs E COMUTADORES 
1.Hub 
• São dispositivos de camada física. 
• Bit que chega a uma entrada é transmitido de maneira 
simultânea para todas as outras interfaces. 
• Hub de backbone : 
• Hub principal que se liga a Hubs que fazem parte de 
uma LAN (Rede Local). 
• Hub multinível: 
• Hub arranjado em uma topologia hierárquica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Três Ethernets departamentais interconectadas por um hub 
 
Hub de 
Backbone 
Hub 
 
10/100BASE T 
Hub 
 
10/100BASET 
Hub 
 
10/100BASET 
Engenharia 
elétrica 
Ciência da 
computação 
Engenharia de 
Sistemas 
 
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• LAN: 
• Rede interconectada da figura anterior; 
• Segmento de LAN: 
• Cada uma das parcelas departamentais da LAN da 
figura anterior. 
• Domínio de colisão: 
• Cenário de rede onde um dispositivo específico envia 
um pacote em um segmento da rede, forçando todos os 
outros dispositivos nesse mesmo segmento a prestarem 
atenção nele. 
• Domínio de difusão (broadcast): 
• É o conjunto de todos os dispositivos em um segmento 
da rede que escutam todas as difusões enviadas nesse 
segmento. 
• Todos os segmentos de LAN da figura anterior, pertencem 
ao mesmo domínio de colisão. 
• Topologia linear: 
 
 
 
Hub 
 
10/100BASE T 
Hub 
 
10/100BASET 
Hub 
 
10/100BASET 
 3 
• Comparação entre Topologia Linear e Hierárquica: 
 Linear 
 
Hierárquica 
(Hub de Backbone) 
 
Comunicação 
interdepartamental 
entre hospedeiros 
 
Sim 
 
sim 
Amplia a distância 
máxima entre 
qualquer par de nós 
(100 => 200m) 
 
Sim 
 
sim 
Degradação do 
sistema 
Não suave 
(Depende do hub 
danificado) 
 
Suave 
(Depende do Hub 
danificado) 
Desempenho Ruim bom 
 
• Limitações do uso de Hub de backbone: 
1- domínios de colisão interdepartamentais se 
transformam em grande domínio de colisão (diminui 
a vazão agregada, ou seja, os Mbps que chegam são 
divididos pelo n0 de portas ativas de saída); 
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2- caso sejam usadas tecnologias Ethernet diferentes ( 
10/100BASET, 1000BASET) em cada departamento 
será impossível interconectá-los porque o HUB é 
apenas um repetidor e não separa domínio de 
colisão, ou seja, quem trafega com 10/100Mbps não 
poderá trafegar com 1000Mbps e vice-versa. Todos 
os hosts devem trafegar com uma taxa de 
transmissão única. 
2. COMUTADORES (Switches) 
• São dispositivos de camada 2. 
• Operam sobre quadros Ethernet usando endereços MAC. 
• Permite interconectar diferentes tecnologias (10BASET, 
100BASET, 1000BASET) 
• Repassam e filtram quadros usando os endereços de LAN 
de destino (Ver conceito mais adiante!) 
• Não copia o quadro para todas as outras interfaces. 
• O comutador examina o endereço de destino de camada 2 
e tenta repassá-lo para a interface que leva a esse destino. 
 
 
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• Com relação à figura anterior: 
• Rede interconectada inteira => LAN. 
• Cada parcela departamental da rede => segmentos 
de LAN. 
• Cada segmento de LAN => um domínio de colisão. 
2.1 – Descoberta de endereço e montagem da tabela MAC 
- Quando um switch é ligado inicialmente, a tabela MAC 
está vazia. 
Switch 
Hub 
 
10/100BASE T 
Hub 
 
10/100BASET 
Hub 
 
10/100BASET 
Engenharia 
elétrica 
Ciência da 
computação 
Engenharia de 
Sistemas 
 
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- Quando um dispositivo transmite e uma interface recebe 
um quadro, o switch coloca o endereço origem do quadro na 
tabela MAC, permitindo que ele se lembre da interface em 
que o dispositivo emissor está localizado. 
- O switch, então, não tem outra escolha senão inundar a 
rede com esse quadro, pois ele não tem a idéia de onde o 
dispositivo de destino está realmente localizado. 
- Se um dispositivo responder a esse braodcast e enviar um 
quadro de volta, então o switch apanhará o endereço de 
origem vindo com esse quadro e colocará esse endereço 
MAC no seu banco de dados, associando esse endereço a 
interface que recebeu o quadro. 
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- Como o switch agora possui os dois endereços MAC 
relevantes em sua tabela de filtragem, os dois dispositivos 
podem fazer uma conexão ponto-a-ponto. 
 
 
2.2 – Repasse e filtragem pelos Comutadores 
• Filtragem: 
• É a capacidade de uma switch determinar se um quadro 
deve ser repassado para alguma interface ou se deve 
apenas ser descartado. 
• Repasse: 
• É a capacidade de uma ponte determinar as interfaces 
para as quais um quadro deve ser dirigido. 
• A filtragem e o repasse pelos comutadores são feitos 
usando uma tabela de comutação (tabela MAC). 
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• Tabela de comutação contém: 
• Endereço de LAN (MAC) do nó. 
• A interface do comutador que leva em direção ao nó. 
• O horário em que o registro para o nó foi colocado na 
tabela. 
• Filtragem: 
• Exemplo: 
• Dois computadores A e B pertencem a um mesmo 
segmento de rede. 
• A transfere dados para B. 
• Todos os micros do segmento 1 recebem os dados, 
mas só B os captura. 
• O comutador ao verificar que o endereço MAC de 
destino (endereço de B) está presente no segmento 1 
não replica o quadro para o segmento 2 (segmento 
ligado em outra interface do comutador). 
• Repasse: 
• Exemplo: 
• Micro A quer transferir dados para o micro F; 
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• O Comutador verifica que o endereço MAC de destino 
encontra-se no segmento 3. 
• O comutador repassa o quadro gerado no segmento 1 para 
o segmento 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
• As regras de filtragem e repasse permitem que uma ponte 
preserve domínios de colisão separados para cada um dos 
diferentes segmentos de LAN. 
• O comutador roda o algoritmo CSMA/CD, de forma a 
evitar uma transmissão, caso perceba que há outro nó 
transmitindo no mesmo segmento de LAN. 
• O comutador tem a propriedade de montar sua tabela 
automática, dinâmica e autonomamente. 
Engenharia 
elétrica 
Ciência da 
computação 
Engenharia 
de Sistemas 
 
Switch 
Hub 
 
10BASE T 
Hub 
 
10BASET 
Hub 
 
10BASET 
A B F 
1 
3 
2 
 10 
• Comutadores são dispositivos plug and play => não 
requerem, necessariamente, a intervenção de um 
administrador de rede ou de um usuário. 
2.3 – Protocolo Spanning Tree 
• Em um projeto hierárquico de LAN são utilizados 
múltiplos trajetos (trajetos redundantes) entre os 
segmentos. 
 
• Trajetos múltiplos redundantes melhoram muito a 
tolerância à falha; 
• Efeito colateral causado pelos trajetos múltiplos: 
• Os quadros podem circular e se multiplicar dentro da 
LAN interconectada indefinidamente, caso os 
comutadores não saibam onde reside o hospedeiro 
destino (começo da montagem das tabelas); 
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• A tabela do comutador ficará confusa com o local do 
dispositivo, pois o comutador ponte receberá o mesmo 
quadro de mais de um enlace; 
• Ao serem gerados novos quadros, a ponte ficará 
atualizando constantemente a sua tabela (loop de 
roteamento nível 2) => mais processamento 
• O número de cópias do quadro original cresce com 
rapidez exponencial e derruba toda a rede. 
• Solução para evitar circulação e multiplicação de 
quadros(loops de roteamento nível 2): 
• Protocolo Spanning Tree (STP) 
• O STP : 
• monitora a rede para encontrar todos os enlaces. 
• certifica-se de que não ocorram loops, desligando todos 
os enlaces redundantes. 
• Tempestade de broadcast => um hospedeiro se desorganiza e 
transmite uma corrente sem fim de quadros Ethernet em 
broadcast, causando colapso na rede inteira. 
 
 
 
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2.4- Acesso dedicado e Full-Duplex 
• Vantagem de se ter um comutador com um grande número 
de interfaces => facilita comunicações diretas entre 
hospedeiros e o comutador = > acesso dedicado 
• No caso do acesso dedicado, como na figura abaixo, existe 
um par de fios trançados do hospedeiro para o comutador 
e outro do comutador para o hospedeiro. Sendo assim, o 
CSMA-CD não atuará com a detecção de portadora nem 
com a detecção de colisão. Na verdade cada enlace será 
um enlace ponto-a-ponto. 
 
 
 
 
 
 
 
2.5 – Comutação Acelerada (Cut-Through switching) versus 
Armazenagem e repasse (Store-and-Forward) 
• Switches podemusar a técnica de comutação acelerada ou 
Armazenagem e repasse. 
Acesso dedicado Ethernet a seis hospedeiros 
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• As duas técnicas diferem quando o buffer de saída está 
vazio. 
• Armazenagem e Repasse: 
• O quadro inteiro é coletado para os buffers onboard e 
em seguida calculado o CRC. Caso não haja erro o 
comutador o transmite por seu enlace de saída. Se 
houver erro o quadro é descartado. 
• Máximo atraso de armazenagem e repasse => L/R 
• L => comprimento do pacote; 
• R => taxa de transmissão no enlace de entrada; 
• Comutação Acelerada: 
• O endereço de destino é copiado para os buffers 
onboard enquanto o restante do quadro está chegando. 
Feito isso esse endereço é pesquisado na tabela MAC 
para que a interface de saída seja determinada. 
• Caso o buffer de saída esteja vazio, parte da frente de 
um pacote poderá ser transmitido enquanto a parte 
traseira dele continua a chegar. 
• Diminui a latência => tempo que um pacote leva ao 
entrar por uma porta e sair por outra. 
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• Reduz o atraso fim – a – fim do pacote. 
• Comparação entre Comutador e Hub: 
 Hub Comutador (Switch) 
Permite domínio de 
colisão isolados 
não sim 
Pode interconectar 
diferentes tecnologias 
Ethernet (10baseT, 
100baseT, 1000baseT) 
não sim 
Trabalha no nível físico sim não 
Trabalha no nível de 
enlace 
não sim 
Trabalha com endereço 
MAC 
Não sim 
Usa STP Não sim 
Tabela MAC Não sim 
 
 
 
 
 
 
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Rede Institucional que usa uma combinação de Hubs, 
comutadores Ethernet e um roteador